CN105908070A - 一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料 - Google Patents

一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，各元素按重量百分比为：碳：0.3‑0.8%，硅：0.2‑0.3%，锰：1.8‑2.0%，镍：1.2‑1.8%，钴：0.02‑0.04%，铝：0.002‑0.03%，铬0.2‑0.24%，钕：0.01‑0.03%，硫≤0.015%，磷≤0.015%，余量为铁和不可避免的杂质；本发明不仅完全能满足汽车抗冲击、抗脆、抗裂的性能要求，而且能实现批量的生产，降低了成本。

Description

一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料。
背景技术
钢铁材料因高的强度和良好的韧性在机械工程制造业中占据着重要地位，近年来，机械工程结构日益向巨型化、高参量方向发展，对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求，外加入颗粒强化钢铁材料具有诸多方面的优势，但是往往在增加强度、硬度的前提下以降低塑韧性为代价。秦森在《外加颗粒强化铁基材料的纳米NbC/Fe(Fe3C)复合粉末制备技术及应用》一文中选择NbC作为强化相颗粒，在熔炼与铸造过程中分别将其加到低碳钢和高铬铸铁溶液中，以达到钢铁组织细化和力学性能强化的目的。碳化铌具有高熔点、高硬度、高弹性模量、高耐磨、热力学稳定等性能，所以这些特点成为钢铁材料中较为理想的强化相而被广泛应用。但是如何实现碳化铌颗粒在金属基体中均匀分布以及与基体界面的良好结合是首要解决的关键问题。作者提出了复合粉末增强碳化铌颗粒在钢液中分散性的方法，他在铌-石墨球磨体系中加入铝粉，实现了Al原子在Nb晶格中的置换式固溶，对球磨形成的（Nb-Al）C固溶体加热，得到Al掺杂的碳化铌碳化物，将碳化铌颗粒的真实密度降低到接近钢铁液的密度值。此外还提出了增强碳化铌颗粒在钢铁液中分散性的问题，将碳化铌非均匀固溶体粉末中加入Fe粉经过真空加热实现碳化铌颗粒在铁粉基体中的原位生成，这样增强了碳化铌在钢铁液中的分散性。虽然他提供了一种接近钢铁液密度值和一种在钢铁液中分散性好的两种碳化铌复合粉末，但是在炼钢过程中分散性和密度值问题不能同时得到解决，限制了钢铁行业大规模的发展，并且铝粉容易发生氧化，在制备掺铝碳化铌时质量稳定性不高。。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，按照如下步骤制得：
a、熔炼：将低硫磷洁净废钢加入到高频感应熔炼炉中融化成钢水后添加增碳剂，待炉内的温度升至1500-1560℃，加入镍、硅铁和锰铁，保温20-45min后加入铬、钕和钴，待完全熔化后加入改性碳化铌，升高温度至1630-1660℃，恒温保持搅拌5-10min得基质合金液；
b、检测：检测基质合金液的组分含量，补加材料使各元素按重量百分比为：碳：0.3-0.8%，硅：0.2-0.3%，锰：1.8-2.0%，镍：1.2-1.8%，钴：0.02-0.04%，铝：0.002-0.03%，铬0.2-0.24%，钕：0.01-0.03%，硫≤0.015%，磷≤0.015%，余量为铁和不可避免的杂质；
c、浇注：将基质合金液转移至精炼炉中，加入复合精炼剂进行脱氧、脱硫、排渣处理，复合脱氧剂与钢水用量比为2-3公斤/吨，真空脱气，当温度降低至1550℃时浇筑在耐火铸型中即可。
所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，在a中，所述改性碳化铌的制备方法是：将石墨粉、铌粉按照原子质量1:1装入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气保护，在球料比40:1、转速280r/min的转速下球磨6-6.5h，然后在550-600℃下真空加热12-15min，保温14-16min后自然冷却备用，将铝粉倒入流化床中，通入氩气排除气体，将流化床加热至280-320℃时将羰基铁注入鼓泡器中，升高温度至100℃羰基铁气化，持续反应一段时间直至鼓泡器内羰基铁不再蒸发，停止加热，继续通入氩气直到流化床温度冷却至室温得到铁包覆铝的复合粉体，再将该复合粉体加到上述碳化铌粉末中继续球磨6-7h，结束后在550-600℃下真空加热1-2min后冷却即可。
所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，在c中，所述的复合精炼剂是由下列原料制成：聚乙烯吡咯烷酮0.5-1、水玻璃0.6-1、氧化铝1.3-2、石灰石2-2.5、电石2.8-3.5、碳化硅1.8-2.4；将聚乙烯吡咯烷酮和水玻璃混合加入适量的水搅拌溶解，将氧化铝、石灰石、电石和碳化硅混合球磨过200目筛得混合粉末，再将混合粉末加到上述溶液中边加热边搅拌形成颗粒，再将其加到烧结炉中以50℃/min速率升温至500℃，烧结1小时后喷入水中急冷制成复合精炼剂。
所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，所述改性碳化铌中铝的质量与羰基铁的体积比为3:1-2，加入的铁铝复合粉体与碳化铌的重量比为1:36-38。
本发明的优点是：本发明采用废钢作为主要铸造原料，缩短工艺流程，减少能源损耗，降低大气污染，并且通过合理的金属元素配比，得到质量稳定产品性能高的合金钢材料，利用流化床法制备的铁包覆铝粉，有效的防止了铝粉发生氧化，并且改善了铝粉的分散性问题，再利用机械合金化将改性铝粉掺到碳化铌颗粒中，制备出接近钢液密度值，且在钢液中分散性、润湿性好的碳化铌颗粒，提高了钢材的强度、硬度、耐磨损、抗冲击、耐腐蚀等性能，加入的复合精炼剂利用团聚法制成近似球形的粉末，提高了与钢液的接触面积、流动性，使其在钢水中快速反应达到细化晶粒的目的，并使钢材具有较高的强度、良好的韧性和可焊性；本发明的弹簧材料不仅完全能满足汽车抗冲击、抗脆、抗裂的性能要求，而且能实现批量的生产，降低了成本。
具体实施方式
一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，按照如下步骤制得：
a、熔炼：将低硫磷洁净废钢加入到高频感应熔炼炉中融化成钢水后添加增碳剂，待炉内的温度升至1500℃，加入镍、硅铁和锰铁，保温20min后加入铬、钕和钴，待完全熔化后加入改性碳化铌，升高温度至1630℃，恒温保持搅拌5min得基质合金液；
b、检测：检测基质合金液的组分含量，补加材料使各元素按重量百分比为：碳：0.3%，硅：0.2%，锰：1.8%，镍：1.2%，钴：0.02%，铝：0.002%，铬0.2%，钕：0.01%，硫≤0.015%，磷≤0.015%，余量为铁和不可避免的杂质；
c、浇注：将基质合金液转移至精炼炉中，加入复合精炼剂进行脱氧、脱硫、排渣处理，复合脱氧剂与钢水用量比为2公斤/吨，真空脱气，当温度降低至1550℃时浇筑在耐火铸型中即可。
所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，在a中，所述改性碳化铌的制备方法是：将石墨粉、铌粉按照原子质量1:1装入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气保护，在球料比40:1、转速280r/min的转速下球磨6h，然后在550℃下真空加热12min，保温14min后自然冷却备用，将铝粉倒入流化床中，通入氩气排除气体，将流化床加热至280℃时将羰基铁注入鼓泡器中，升高温度至100℃羰基铁气化，持续反应一段时间直至鼓泡器内羰基铁不再蒸发，停止加热，继续通入氩气直到流化床温度冷却至室温得到铁包覆铝的复合粉体，再将该复合粉体加到上述碳化铌粉末中继续球磨6h，结束后在550℃下真空加热1min后冷却即可。
所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，在c中，所述的复合精炼剂是由下列原料制成：聚乙烯吡咯烷酮0.5、水玻璃0.6、氧化铝1.3、石灰石2、电石2.8、碳化硅1.8；将聚乙烯吡咯烷酮和水玻璃混合加入适量的水搅拌溶解，将氧化铝、石灰石、电石和碳化硅混合球磨过200目筛得混合粉末，再将混合粉末加到上述溶液中边加热边搅拌形成颗粒，再将其加到烧结炉中以50℃/min速率升温至500℃，烧结1小时后喷入水中急冷制成复合精炼剂。
所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，所述改性碳化铌中铝的质量与羰基铁的体积比为3:1，加入的铁铝复合粉体与碳化铌的重量比为1:36。
对实施例制备的钢材进行性能测试：
硬度：78HRB；屈服强度：331.2MPa；屈服点延伸率：3.5%；抗拉强度：412MPa；断后总伸长率：21.6%；冲击强度：45J；疲劳试验次数达5000次以上。

Claims (4)

1.一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，其特征在于，按照如下步骤制得：
a、熔炼：将低硫磷洁净废钢加入到高频感应熔炼炉中融化成钢水后添加增碳剂，待炉内的温度升至1500-1560℃，加入镍、硅铁和锰铁，保温20-45min后加入铬、钕和钴，待完全熔化后加入改性碳化铌，升高温度至1630-1660℃，恒温保持搅拌5-10min得基质合金液；
b、检测：检测基质合金液的组分含量，补加材料使各元素按重量百分比为：碳：0.3-0.8%，硅：0.2-0.3%，锰：1.8-2.0%，镍：1.2-1.8%，钴：0.02-0.04%，铝：0.002-0.03%，铬0.2-0.24%，钕：0.01-0.03%，硫≤0.015%，磷≤0.015%，余量为铁和不可避免的杂质；
c、浇注：将基质合金液转移至精炼炉中，加入复合精炼剂进行脱氧、脱硫、排渣处理，复合脱氧剂与钢水用量比为2-3公斤/吨，真空脱气，当温度降低至1550℃时浇筑在耐火铸型中即可。
2.根据权利要求1所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，其特征在于，在a中，所述改性碳化铌的制备方法是：将石墨粉、铌粉按照原子质量1:1装入球磨罐中，抽真空后充入高纯氩气保护，在球料比40:1、转速280r/min的转速下球磨6-6.5h，然后在550-600℃下真空加热12-15min，保温14-16min后自然冷却备用，将铝粉倒入流化床中，通入氩气排除气体，将流化床加热至280-320℃时将羰基铁注入鼓泡器中，升高温度至100℃羰基铁气化，持续反应一段时间直至鼓泡器内羰基铁不再蒸发，停止加热，继续通入氩气直到流化床温度冷却至室温得到铁包覆铝的复合粉体，再将该复合粉体加到上述碳化铌粉末中继续球磨6-7h，结束后在550-600℃下真空加热1-2min后冷却即可。
3.根据权利要求1所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，其特征在于，在c中，所述的复合精炼剂是由下列原料制成：聚乙烯吡咯烷酮0.5-1、水玻璃0.6-1、氧化铝1.3-2、石灰石2-2.5、电石2.8-3.5、碳化硅1.8-2.4；将聚乙烯吡咯烷酮和水玻璃混合加入适量的水搅拌溶解，将氧化铝、石灰石、电石和碳化硅混合球磨过200目筛得混合粉末，再将混合粉末加到上述溶液中边加热边搅拌形成颗粒，再将其加到烧结炉中以50℃/min速率升温至500℃，烧结1小时后喷入水中急冷制成复合精炼剂。
4.根据权利要求2所述一种抗脆性破裂性好的汽车用弹簧材料，其特征在于，所述改性碳化铌中铝的质量与羰基铁的体积比为3:1-2，加入的铁铝复合粉体与碳化铌的重量比为1:36-38。
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