CN107699824B - 一种高强度锰铁合金及其制备方法 - Google Patents

一种高强度锰铁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度锰铁合金及其制备方法，该锰铁合金包括以下成分：纳米碳纤维0.4‑0.6％，锰6.2‑7.8％，铬4.6‑6.5％，锆0.3‑0.6％，钙0.1‑0.2％，钼0.8‑1.4％，纳米氮化钨0.6‑0.8％，纳米氮化硼0.2‑0.4％，钒0.2‑0.4％，氧化铈0.03‑0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁。本发明的锰铁合金在锰铁基质的基础上，添加稀土、无机纳米粒子、细化剂等材料，再通过热处理，使锰铁合金的韧性和强度有所提高，并具有良好的硬度和机械加工性能，且使用寿命也有增强。

Description

一种高强度锰铁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及其制备领域，具体涉及一种高强度锰铁合金及其制备方法。
背景技术
铁基高温合金是以铁为基，配以多种元素的合金化作用来提高其高温机械性能和高温抗腐蚀性能的特种合金。铁基高温合金相对于镍基和钴基高温合金而言，价格低廉，是一种普遍应用于国防、能源、航空以及核反应等领域的高温结构材料。但由于铁的淬透性和韧性不足、硬度低、耐磨性差等会导致其使用寿命短，不能满足工业发展的需求。因而，在已有铁基合金的基础上，我们开发了一种韧性和强度较理想，且具有良好的硬度和机械加工性能的锰铁合金，用途范围广。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提供了一种高强度锰铁合金及其制备方法，制备得到的锰铁合金在锰铁基质的基础上，添加稀土、无机纳米粒子、细化剂等材料，再通过热处理，使锰铁合金的韧性和强度有所提高，并具有良好的硬度和机械加工性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高强度锰铁合金，由以下质量百分比的原料组成：
纳米碳纤维0.4-0.6％，锰6.2-7.8％，铬4.6-6.5％，锆0.3-0.6％，钙0.1-0.2％，钼0.8-1.4％，纳米氮化钨0.6-0.8％，纳米氮化硼0.2-0.4％，钒0.2-0.4％，氧化铈0.03-0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁。
所述纳米碳纤维的粒径为30-60nm。
所述纳米氮化钨和纳米氮化硼的粒径为50-80nm。
上述高强度锰铁合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：
(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维和铁，加热至1450-1480℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温8-10min；
(2)锰铬复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入电解锰、纯铬、锆和钙至完全熔化，继续保温8-10min；
(3)添加材料复配：向步骤(2)所得的锰铬复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化钨，纳米氮化硼，钼，钒，氧化铈，加热至1680-1750℃至各配料熔化，保温5-8min；
(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼3-5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置5-8min；
(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1350-1380℃时浇注成型，得到高强度锰铁合金；
所述的热处理工艺为：
(a)将熔炼得到的锰铁合金加热至720-740℃，保温1-2h，然后空冷至室温；
(b)再将经过步骤(a)处理的锰铁合金加热至850-920℃，保温0.5-1.5h，然后水冷至室温。
本发明的有益效果：本发明的锰铁合金在锰铁基质的基础上，添加稀土、无机纳米粒子、细化剂等材料，再通过热处理，使锰铁合金的韧性和强度有所提高，并具有良好的硬度和机械加工性能，且使用寿命也有增强，同时氮元素的加入有利于增强锰铁合金的耐腐蚀性能，热处理后，马氏体增多，且在细化剂锆和钙等的作用下，不仅可以细化晶粒，还可以帮助脱氧、脱磷等，使之制备得到的锰铁合金纯度较理想；同时，热处理步骤中使用水冷的方式，降低了生产成本，也减少了环境污染和安全隐患。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例中，各种原料都为马可波罗网产品。
实施例1
一种高强度锰铁合金，由以下质量百分比的原料组成：
纳米碳纤维0.5％，锰7.2％，铬5.8％，锆0.52％，钙0.14％，钼1.2％，纳米氮化钨0.8％，纳米氮化硼0.3％，钒0.3％，氧化铈0.04％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁。
上述高强度锰铁合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：
(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维和铁，加热至1480℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温10min；
(2)锰铬复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入电解锰、纯铬、锆和钙至完全熔化，继续保温10min；
(3)添加材料复配：向步骤(2)所得的锰铬复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化钨，纳米氮化硼，钼，钒，氧化铈，加热至1750℃至各配料熔化，保温8min；
(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置6min；
(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1380℃时浇注成型，得到高强度锰铁合金；
所述的热处理工艺为：
(a)将熔炼得到的锰铁合金加热至720℃，保温1.5h，然后空冷至室温；
(b)再将经过步骤(a)处理的锰铁合金加热至900℃，保温1h，然后水冷至室温。
经检测，制得的高强度锰铁合金的技术参数如下：抗拉强度为612MPa，硬度为145HB，晶粒度为8级，使用寿命为同等产品的1.52倍。
实施例2
一种高强度锰铁合金，由以下质量百分比的原料组成：
纳米碳纤维0.5％，锰7.5％，铬6.2％，锆0.6％，钙0.2％，钼1.23％，纳米氮化钨0.8％，纳米氮化硼0.4％，钒0.35％，氧化铈0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁。
上述高强度锰铁合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：
(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维和铁，加热至1460℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温8min；
(2)锰铬复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入电解锰、纯铬、锆和钙至完全熔化，继续保温8min；
(3)添加材料复配：向步骤(2)所得的锰铬复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化钨，纳米氮化硼，钼，钒，氧化铈，加热至1720℃至各配料熔化，保温6min；
(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置8min；
(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1360℃时浇注成型，得到高强度锰铁合金；
所述的热处理工艺为：
(a)将熔炼得到的锰铁合金加热至730℃，保温1h，然后空冷至室温；
(b)再将经过步骤(a)处理的锰铁合金加热至920℃，保温1h，然后水冷至室温。
经检测，制得的高强度锰铁合金的技术参数如下：抗拉强度为623MPa，硬度为152HB，晶粒度为8级，使用寿命为同等产品的1.61倍。

Claims (3)

1.一种高强度锰铁合金，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：纳米碳纤维0.4-0.6％，锰6.2-7.8％，铬4.6-6.5％，锆0.3-0.6％，钙0.1-0.2％，钼0.8-1.4％，纳米氮化钨0.6-0.8％，纳米氮化硼0.2-0.4％，钒0.2-0.4％，氧化铈0.03-0.05％，杂质磷≤0.03％，硫≤0.03％，余量为铁；
其中，上述高强度锰铁合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：
(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维和铁，加热至1450-1480℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温8-10min；
(2)锰铬复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入电解锰、纯铬、锆和钙至完全熔化，继续保温8-10min；
(3)添加材料复配：向步骤(2)所得的锰铬复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化钨，纳米氮化硼，钼，钒，铈，加热至1680-1750℃至各配料熔化，保温5-8min；
(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼3-5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置5-8min；
(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1350-1380℃时浇注成型，得到高强度锰铁合金；
所述的热处理工艺为：
(a)将熔炼得到的锰铁合金加热至720-740℃，保温1-2h，然后空冷至室温；
(b)再将经过步骤(a)处理的锰铁合金加热至850-920℃，保温0.5-1.5h，然后水冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种高强度锰铁合金，其特征在于，所述纳米碳纤维的粒径为30-60nm。
3.根据权利要求1所述的一种高强度锰铁合金，其特征在于，所述纳米氮化钨和纳米氮化硼的粒径为50-80nm。
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