CN109234645A - 一种应用在船用锚链的复合金属材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合金属材料领域，具体涉及一种应用在船用锚链的复合金属材料及其制备方法。该复合金属材料包括以下质量份组分：钛16.8‑19.2份，锰0.1‑0.3份，碳2‑8份，硅0.80‑1.2份，铁30‑55份，铝10‑12份。通过称取原料、中频精炼、真空高压气冷淬火、均匀化处理、挤压、涂覆铝、精加工处理，和硬化处理等多道工序进行制备，制备得到的复合金属材料耐高温、耐摩擦、耐腐蚀，且表现出很高的比强度，可适用于制作船用锚链。

Description

一种应用在船用锚链的复合金属材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合金属材料领域，具体涉及一种应用在船用锚链的复合金属材料及其制备方法。
背景技术
与陆上的自然条件相比，海洋环境中的紫外线、盐雾、温度和湿度、海水的温度和流速、海水中的溶解氧及含盐量、海浪的冲击、漂浮物的撞击、海洋生物、海底土壤中的细菌等都会不同程度地引起钢构件的腐蚀。船舶长期处于这种苛刻的腐蚀环境中，使得钢构件腐蚀速率很快。
锚链是连接锚和船体或海洋工程设备之间的链条，随着海洋资源的开发需求，海洋工程设备在不断发展，海洋工程对的锚链的需求也在不断的增加。规格和强度级别更高的锚链也在不断开发和应用，大规格高强度锚链的焊口横截面直径大于100mm，R4级锚链要求抗拉强度大于860Mpa，而大规格高强度锚链的生产质量的要求也越来越高。
申请号为201510144355.2的发明专利公开了一种船用侧板低碳铬合金材料及其制备方法，所述船用合金材料的组成元素按照元素质量百分数满足下列要求：C 0.2-0.4、Cr 3-13、Mo 1-3、Ni 0.7-1.3、V 0.4-1.0、W 0.3-1.0、Si 0.7-1.3、Mn 0.2-1.0、N 0.004-0.010、RE 0.002-0.008，余量为Fe。所述船用侧板低碳铬合金材料的制备方法包括原料精选、中频精炼、真空高压气冷淬火、对铸坯进行均匀化处理、挤压成型处理、精加工处理以及硬化处理。本发明具有抗磨损、抗氧化、抗热疲劳、保证使用寿命的优点。但是该发明的合金材料因为采用的原料主要为Cr，存在强度低，使用寿命短等缺点。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用在船用锚链的复合金属材料及其制备方法，本发明制备方法所得的一种应用在船用锚链的复合金属材料耐高温、耐摩擦、耐腐蚀，且表现出很高的比强度，可适用于制作船用锚链。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种应用在船用锚链的复合金属材料，包括以下质量份组分：钛16.8-19.2份，锰0.1-0.3份，碳2-8份，硅0.80-1.2份，铁30-55份，铝10-12份。
优选地，所述复合金属材料包括以下质量份组分：钛17.2份，锰0.2份，碳2-8份，硅0.92份，铁50份，铝11份。
一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1500-1600℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌20-30min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用1-2MPa的超高压氮气或氦气与氮气的混合气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至400-450℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)将铝在180-200℃下融化，均匀涂覆至粗糙零件的表面；
(7)精加工处理，对步骤(6)所得的粗糙零件以40-50℃/h进行预热至300-350℃保温2-3h，再以20-30℃降至室温，再以30-50℃/h升温至80-90℃，保温10-14h，再以20-30℃/h升温至140-160℃，保温8-12h,真空降至室温；
(8)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为200-300℃，保温3-5h，冷却后即得复合金属材料。
优选地，所述步骤(2)中惰性气体为氦气、氖气或氩气。
优选地，所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以180-190℃/h升温至380-420℃，保温4-6h，再以50-70℃降温至180-220℃，保温4-6h,再以90-100℃/h升温至450-480℃，保温2.5-3.5h，再以50-70℃降温至190-240℃，保温2.5-3.5h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备方法所得的一种应用在船用锚链的复合金属材料耐高温、耐摩擦、耐腐蚀，且表现出很高的比强度，可适用于制作船用锚链。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种应用在船用锚链的复合金属材料，包括以下质量份组分：钛16.8份，锰0.1份，碳2份，硅0.80份，铁30份，铝10份。
一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1500℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌20min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用1MPa的超高压氮气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至400℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)将铝在180℃下融化，均匀涂覆至粗糙零件的表面；
(7)精加工处理，对步骤(6)所得的粗糙零件以40℃/h进行预热至300℃保温2h，再以20℃降至室温，再以30℃/h升温至80℃，保温10h，再以20℃/h升温至140℃，保温8h,真空降至室温；
(8)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为200℃，保温3h，冷却后即得复合金属材料。
所述步骤(2)中惰性气体为氦气。
所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以180℃/h升温至380℃，保温4h，再以50℃降温至180℃，保温4h,再以90℃/h升温至450℃，保温2.5h，再以50℃降温至190℃，保温2.5h。
实施例2
一种应用在船用锚链的复合金属材料，包括以下质量份组分：钛19.2份，锰0.3份，碳8份，硅1.2份，铁55份，铝12份。
一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1600℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌30min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用2MPa的超高压氮气或氦气与氮气的混合气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至450℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)将铝在200℃下融化，均匀涂覆至粗糙零件的表面；
(7)精加工处理，对步骤(6)所得的粗糙零件以50℃/h进行预热至350℃保温3h，再以30℃降至室温，再以50℃/h升温至90℃，保温14h，再以30℃/h升温至160℃，保温12h,真空降至室温；
(8)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为300℃，保温5h，冷却后即得复合金属材料。
所述步骤(2)中惰性气体为氩气。
所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以190℃/h升温至420℃，保温6h，再以70℃降温至220℃，保温6h,再以100℃/h升温至480℃，保温3.5h，再以70℃降温至240℃，保温3.5h。
实施例3
一种应用在船用锚链的复合金属材料，包括以下质量份组分：钛17.2份，锰0.2份，碳2-8份，硅0.92份，铁50份，铝11份。
一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1600℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌20min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用2MPa的超高压氦气与氮气的混合气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至450℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)将铝在200℃下融化，均匀涂覆至粗糙零件的表面；
(7)精加工处理，对步骤(6)所得的粗糙零件以50℃/h进行预热至350℃保温3h，再以20℃降至室温，再以50℃/h升温至80℃，保温10h，再以20℃/h升温至160℃，保温12h,真空降至室温；
(8)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为300℃，保温5h，冷却后即得复合金属材料。
所述步骤(2)中惰性气体为氖气。
所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以190℃/h升温至420℃，保温6h，再以70℃降温至220℃，保温6h,再以100℃/h升温至480℃，保温3.5h，再以70℃降温至240℃，保温2.5h。
对比例1
步骤同实施例3，不同之处在于对比例1未添加铝。
一种应用在船用锚链的复合金属材料，包括以下质量份组分：钛17.2份，锰0.2份，碳2-8份，硅0.92份，铁50份。
一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1600℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌20min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用2MPa的超高压氦气与氮气的混合气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至450℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)精加工处理，对粗糙零件以50℃/h进行预热至350℃保温3h，再以20℃降至室温，再以50℃/h升温至80℃，保温10h，再以20℃/h升温至160℃，保温12h,真空降至室温；
(7)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为300℃，保温5h，冷却后即得复合金属材料。
所述步骤(2)中惰性气体为氖气。
所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以190℃/h升温至420℃，保温6h，再以70℃降温至220℃，保温6h,再以100℃/h升温至480℃，保温3.5h，再以70℃降温至240℃，保温2.5h。
对比例2
步骤同实施例3，不同之处在于对比例2的制备方法中铝和其他原料一起融化。
一种应用在船用锚链的复合金属材料，包括以下质量份组分：钛17.2份，锰0.2份，碳2-8份，硅0.92份，铁50份。
一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1600℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌20min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用2MPa的超高压氦气与氮气的混合气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至450℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)将铝在200℃下融化，均匀涂覆至粗糙零件的表面；
(7)精加工处理，对步骤(6)所得的粗糙零件以50℃/h进行预热至350℃保温3h，再以20℃降至室温，再以50℃/h升温至80℃，保温10h，再以20℃/h升温至160℃，保温12h,真空降至室温；
(8)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为300℃，保温5h，冷却后即得复合金属材料。
所述步骤(2)中惰性气体为氖气。
所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以190℃/h升温至420℃，保温6h，再以70℃降温至220℃，保温6h,再以100℃/h升温至480℃，保温3.5h，再以70℃降温至240℃，保温2.5h。
将实施例1-3和对比例1-2所得的复合金属材料制备成锚链进行性能测试，所得结果如下表所示：
如上表可见：本发明制备方法所得的一种应用在船用锚链的复合金属材料使用寿命长，从侧面反应了该复合材料耐高温、耐摩擦、耐腐蚀，且比强度高，可适用于制作船用锚链。
以上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种应用在船用锚链的复合金属材料，其特征在于，包括以下质量份组分：钛16.8-19.2份，锰0.1-0.3份，碳2-8份，硅0.80-1.2份，铁30-55份，铝10-12份。
2.根据权利要求1所述的一种应用在船用锚链的复合金属材料，其特征在于，包括以下质量份组分：钛17.2份，锰0.2份，碳2-8份，硅0.92份，铁50份，铝11份。
3.权利要求1所述的一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取原料，将除铝以外的原料投入中频感应炉中；
(2)中频精炼，加热至1500-1600℃，待炉料全部融化，在惰性气体回流条件下，搅拌20-30min，静置形成初步合金材料；
(3)真空高压气冷淬火，对初步合金材料进行淬火和回火，用1-2MPa的超高压氮气或氦气与氮气的混合气冷却淬火，形成铸坯；
(4)对铸坯进行均匀化处理，真空冷至室温；
(5)挤压成型处理，将均匀化处理后的铸坯预热至400-450℃，然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤压成型形成粗糙零件；
(6)将铝在180-200℃下融化，均匀涂覆至粗糙零件的表面；
(7)精加工处理，对步骤(6)所得的粗糙零件以40-50℃/h进行预热至300-350℃保温2-3h，再以20-30℃降至室温，再以30-50℃/h升温至80-90℃，保温10-14h，再以20-30℃/h升温至140-160℃，保温8-12h,真空降至室温；
(8)硬化处理，利用真空渗氮技术，将精加工零件放入真空炉中，真空炉温度为200-300℃，保温3-5h，冷却后即得复合金属材料。
4.根据权利要求3所述的一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中惰性气体为氦气、氖气或氩气。
5.根据权利要求3所述的一种应用在船用锚链的复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)对铸坯进行均匀化处理的具体步骤为：以180-190℃/h升温至380-420℃，保温4-6h，再以50-70℃降温至180-220℃，保温4-6h,再以90-100℃/h升温至450-480℃，保温2.5-3.5h，再以50-70℃降温至190-240℃，保温2.5-3.5h。
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