CN107287495A - 一种耐磨食品机械材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨食品机械材料，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.0～3.5％、Si：0.5～1.0％、Cr：1.5～2.0％、V：0.8～1.0％、Mn：0.5～0.8％、Ni：0.4～0.7％、B：0.05～0.1％、W：0.05～0.1％、Ce：0.06～0.08％，余量为Fe。此外，本发明还提供了一种耐磨食品机械材料的制备方法。本发明通过优化各元素组分，提高了机械材料的硬度、耐磨性、抗拉强度、热稳定性、冲击韧性、抗氧化性以及抗机械疲劳性，制备出的耐磨食品机械材料能够克服食品加工中的磨损、腐蚀和冲击，避免了表面细小颗粒的脱落对食品原料的污染，保障了食品卫生和人身健康。

Description

一种耐磨食品机械材料及其制备方法
技术领域
本发明属于食品处理机械技术领域，具体涉及一种耐磨食品机械材料及其制备方法。
背景技术
金属材料的强度、硬度(耐磨性)、塑性和韧性等机械性能通常表现为相互限制、相互影响而共同形成矛盾的统一体。针对不同行业的实际使用要求并结合现有的加工方法和能力，选择合理的合金成分和含量以达到优选的金属合金材料，一直是材料行业中努力的方向。
食品加工中无论初加工还是精加工通常都会具有对食品进行破碎、粉碎、搅拌等工序，这些工序需要采用相应的机械设备驱动特定形状或结构的工具直接与食品、溶剂、添加剂等相接触的操作。当食品具有坚硬的外壳、果仁、甚至杂质时，相应的食品加工工具将长期处于被打磨的工作条件，而精加工工序中的溶剂、添加剂等材料也将对已经被打磨的加工工具形成物理和化学的冲击。因此，在食品加工中无论初加工还是精加工，同食品相接触的工具有磨损、形成细小脱落并混入食品材料中的风险。为解决相应的杂质或有害物质混入食品之中，需要提供一种安全耐磨食品机械工具材料，保障人身健康。
发明内容
本发明提供了一种耐磨食品机械材料，解决了目前现有技术中食品加工中无论初加工还是精加工，同食品相接触的工具有磨损、形成细小脱落并混入食品材料中的风险问题。
本发明的第一个目的是提供一种耐磨食品机械材料，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.0～3.5％、Si：0.5～1.0％、Cr：1.5～2.0％、V：0.8～1.0％、Mn：0.5～0.8％、Ni：0.4～0.7％、B：0.05～0.1％、W：0.05～0.1％、Ce：0.06～0.08％，余量为Fe。
优选的，所述耐磨食品机械材料的原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.2％、Si：0.8％、Cr：1.8％、V：0.9％、Mn：0.6％、Ni：0.5％、B：0.08％、W：0.08％、Ce：0.07％，余量为Fe。
本发明的第二个目的是提供一种耐磨食品机械材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取C:3.0～3.5％、Si：0.5～1.0％、Cr：1.5～2.0％、V：0.8～1.0％、Mn：0.5～0.8％、Ni：0.4～0.7％、B：0.05～0.1％、W：0.05～0.1％、Ce：0.06～0.08％，余量用Fe补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的原料装入冶炼设备中，搅拌，使其混合均匀，然后进行初次熔炼，熔炼过程中通入保护气体，熔炼温度为1450～1500℃，熔炼时间为1～2h，熔炼完毕得到初次熔炼合金；
步骤3，将步骤2中初次熔炼合金破碎成粒径为1～3cm的碎块，然后装入冶炼设备中进行二次熔炼，熔炼过程中通入保护气体，熔炼温度为1480～1520℃，熔炼时间为1～2h，熔炼完毕得到二次熔炼合金，将二次熔炼合金热轧成坯料；
步骤4，将步骤3中坯料加热至1000～1200℃后保温3～6h，保温完毕冷却至室温进行淬火处理，得到淬火处理坯料；
步骤5，将步骤4中淬火处理坯料进行第一次回火，第一次回火温度为700～720℃，回火时间为8～12h，第一次回火完毕后降至室温，然后进行第二次回火，第二次回火温度为680～700℃，回火时间为8～12h，第二次回火完毕即得到所述耐磨食品机械材料。
优选的，所述步骤2以及所述步骤3中所用冶炼设备均为真空中频感应电炉。
优选的，所述真空中频感应电炉的真空度为1.5×10-3Pa。
优选的，所述步骤2以及所述步骤3中通入保护气体均为氩气。
优选的，所述步骤4以及所述步骤5中均采用空冷或油冷冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明通过优化C、Si、Cr、V、Mn、Ni、B、W、Ce等元素组分，提高了机械材料的硬度、耐磨性、抗拉强度、热稳定性、冲击韧性、抗氧化性以及抗机械疲劳性，制备出的机械材料能够克服食品加工中的磨损、腐蚀和冲击，防止表面细小颗粒的脱落而污染食品原料，保障了食品卫生和人身健康
2)本发明在制备耐磨食品机械材料时经过两次熔炼以及两次回火处理，最终得到的组织是大量的马氏体和少量的贝氏体、铁素体与残余奥氏体，从而使材料具备更好的内部韧性，塑性和耐磨性更好。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行。
实施例1
一种耐磨食品机械材料，其特征在于，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.0％、Si：1.0％、Cr：2.0％、V：0.8％、Mn：0.8％、Ni：0.7％、B：0.05％、W：0.05％、Ce：0.08％，余量用Fe补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取C:3.0％、Si：1.0％、Cr：2.0％、V：0.8％、Mn：0.8％、Ni：0.7％、B：0.05％、W：0.05％、Ce：0.08％，余量用Fe补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的原料装入真空度为1.5×10-3Pa的真空中频感应电炉中，搅拌，使其混合均匀，然后进行初次熔炼，熔炼过程中通入氩气保护，熔炼温度为1450℃，熔炼时间为2h，熔炼完毕得到初次熔炼合金；
步骤3，将步骤2中初次熔炼合金破碎成粒径为1cm的碎块，然后装入真空度为1.5×10-3Pa的真空中频感应电炉中进行二次熔炼，熔炼过程中通入氩气保护，熔炼温度为1480℃，熔炼时间为2h，熔炼完毕得到二次熔炼合金，将二次熔炼合金热轧成坯料；
步骤4，将步骤3中坯料加热至1000℃后保温6h，保温完毕空冷冷却至室温进行淬火处理，得到淬火处理坯料；
步骤5，将步骤4中淬火处理坯料进行第一次回火，第一次回火温度为700℃，回火时间为12h，第一次回火完毕后空冷冷却至室温，然后进行第二次回火，第二次回火温度为680℃，回火时间为12h，第二次回火完毕即得到耐磨食品机械材料。
实施例2
一种耐磨食品机械材料，其特征在于，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.2％、Si：0.8％、Cr：1.8％、V：0.9％、Mn：0.6％、Ni：0.5％、B：0.08％、W：0.08％、Ce：0.07％，余量用Fe补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取C:3.2％、Si：0.8％、Cr：1.8％、V：0.9％、Mn：0.6％、Ni：0.5％、B：0.08％、W：0.08％、Ce：0.07％，余量用Fe补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的原料装入真空度为1.5×10-3Pa的真空中频感应电炉中，搅拌，使其混合均匀，然后进行初次熔炼，熔炼过程中通入氩气保护，熔炼温度为1480℃，熔炼时间为1.5h，熔炼完毕得到初次熔炼合金；
步骤3，将步骤2中初次熔炼合金破碎成粒径为2cm的碎块，然后装入真空度为1.5×10-3Pa的真空中频感应电炉中进行二次熔炼，熔炼过程中通入氩气保护，熔炼温度为1500℃，熔炼时间为1.5h，熔炼完毕得到二次熔炼合金，将二次熔炼合金热轧成坯料；
步骤4，将步骤3中坯料加热至1100℃后保温5h，保温完毕后油冷冷却至室温进行淬火处理，得到淬火处理坯料；
步骤5，将步骤4中淬火处理坯料进行第一次回火，第一次回火温度为710℃，回火时间为10h，第一次回火完毕后油冷冷却至室温，然后进行第二次回火，第二次回火温度为690℃，回火时间为10h，第二次回火完毕即得到耐磨食品机械材料。
实施例3
一种耐磨食品机械材料，其特征在于，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.5％、Si：0.5％、Cr：1.5％、V：1.0％、Mn：0.5％、Ni：0.4％、B：0.1％、W：0.1％、Ce：0.06％，余量用Fe补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取C:3.5％、Si：0.5％、Cr：1.5％、V：1.0％、Mn：0.5％、Ni：0.4％、B：0.1％、W：0.1％、Ce：0.06％，余量用Fe补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的原料装入真空度为1.5×10-3Pa的真空中频感应电炉中，搅拌，使其混合均匀，然后进行初次熔炼，熔炼过程中通入氩气保护，熔炼温度为1500℃，熔炼时间为1h，熔炼完毕得到初次熔炼合金；
步骤3，将步骤2中初次熔炼合金破碎成粒径为3cm的碎块，然后装入真空度为1.5×10-3Pa的真空中频感应电炉中进行二次熔炼，熔炼过程中通入氩气保护，熔炼温度为1520℃，熔炼时间为1h，熔炼完毕得到二次熔炼合金，将二次熔炼合金热轧成坯料；
步骤4，将步骤3中坯料加热至1200℃后保温3h，保温完毕后油冷冷却至室温进行淬火处理，得到淬火处理坯料；
步骤5，将步骤4中淬火处理坯料进行第一次回火，第一次回火温度为720℃，回火时间为8h，第一次回火完毕后油冷冷却至室温，然后进行第二次回火，第二次回火温度为700℃，回火时间为8h，第二次回火完毕即得到耐磨食品机械材料。
实施例1～3均制备出了性能良好的耐磨食品机械材料，对实施例1～3制备出的耐磨食品机械材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1～3性能测试结果
由表1中看出，本发明中制备出的耐磨食品机械材料钢硬度均能达到60HRC以上，耐磨性良好，抗拉强度达到1000Mpa以上，冲击韧性达到160KJ·mm-2以上，上述对材料的性能检测结果均良好，可满足耐磨食品机械材料的使用要求。
本发明通过优化C、Si、Cr、V、Mn、Ni、B、W、Ce等元素组分，提高了机械材料的硬度、耐磨性、抗拉强度、热稳定性、冲击韧性、抗氧化性以及抗机械疲劳性。本发明中加入高含量的C，一部分C生成石墨球化后具有优异的抗热耐磨性，而Si元素的加入可以促使C石墨化；Cr、Ni元素的加入能改善机械材料的抗热强度，使之具备良好的抗氧化性和热韧性；V元素可增强机械材料的塑性、热任性和耐热性；Mn元素可以稳定机械材料中的珠光体组织，提高机械材料的强度、硬度和耐磨性；B能提高机械材料内部的延展性，且对疲劳裂纹的扩展有所改善，使机械材料具备很长的使用寿命和韧性；W能增强机械材料的抗热强度、热硬性以及耐磨性；Ce作为变质元素加入体系，一方面细化了晶粒，减少了钢液中的O、S等有害元素，改善了夹杂物的形态及凝固组织，进一步提高了材料的综合性能与使用寿命，另一方面，加入Ce能改善机械材料的微观组织，从而提高其综合性能，经变质后，材料的硬度、强度略有提高，而常温的抗冲击韧性与抗机械疲劳等性能明显提高。
此外，本发明在制备耐磨食品机械材料时所采用的熔炼方法与常规的熔炼方法不同，本发明经过两次熔炼和两次回火处理，最终得到的组织是大量的马氏体和少量的贝氏体、铁素体与残余奥氏体，从而使材料具备更好的内部韧性，塑性和耐磨性更好。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1～3相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种耐磨食品机械材料，其特征在于，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.0～3.5％、Si：0.5～1.0％、Cr：1.5～2.0％、V：0.8～1.0％、Mn：0.5～0.8％、Ni：0.4～0.7％、B：0.05～0.1％、W：0.05～0.1％、Ce：0.06～0.08％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨食品机械材料，其特征在于，其原料由以下质量百分比的组分组成：C:3.2％、Si：0.8％、Cr：1.8％、V：0.9％、Mn：0.6％、Ni：0.5％、B：0.08％、W：0.08％、Ce：0.07％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的耐磨食品机械材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取C:3.0～3.5％、Si：0.5～1.0％、Cr：1.5～2.0％、V：0.8～1.0％、Mn：0.5～0.8％、Ni：0.4～0.7％、B：0.05～0.1％、W：0.05～0.1％、Ce：0.06～0.08％，余量用Fe补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的原料装入冶炼设备中，搅拌，使其混合均匀，然后进行初次熔炼，熔炼过程中通入保护气体，熔炼温度为1450～1500℃，熔炼时间为1～2h，熔炼完毕得到初次熔炼合金；
步骤3，将步骤2中初次熔炼合金破碎成粒径为1～3cm的碎块，然后装入冶炼设备中进行二次熔炼，熔炼过程中通入保护气体，熔炼温度为1480～1520℃，熔炼时间为1～2h，熔炼完毕得到二次熔炼合金，将二次熔炼合金热轧成坯料；
步骤4，将步骤3中坯料加热至1000～1200℃后保温3～6h，保温完毕冷却至室温进行淬火处理，得到淬火处理坯料；
步骤5，将步骤4中淬火处理坯料进行第一次回火，第一次回火温度为700～720℃，回火时间为8～12h，第一次回火完毕后降至室温，然后进行第二次回火，第二次回火温度为680～700℃，回火时间为8～12h，第二次回火完毕即得到所述耐磨食品机械材料。
4.根据权利要求3所述的耐磨食品机械材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2以及所述步骤3中所用冶炼设备均为真空中频感应电炉。
5.根据权利要求4所述的耐磨食品机械材料的制备方法，其特征在于，所述真空中频感应电炉的真空度为1.5×10-3Pa。
6.根据权利要求3所述的耐磨食品机械材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2以及所述步骤3中通入保护气体均为氩气。
7.根据权利要求3所述的耐磨食品机械材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4以及所述步骤5中采用空冷或油冷冷却至室温。
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