CN108411226A - 一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取以下对应重量百分比原料备用：Fe 24‑30％、Cr 12‑18％、Ni 2.2‑2.8％、Al 1.2‑1.8％、V0.2‑0.8％、Sc0.03‑0.05％、海藻酸钠/碳纳米复合材料0.2‑0.8％、强度助剂0.1‑0.7％。本发明的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，该合金强度可得到一定改善，同时成本不高，二者能协调好，具有较高的使用价值和良好的应用前景。

Description

一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法。
背景技术
合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质，一般通过熔合成均匀液体和凝固而得，根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金；按含碳量不同，铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03％～2％的铁碳合金，碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降，合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等，经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等，我国合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。
现有技术中，合金成本和强度很难把握，导致二者不能很好的相协调，中国专利文献(公开号：CN104018031B)公开了一种机械装置用合金，所述合金的组分及其质量百分比为：20～25％的Fe，14～18％的Cr，1.5％～2.0％的Al，0.7％～1.5％的Ti，0.4～1.0％的Zr，0.1～5.0％的Nb，小于0.01％的B，小于0.8％的Y，余量为Ni，该文献优点是采用减少稀土元素加入，从而降低合金材料价格，合金强度虽可提高，但提高效果不明显，在一些特殊装置上仍不能达到强度要求。
中国专利文献(公开号：CN105088069B)公开了一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法，本发明的用于采矿机械的高强合金材料，各组份及其质量百分比为：1.0～15.0％W，2.0～10.0％Ni，5.0％～13.0％Zn，7.0％～15.0％Y，0.4～1.0％的Zr，0.1～5.0％Nb，余量为Fe，本发明采用的原料为常规原料进行合适配比，虽适合大规模化生产，但对强度要求很严格的机械，该文献还欠佳。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，该合金强度可得到一定改善，同时成本不高，二者能协调好，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取以下对应重量百分比原料备用：Fe 24-30％、Cr 12-18％、Ni 2.2-2.8％、Al 1.2-1.8％、V0.2-0.8％、Sc0.03-0.05％、海藻酸钠/碳纳米复合材料0.2-0.8％、强度助剂0.1-0.7％；
步骤二，将步骤一中的原料混合均匀后进行熔炼，熔炼温度为1200℃，随后送入圆柱形模具中进行浇注成型，随后在温度为150-250℃下保温1h，然后升温至650℃下进行保温30min，随后冷却至温度为350℃，再进行二次熔炼，随后再浇注成型，即得本发明的合金。
优选地，所述海藻酸钠/碳纳米复合材料的制备方法为将海藻酸钠分散到水中，进行溶胀2h，随后在温度为55℃下反应35min，随后向其中加入碳纳米管，超声分散1h，得到均匀混合液，随后向其中添加Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液，继续搅拌25min，随后送入湿法纺丝机中，再将处理后纤维进行切割，即得海藻酸钠/碳纳米复合材料。
优选地，所述海藻酸钠、碳纳米管物质的质量比为3:1。
优选地，所述海藻酸钠质量百分比浓度4-6％。
优选地，所述海藻酸钠质量百分比浓度5％。
优选地，所述Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液分别为MnCl2、FeCl3、MgCl2、SnCl溶液。
优选地，所述纤维切割后粒径为20目。
优选地，所述强度助剂为橡胶粉、石墨烯粉按照重量比3:1组成的混合物。
优选地，所述橡胶粉为甲基硅橡胶粉。
优选地，所述二次熔炼温度为1500-1700℃，熔炼时间为2h。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明采用在常规元素上添加一种稀土元素Sc，同时添加自制的海藻酸钠/碳纳米复合材料、强度助剂，海藻酸钠/碳纳米复合材料、强度助剂为自制原料，成本得以保证，同时原料之间形成补强作用，可提高合金材料的强度。
(2)碳纳米管比表面积大，同时力学性能优异，海藻酸钠表面具有丰富的羟基，将二者进行复合后，加入Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+，可将复合溶液中钠离子置换出，堆积在复合溶液交联网状结构上，作为原料添加到合金中，可提高合金的强度。
(3)强度助剂为橡胶粉、石墨烯粉组成的混合物，橡胶粉为甲基硅橡胶，其主链由硅和氧原子组成，与硅相连的侧基为甲基，该结构稳定性好，石墨烯柔韧性强，橡胶粉与石墨烯组合将二者加入到合金中，可提高合金的抗拉强度。
(4)本发明经过大量的实验论证，从实施例3及对比例1-4中得出，海藻酸钠/碳纳米复合材料、强度助剂对抗拉强度、屈服强度有一定影响，同时海藻酸钠/碳纳米复合材料影响程度大于强度助剂影响程度，实施例3相对于对比例3抗拉强度提高了23MPa，相对于对比例4抗拉强度提高了91Mpa，抗拉强度具有显著的变化，此外屈服强度也有一定改善。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取以下对应重量百分比原料备用：Fe 24％、Cr 12％、Ni 2.2％、Al1.2％、V0.2％、Sc0.03％、海藻酸钠/碳纳米复合材料0.2％、强度助剂0.1％；
步骤二，将步骤一中的原料混合均匀后进行熔炼，熔炼温度为1200℃，随后送入圆柱形模具中进行浇注成型，随后在温度为150℃下保温1h，然后升温至650℃下进行保温30min，随后冷却至温度为350℃，再进行二次熔炼，随后再浇注成型，即得本发明的合金。
本实施例的海藻酸钠/碳纳米复合材料的制备方法为将海藻酸钠分散到水中，进行溶胀2h，随后在温度为55℃下反应35min，随后向其中加入碳纳米管，超声分散1h，得到均匀混合液，随后向其中添加Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液，继续搅拌25min，随后送入湿法纺丝机中，再将处理后纤维进行切割，即得海藻酸钠/碳纳米复合材料。
本实施例的海藻酸钠、碳纳米管物质的质量比为3:1。
本实施例的海藻酸钠质量百分比浓度4％。
本实施例的Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液分别为MnCl2、FeCl3、MgCl2、SnCl溶液。
本实施例的纤维切割后粒径为20目。
本实施例的强度助剂为橡胶粉、石墨烯粉按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例的橡胶粉为甲基硅橡胶粉。
本实施例的二次熔炼温度为1500℃，熔炼时间为2h。
实施例2.
本实施例的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取以下对应重量百分比原料备用：Fe 30％、Cr 18％、Ni 2.8％、Al1.8％、V0.8％、Sc 0.05％、海藻酸钠/碳纳米复合材料0.8％、强度助剂0.7％；
步骤二，将步骤一中的原料混合均匀后进行熔炼，熔炼温度为1200℃，随后送入圆柱形模具中进行浇注成型，随后在温度为250℃下保温1h，然后升温至650℃下进行保温30min，随后冷却至温度为350℃，再进行二次熔炼，随后再浇注成型，即得本发明的合金。
本实施例的海藻酸钠/碳纳米复合材料的制备方法为将海藻酸钠分散到水中，进行溶胀2h，随后在温度为55℃下反应35min，随后向其中加入碳纳米管，超声分散1h，得到均匀混合液，随后向其中添加Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液，继续搅拌25min，随后送入湿法纺丝机中，再将处理后纤维进行切割，即得海藻酸钠/碳纳米复合材料。
本实施例的海藻酸钠、碳纳米管物质的质量比为3:1。
本实施例的海藻酸钠质量百分比浓度6％。
本实施例的Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液分别为MnCl2、FeCl3、MgCl2、SnCl溶液。
本实施例的纤维切割后粒径为20目。
本实施例的强度助剂为橡胶粉、石墨烯粉按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例的橡胶粉为甲基硅橡胶粉。
本实施例的二次熔炼温度为1700℃，熔炼时间为2h。
实施例3.
本实施例的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取以下对应重量百分比原料备用：Fe 27％、Cr 15％、Ni 2.5％、Al1.5％、V0.5％、Sc0.04％、海藻酸钠/碳纳米复合材料0.5％、强度助剂0.4％；
步骤二，将步骤一中的原料混合均匀后进行熔炼，熔炼温度为1200℃，随后送入圆柱形模具中进行浇注成型，随后在温度为200℃下保温1h，然后升温至650℃下进行保温30min，随后冷却至温度为350℃，再进行二次熔炼，随后再浇注成型，即得本发明的合金。
本实施例的海藻酸钠/碳纳米复合材料的制备方法为将海藻酸钠分散到水中，进行溶胀2h，随后在温度为55℃下反应35min，随后向其中加入碳纳米管，超声分散1h，得到均匀混合液，随后向其中添加Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液，继续搅拌25min，随后送入湿法纺丝机中，再将处理后纤维进行切割，即得海藻酸钠/碳纳米复合材料。
本实施例的海藻酸钠、碳纳米管物质的质量比为3:1。
本实施例的海藻酸钠质量百分比浓度5％。
本实施例的Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液分别为MnCl2、FeCl3、MgCl2、SnCl溶液。
本实施例的纤维切割后粒径为20目。
本实施例的强度助剂为橡胶粉、石墨烯粉按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例的橡胶粉为甲基硅橡胶粉。
本实施例的二次熔炼温度为1600℃，熔炼时间为2h。
对比例1：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是不添加海藻酸钠/碳纳米复合材料。
对比例2：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是不添加强度助剂。
对比例3：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是采用中国专利文献(公开号：CN104018031B)公开了一种机械装置用合金中实施例1中的方法与材料。
对比例4：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是采用中国专利文献(公开号：CN105088069B)公开了一种用于采矿机械的高强度合金材料及其制备方法中实施例3中的方法与材料。
采用GB/T228-2002标准对实施例3及对比例1-4性能进行测试
实施例3及对比例1-4性能测试结果如下
本发明经过大量的实验论证，从实施例3及对比例1-4中得出，海藻酸钠/碳纳米复合材料、强度助剂对抗拉强度、屈服强度有一定影响，同时海藻酸钠/碳纳米复合材料影响程度大于强度助剂影响程度，实施例3相对于对比例3抗拉强度提高了23MPa，相对于对比例4抗拉强度提高了91Mpa，抗拉强度具有显著的变化，此外屈服强度也有一定改善。
改变强度助剂中橡胶粉、石墨烯粉配比对抗拉强度、屈服强度影响
从实验例1-7得出，当橡胶粉、石墨烯粉物质的质量比为3:1时，此时抗拉强度、屈服强度最佳。
探究橡胶粉物质对合金抗拉强度影响
本实验例仅为部分实验例，从实实验例7-12得出，当橡胶粉为甲基硅橡胶粉时，抗拉强度最佳，选择其他橡胶难以得到本发明的强度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，称取以下对应重量百分比原料备用：Fe 24-30％、Cr 12-18％、Ni 2.2-2.8％、Al 1.2-1.8％、V0.2-0.8％、Sc0.03-0.05％、海藻酸钠/碳纳米复合材料0.2-0.8％、强度助剂0.1-0.7％；
步骤二，将步骤一中的原料混合均匀后进行熔炼，熔炼温度为1200℃，随后送入圆柱形模具中进行浇注成型，随后在温度为150-250℃下保温1h，然后升温至650℃下进行保温30min，随后冷却至温度为350℃，再进行二次熔炼，随后再浇注成型，即得本发明的合金。
2.根据权利要求1所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠/碳纳米复合材料的制备方法为将海藻酸钠分散到水中，进行溶胀2h，随后在温度为55℃下反应35min，随后向其中加入碳纳米管，超声分散1h，得到均匀混合液，随后向其中添加Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液，继续搅拌25min，随后送入湿法纺丝机中，再将处理后纤维进行切割，即得海藻酸钠/碳纳米复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠、碳纳米管物质的质量比为3:1。
4.根据权利要求2所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠质量百分比浓度4-6％。
5.根据权利要求4所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠质量百分比浓度5％。
6.根据权利要求2所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述Mn2+、Fe3+、Mg2+、Sn+溶液分别为MnCl2、FeCl3、MgCl2、SnCl溶液。
7.根据权利要求2所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述纤维切割后粒径为20目。
8.根据权利要求1所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述强度助剂为橡胶粉、石墨烯粉按照重量比3:1组成的混合物。
9.根据权利要求8所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述橡胶粉为甲基硅橡胶粉。
10.根据权利要求1所述的一种可改善抗拉强度机械装置用合金的制备方法，其特征在于，所述二次熔炼温度为1500-1700℃，熔炼时间为2h。
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