CN108130453A - 一种缝纫机牙叉用的金属材料及其制备方法 - Google Patents

一种缝纫机牙叉用的金属材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种缝纫机牙叉用的金属材料及其制备方法，属于合金材料领域。所述金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.12～0.30％，Cr：8～15％，Si：0.17～0.62％，B：0.13～0.28％，Mg：0.88～2.3％，V：0.1～2.0％，Ti：0.2～3.0％，Nb：0.3～2.8％，K：0.66～3.5％，W：1.8～4.3％，Hf：0.7～2.8％，Os：1.2～3.5％，余量为Al。按成分配比称取原料，将称量好的原料加热至700～750℃融化，浇铸得铸坯，将铸坯进行固溶处理，随后降至‑80～‑120℃，保持温度，施加纵向磁场处理，得缝纫机牙叉用的金属材料。

Description

一种缝纫机牙叉用的金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种缝纫机牙叉用的金属材料及其制备方法，属于合金材料领域。
背景技术
缝纫机工作原理：将缝制物置于缝纫机的针板上面，放下压步脚压住缝制物，接着踩下脚踏开关，启动缝纫机，利用送布齿之往复运动，配合作业员之合作，将缝制物依照既定方向推送，其间再由车针将线轴携带的上线与梭心携带的底线相连锁，使缝制物定型。缝纫机牙叉是缝纫机送布料机构中的核心部件，工作时，装在缝纫机送布料机构中的送布凸轮会驱使缝纫机牙叉前后拨动，而缝纫机牙叉则带动送布轴和牙架，促使牙齿前后往复运动，从而实现不断地向前送布料。
缝纫机牙叉主要由铝合金材料组成，铝合金具有质量轻、强韧性好、耐腐蚀以及特有的金属光泽等特性，被越来越多的机械零部件所采用。缝纫机牙叉拨动送布牙前后高速运动，长此以往，牙叉不断受到磨损，缩短牙叉的使用寿命，牙叉出现缺口，不能准确地拨动送布牙，且在运转时发出杂音，影响牙叉的使用效果。因此提供一种耐磨性能好、力学性能优的牙叉尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在耐磨性能差的缺点，本发明提供一种耐磨性好、力学性能优异的缝纫机牙叉用的金属材料及其制造方法，有效提高牙叉的使用寿命。
本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种缝纫机牙叉用的金属材料，所述金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.12～0.30％，Cr：8～15％，Si：0.17～0.62％，B：0.13～0.28％，Mg：0.88～2.3％，V：0.1～2.0％，Ti：0.2～3.0％，Nb：0.3～2.8％，K：0.66～3.5％，W：1.8～4.3％，Hf：0.7～2.8％，Os：1.2～3.5％，余量为Al。
K可以强化碳化物硬质相的晶界，提高材料的强韧性。且K是促进奥氏体组织生成的元素，它的存在能消除金属中粗大长柱状初生(Cr,Fe)7C3以及组织内其它碳化物，并使共晶(Cr,Fe)7C3硬质相由网状分布的长柱状、针状，变为孤立分布的块状、短柱状，使硬质相弥散分布。Hf和Os的硼化物属于高硬质相，其存在能够有效提高组织的强度，且Hf具有很强的吸氢性，能起到净化铝成分的作用。
缝纫机牙叉用的金属材料组分中Ti、V和Nb为微合金化元素，可以通过细化晶粒、沉淀强化来提高钢的强度，三种元素的添加量＜5.5％。
成分内的各元素形成的相互作用，使得缝纫机牙叉用的金属材料的硬度增加的同时，其韧性、抗裂性也得到显著提高，改变目前材料硬度增加而韧性差、不能承受强烈冲击或者韧性增加，而硬度下降的缺陷。
本发明的另一个目的，可通过下列技术方案实现：一种缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：按成分配比称取原料，将称量好的原料加热至700～750℃融化，浇铸得铸坯，将铸坯进行固溶处理，随后降至-80～-120℃，保持温度，施加纵向磁场处理，得缝纫机牙叉用的金属材料。
固溶处理，将碳化物、硼化物以及难熔元素溶解，均匀分散于组织，为后期的晶粒细化作好基础。随后在低温条件下对合金进行纵向磁场处理，低温条件极大地保留了固溶处理后的过饱和固溶体组织，凝固的组织在低温磁场作用下，晶粒逐渐细化，从而获得更精细的晶粒组织，且晶粒组织均匀取向，最终使合金的综合性能得到大幅度提高。
作为优选，所述固溶处理温度为950～1200℃，保温时间为2～5h。
作为优选，铸坯以30～80℃/s的速度降至-80～-120℃。铸坯在固溶处理后，快速降低到零下温度，组织晶粒快速凝固，实现晶粒的均匀取向。
作为优选，纵向磁场强度为2～5T。
作为优选，纵向磁场处理100～150min。
磁场强度的大小以及磁场处理时间的长短对组织晶粒细化和均匀取向具有非常显著的影响，本发明选用的磁场条件为较优选择。
作为优选，原料加热融化后，进行变质和精炼处理。
作为优选，所述变质和精炼处理步骤包括：加入稀土变质剂，同时通入惰性气体，30～60min后停止通入惰性气体，过滤，加入精炼剂进行精炼处理8～15min，再过滤。
在稀土变质剂对铝液进行变质细化过程中，同时通入惰性气体进行除气处理，惰性气体能够有效去除铝液中产生的气体，且其在铝液中产生的气体气泡对铝液起搅动作用，加速变质元素的扩散，从而缩短变质剂的潜伏期，提高生产效率。仅通过惰性气体还不能完全起到除杂除气作用，后期还需要加入精炼剂精炼，但是精炼过程中，不需要通入惰性气体，以免在精炼剂起作用时，惰性气体误将精炼剂作用成分吸附浮出铝液表面，且惰性气体持续通气的时间较长，在除氢的同时，也加大了空气中的水蒸气和空气中氢气进入的机会。
作为优选，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或多种。
作为优选，所述精炼剂为35～45wt％碳酸钠、20～30wt％硼砂、20～30wt％萤石以及10～20％云母。碳酸钠和萤石是合金精炼净化常用的精炼剂，但是二者的混合物作为精炼剂还是有很多不足，如对杂质吸附溶解能力有限，不能有效地与金属熔体发生化学作用等。硼砂为蓬松多孔的结构，其在碳酸钠的高温发泡下得到更多、更细的孔洞结构，在片层状云母的协助下，有效吸附和溶解合金中的氧化渣，达到精炼净化作用。
与现有技术相比，本发明通过添加K、W、Hf、Os等元素，结合本发明的低温磁场制备方法，获得的缝纫机牙叉用的金属材料具有良好的力学性能和优异的耐磨性能，适合用于制备牙叉。且本发明所提供的制备工艺简单易行，适合工业化生产。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
以下实施例使用的稀土变质剂为稀土变质剂70型，购自日本川岛精炼株式会社，使用的普通精炼剂为曲阜市先锋铸材有限公司的钢水精炼剂。
实施例1
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.25％，Cr：12％，Si：0.25％，B：0.21％，Mg：1.13％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：0.5％，K：1.9％，W：3.2％，Hf：1.8％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1100℃，保温4h，然后以50℃/s的速度降至-100℃，保持温度，施加强度为3T的纵向磁场处理130min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例2
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.25％，Cr：12％，Si：0.25％，B：0.21％，Mg：1.13％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：0.5％，K：1.9％，W：3.2％，Hf：1.8％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，变质处理40min后，加入普通精炼剂进行精炼处理10min，过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1100℃，保温4h，然后以50℃/s的速度降至-100℃，保持温度，施加强度为3T的纵向磁场处理130min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例3
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.25％，Cr：12％，Si：0.25％，B：0.21％，Mg：1.13％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：0.5％，K：1.9％，W：3.2％，Hf：1.8％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，同时通入惰性气体N2，变质处理40min后，过滤，加入普通精炼剂同时通入N2进行精炼处理10min，过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1100℃，保温4h，然后以50℃/s的速度降至-100℃，保持温度，施加强度为3T的纵向磁场处理130min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例4
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.25％，Cr：12％，Si：0.25％，B：0.21％，Mg：1.13％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：0.5％，K：1.9％，W：3.2％，Hf：1.8％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，同时通入惰性气体N2，变质处理40min后，停止通入N2，过滤，加入普通精炼剂进行精炼处理10min，过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1100℃，保温4h，然后以50℃/s的速度降至-100℃，保持温度，施加强度为3T的纵向磁场处理130min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例5
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.25％，Cr：12％，Si：0.25％，B：0.21％，Mg：1.13％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：0.5％，K：1.9％，W：3.2％，Hf：1.8％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，同时通入惰性气体N2，变质处理40min后，停止通入N2，过滤，加入精炼剂进行精炼处理10min，其中精炼剂为40wt％碳酸钠、30wt％硼砂和30wt％萤石，再过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1100℃，保温4h，然后以50℃/s的速度降至-100℃，保持温度，施加强度为3T的纵向磁场处理130min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例6
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.25％，Cr：12％，Si：0.25％，B：0.21％，Mg：1.13％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：0.5％，K：1.9％，W：3.2％，Hf：1.8％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，同时通入惰性气体N2，变质处理40min后，停止通入N2，过滤，加入精炼剂进行精炼处理10min，其中精炼剂为35wt％碳酸钠、28wt％硼砂、21wt％萤石和16％绢云母，再过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1100℃，保温4h，然后以50℃/s的速度降至-100℃，保持温度，施加强度为3T的纵向磁场处理130min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例7
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.15％，Cr：8％，Si：0.60％，B：0.28％，Mg：1.8％，V：1.22％，Ti：2.8％，Nb：0.8％，K：2.9％，W：3.6％，Hf：1.2％，Os：2.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至750℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，同时通入惰性气体Ar，变质处理30min后，停止通入Ar，过滤，加入精炼剂进行精炼处理15min，其中精炼剂为45wt％碳酸钠、20wt％硼砂、22wt％萤石和13％绢云母，再过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至1200℃，保温3h，然后以80℃/s的速度降至-120℃，保持温度，施加强度为5T的纵向磁场处理100min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
实施例8
缝纫机牙叉用的金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.3％，Cr：15％，Si：0.3％，B：0.18％，Mg：0.9％，V：0.22％，Ti：0.8％，Nb：1.8％，K：2.0％，W：2.4％，Hf：1.1％，Os：1.5％，余量为Al。
按上述质量百分比称取上述原料的中间合金，将称量好的原料加热至720℃融化，待完全融化后，加入稀土变质剂，同时通入惰性气体Ar，变质处理60min后，停止通入Ar，过滤，加入精炼剂进行精炼处理8min，其中精炼剂为35wt％碳酸钠、30wt％硼砂、25wt％冰晶石和10％绢云母，再过滤，浇铸得铸坯，将铸坯加热至950℃，保温5h，然后以30℃/s的速度降至-80℃，保持温度，施加强度为2T的纵向磁场处理150min,得缝纫机牙叉用的金属材料。
对比例1
对比例1与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的成分中无Hf元素，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例2
对比例2与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的成分中无Os元素，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例3
对比例3与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的成分中无K元素，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例4
对比例4与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中没有施加纵向电场，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例5
对比例5与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中施加的纵向电场的强度为1T，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例6
对比例6与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中施加的纵向电场的强度为7T，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例7
对比例7与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中施加纵向电场处理80min，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例8
对比例8与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中施加纵向电场处理170min，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例9
对比例9与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中在-50℃下施加纵向电场处理，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例10
对比例10与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中在-150℃下施加纵向电场处理，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对比例11
对比例11与实施例6的区别在于，牙叉用的金属材料的制备过程中在常温下施加纵向电场处理，其它与实施例6相同，不在此赘述。
对实施例1-8和对比例1-11制备得到的牙叉用的金属材料的性能进行测试，性能测试结果如表1所示。
表1本发明实施例1-8与对比例1-11的牙叉用的金属材料性能测试结果
从表1中可以看出，实施例6-8的力学性质优良，布氏硬度大，磨损质量损失低，对比例1、2和3分别因Hf、Os和K的缺失，合金组织硬质相数量减少，影响金属材料的耐磨性能，对比例4没有施加纵向磁场，对比例5-11的纵向磁场处理未在本发明技术方案的参数下进行，因此对比例4-11获得的牙叉金属材料相对于实施例6有很大降低。
本发明通过合金材料组分和质量百分比以及制备方法的合理选择，赋予牙叉金属材料更优异的力学性能和耐磨性能，延长牙叉的使用寿命。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种缝纫机牙叉用的金属材料，其特征在于，所述金属材料的成分及其质量百分比为：C：0.12～0.30％，Cr：8～15％，Si：0.17～0.62％，B：0.13～0.28％，Mg：0.88～2.3％，V：0.1～2.0％，Ti：0.2～3.0％，Nb：0.3～2.8％，K：0.66～3.5％，W：1.8～4.3％，Hf：0.7～2.8％，Os：1.2～3.5％，余量为Al。
2.一种如权利要求1所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：按成分配比称取原料，将称量好的原料加热至700～750℃融化，浇铸得铸坯，将铸坯进行固溶处理，随后降至-80～-120℃，保持温度，施加纵向磁场处理，得缝纫机牙叉用的金属材料。
3.根据权利要求2所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，所述固溶处理温度为950～1200℃，保温时间为2～5h。
4.根据权利要求2所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，铸坯以30～80℃/s的速度降至-80～-120℃。
5.根据权利要求2所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，纵向磁场强度为2～5T。
6.根据权利要求2所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，纵向磁场处理100～150min。
7.根据权利要求2所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，原料加热融化后，进行变质和精炼处理。
8.根据权利要求7所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，所述变质和精炼处理步骤包括：加入稀土变质剂，同时通入惰性气体，30～60min后停止通入惰性气体，过滤，加入精炼剂进行精炼处理8～15min，再过滤。
9.根据权利要求8所述缝纫机牙叉用的金属材料的制备方法，其特征在于，所述精炼剂为35～45wt％碳酸钠、20～30wt％硼砂、20～30wt％萤石以及10～20％云母。
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