CN109852776B - 一种超高碳含量的Fe-C合金材料及其热处理工艺 - Google Patents
一种超高碳含量的Fe-C合金材料及其热处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109852776B CN109852776B CN201811600021.1A CN201811600021A CN109852776B CN 109852776 B CN109852776 B CN 109852776B CN 201811600021 A CN201811600021 A CN 201811600021A CN 109852776 B CN109852776 B CN 109852776B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heating
- alloy
- carbon content
- heat
- steps
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Abstract
一种超高碳含量的Fe‑C合金材料及其热处理工艺，属于金属材料领域。该超高碳Fe‑C合金的化学成分及含量：C为1.91wt.％‑1.98wt.％；Si为0.12wt.％‑0.18wt.％；Mn为0.20wt.％‑0.28wt.％；Cr为0.23wt.％‑0.30wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe。其热处理工艺方法是将该成分超高碳Fe‑C合金加热到远高于Ac1而接近于Accm的910‑950℃保温，保温时间依照材料径向尺寸设为4‑8min/mm，然后以1‑3℃/min的冷速缓慢冷却至室温。通过该种热处理工艺，材料实现了优越的强韧性组合。本发明具有工艺简单、成本低廉及生产效率高等特点。
Description
技术领域
本技术属于金属材料领域，特别涉及一种超高碳含量Fe-C合金的高强韧化热处理工艺。
背景技术
高强韧钢在工程上具有很高的应用价值，相关研究一直受到国际上高度关注。碳化物为钢中的强化相，大量碳化物以细小颗粒状均匀分布于基体的存在方式对提高钢材强韧性是有利的。Fe-C平衡相图显示，随着碳含量的增加，二次渗碳体的含量增多，当达到2.11％时，二次渗碳体的量达22.6％。因此超高碳Fe-C合金具有发展高强韧钢的巨大潜力。然而在过高碳含量下，常规凝固过程中形成粗大的共晶莱氏体并析出网状碳化物，从而导致材料的塑、韧性差。为消除莱氏体，改善碳化物分布及形态，目前多采用添加合金元素及复杂热处理等工艺。显然，这些工艺不利于降低成本的需求，且工艺复杂不利于工程应用。本发明针对超高碳含量Fe-C合金，设计一种简单实用的保障获得高强韧性能的热处理工艺，为研制新型高强韧钢提供一种新的思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单的热处理工艺，使超高碳Fe-C合金材料具有高的强韧性。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超高碳含量的Fe-C合金材料，其化学成分质量百分比为：C为1.91wt.％-1.98wt.％；Si为0.12wt.％-0.18wt.％；Mn为0.20wt.％-0.28wt.％；Cr为0.23wt.％-0.30wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe。
一种以上所述的超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺，步骤如下：
步骤一：将此合金在真空加热电阻炉中以8-10℃/min的加热速度加热到远高于Ac1而接近于Accm的910-950℃保温，使得铸态组织中的珠光体完全溶入奥氏体，同时大部分莱氏体碳化物及二次碳化物溶入奥氏体；
步骤二：将该合金在910-950℃保温，保温时间依照材料径向尺寸设为4-8min/mm，以使碳元素及奥氏体组织结构均匀化；
步骤三：采用1-3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温，使二次碳化物在基体上均匀析出，在材料内避免产生热应力。
本发明的优点及有益效果：
1.本发明针对一种超高碳含量Fe-C合金材料，通过控制组织中碳化物分布及形态，实现高强韧化的目的。
2.采用远高于Ac1而接近于Accm的温度进行加热保温，使得铸态组织中的大部分莱氏体碳化物及二次碳化物溶入奥氏体，骨骼状原奥氏体形貌消失。奥氏体中碳分布比较均匀，位错等缺陷也大部分被消除。材料铸态组织中的莱氏体网可基本被消除，凝固态奥氏体的骨骼状形貌也消失。
3.采用1-3℃/min的缓慢冷速冷却，可避免因快速冷却而发生淬火转变，产生较大的热应力，保证二次碳化物在基体上均匀析出，最终可得到细小颗粒状二次碳化物均匀弥散分布于珠光体基体上的组织。
4.该种热处理工艺简单，成本低廉，易于工程应用。对新型高强韧钢的研制提供了新的思路。
附图说明
图1是本发明实施例1所得试样的金相照片。
图2是本发明实施例2所得试样的金相照片。
图3是本发明实施例3所得试样的金相照片。
图4是本发明实施例4所得试样的金相照片。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例。本发明中所述的超高碳含量是指：含碳量在1.7wt.％～2.11wt.％范围。
实施例1：
一种超高碳含量Fe-C合金材料，其化学质量百分比为：C：1.93wt.％；Si：0.12wt.％:；Mn：0.22wt.％；Cr：0.25wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe。具体热处理步骤如下：
步骤一：将此合金以8℃/min的加热速度加热到910℃保温。
步骤二：在910℃加热保温60min。
步骤三：采用1℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
图1是本发明Fe-1.93C-0.12Si-0.22Mn-0.25Cr合金材料经910℃加热保温60min后以1℃/min冷速缓慢冷却至室温的金相组织照片。铸态组织中的莱氏体组织基本被消除，碳化物分布较为均匀。测得材料的冲击韧性值为26.735J/cm2，抗拉强度值为729MPa。
实施例2：
一种超高碳含量Fe-C合金材料，其化学质量百分比为：C：1.92wt.％；Si：0.15wt.％:；Mn：0.24wt.％；Cr：0.26wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。具体热处理步骤如下：
步骤一：将此合金以10℃/min的加热速度加热到910℃保温。
步骤二：在910℃加热保温80min。
步骤三：采用3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
图2是本发明Fe-1.92C-0.15Si-0.24Mn-0.26Cr合金材料经910℃加热保温80min后以3℃/min冷速缓慢冷却至室温的金相组织照片。铸态组织中的莱氏体组织基本被消除，但碳化物分布不均匀，大部分在原凝固态奥氏体的晶界处析出。测得材料的冲击韧性值为23.735J/cm2，抗拉强度值为698MPa。
实施例3：
一种超高碳含量Fe-C合金材料，其化学质量百分比为：C：1.95wt.％；Si：0.16wt.％:；Mn：0.22wt.％；Cr：0.24wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。具体热处理步骤如下：
步骤一：将此合金以8℃/min的加热速度加热到930℃保温一小时。
步骤二：在930℃加热保温60min。
步骤三：采用1℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
图3是本发明Fe-1.95C-0.16Si-0.22Mn-0.24Cr合金材料经930℃加热保温60min后以1℃/min冷速缓慢冷却至室温的金相组织照片。铸态组织中的莱氏体组织基本被消除，碳化物以小颗粒状均匀弥散的分布在珠光体基体上。测得材料的冲击韧性值为30.025J/cm2，抗拉强度值为792MPa。
实施例4：
一种超高碳含量Fe-C合金材料，其化学质量百分比为：C：1.96wt.％；Si：0.16wt.％:；Mn：0.25wt.％；Cr：0.27wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。具体热处理步骤如下：
步骤一：将此合金以10℃/min的加热速度加热到930℃保温一小时。
步骤二：在930℃加热保温80min。
步骤三：采用3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
图4是本发明Fe-1.96C-0.16Si-0.25Mn-0.27Cr合金材料经930℃加热保温80min后以3℃/min冷速缓慢冷却至室温的金相组织照片。铸态组织中的莱氏体组织基本被消除，碳化物以小颗粒状分布在珠光体基体上，分布较为均匀。测得材料的冲击韧性值为28.025J/cm2，抗拉强度值为785MPa。
Claims (10)
1.一种超高碳含量的Fe-C合金材料，其特征在于其化学成分质量百分比为：C为1.91wt.％-1.98wt.％；Si为0.12wt.％-0.18wt.％；Mn为0.20wt.％-0.28wt.％；Cr为0.23wt.％-0.30wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质；
所述的超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺步骤如下：
步骤一：将此合金在真空加热电阻炉中以8-10℃/min的加热速度加热到远高于Ac1而接近于Accm的910-950℃保温，使得铸态组织中的珠光体完全溶入奥氏体，同时大部分莱氏体碳化物及二次碳化物溶入奥氏体；
步骤二：将该合金在910-950℃保温，保温时间依照材料径向尺寸设为4-8min/mm，以使碳元素及奥氏体组织结构均匀化；
步骤三：采用1-3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温，使二次碳化物在基体上均匀析出，在材料内避免产生热应力。
2.根据权利要求1所述的超高碳含量Fe-C合金材料，其特征是：其化学质量百分比为：C：1.93wt.％；Si：0.12wt.％；Mn：0.22wt.％；Cr：0.25wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的超高碳含量Fe-C合金材料，其特征是：其化学质量百分比为：C：1.92wt.％；Si：0.15wt.％；Mn：0.24wt.％；Cr：0.26wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的超高碳含量Fe-C合金材料，其特征是：其化学质量百分比为：C：1.95wt.％；Si：0.16wt.％；Mn：0.22wt.％；Cr：0.24wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的超高碳含量Fe-C合金材料，其特征是：其化学质量百分比为：C：1.96wt.％；Si：0.16wt.％；Mn：0.25wt.％；Cr：0.27wt.％；P<0.02wt.％；S<0.02wt.％；其余为Fe及不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺，其特征在于步骤如下：
步骤一：将此合金在真空加热电阻炉中以8-10℃/min的加热速度加热到远高于Ac1而接近于Accm的910-950℃保温，使得铸态组织中的珠光体完全溶入奥氏体，同时大部分莱氏体碳化物及二次碳化物溶入奥氏体；
步骤二：将该合金在910-950℃保温，保温时间依照材料径向尺寸设为4-8min/mm，以使碳元素及奥氏体组织结构均匀化；
步骤三：采用1-3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温，使二次碳化物在基体上均匀析出，在材料内避免产生热应力。
7.根据权利要求6所述的超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺，其特征在于步骤如下：
步骤一：将此合金以8℃/min的加热速度加热到910℃保温；
步骤二：在910℃加热保温60min；
步骤三：采用1℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
8.根据权利要求6所述的超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺，其特征在于步骤如下：
步骤一：将此合金以10℃/min的加热速度加热到910℃保温；
步骤二：在910℃加热保温80min；
步骤三：采用3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
9.根据权利要求6所述的超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺，其特征在于步骤如下：
步骤一：将此合金以8℃/min的加热速度加热到930℃保温一小时；
步骤二：在930℃加热保温60min；
步骤三：采用1℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
10.根据权利要求6所述的超高碳含量的Fe-C合金材料的热处理工艺，其特征在于步骤如下：
步骤一：将此合金以10℃/min的加热速度加热到930℃保温一小时；
步骤二：在930℃加热保温80min；
步骤三：采用3℃/min的缓慢冷速将加热保温后的合金冷却至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811600021.1A CN109852776B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种超高碳含量的Fe-C合金材料及其热处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811600021.1A CN109852776B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种超高碳含量的Fe-C合金材料及其热处理工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109852776A CN109852776A (zh) | 2019-06-07 |
| CN109852776B true CN109852776B (zh) | 2020-09-29 |
Family
ID=66892363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811600021.1A Active CN109852776B (zh) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | 一种超高碳含量的Fe-C合金材料及其热处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109852776B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1417365A (zh) * | 2002-11-29 | 2003-05-14 | 上海宝钢集团公司 | 高强度超高碳钢及其生产工艺 |
| DE102004010916A1 (de) * | 2004-03-05 | 2005-09-22 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Nitrierfähiger Gusseisenwerkstoff mit lamellaren, vermicularen oder globularen Graphitstrukturen |
| CN1904122A (zh) * | 2006-08-07 | 2007-01-31 | 易正伦 | 高性能热作模具钢 |
| CN107699789A (zh) * | 2017-08-24 | 2018-02-16 | 唐山志威科技有限公司 | 一种高韧性、高热稳定性zw866压铸用热作模具钢及其制备方法 |
| CN108754302A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-11-06 | 北京工业大学 | 一种高韧性高耐磨性含碳化物等温淬火球墨铸铁及其制备方法 |
-
2018
- 2018-12-26 CN CN201811600021.1A patent/CN109852776B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1417365A (zh) * | 2002-11-29 | 2003-05-14 | 上海宝钢集团公司 | 高强度超高碳钢及其生产工艺 |
| DE102004010916A1 (de) * | 2004-03-05 | 2005-09-22 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Nitrierfähiger Gusseisenwerkstoff mit lamellaren, vermicularen oder globularen Graphitstrukturen |
| CN1904122A (zh) * | 2006-08-07 | 2007-01-31 | 易正伦 | 高性能热作模具钢 |
| CN107699789A (zh) * | 2017-08-24 | 2018-02-16 | 唐山志威科技有限公司 | 一种高韧性、高热稳定性zw866压铸用热作模具钢及其制备方法 |
| CN108754302A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-11-06 | 北京工业大学 | 一种高韧性高耐磨性含碳化物等温淬火球墨铸铁及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109852776A (zh) | 2019-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110438310B (zh) | 一种热作模具钢及其热处理方法 | |
| CN101372726B (zh) | 厚大形球墨铸铁模具热处理方法 | |
| CN104911501B (zh) | 一种超高强度高碳位错型马氏体钢及其制备方法 | |
| CN111705268B (zh) | 一种低屈强比超高强高韧耐压壳体用钢及其制备方法 | |
| CN103088251B (zh) | 一种球墨铸铁及其热处理方法 | |
| CN103789603A (zh) | 一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件及其制造方法 | |
| CN107974639A (zh) | 一种高韧性的多元合金耐磨钢球及其制备方法 | |
| CN105803351A (zh) | 耐腐蚀双相不锈钢铸件铸造方法 | |
| CN104451073A (zh) | 一种消除铁素体耐热钢中δ铁素体的热处理方法 | |
| CN109852776B (zh) | 一种超高碳含量的Fe-C合金材料及其热处理工艺 | |
| HE et al. | Effect of Nb on the continuous cooling transformation rule and microstructure, mechanical properties of Ti-Mo bearing microalloyed steel | |
| CN113502431A (zh) | 一种等温淬火球墨铸铁材料及其制备方法和应用 | |
| CN113881894A (zh) | 一种析出物增强贝氏体-马氏体复相耐磨衬板的制备方法 | |
| CN106086772A (zh) | 渗氮处理耐磨球制备方法 | |
| CN102699645B (zh) | 一种风力发电机齿轮的等温正火工艺 | |
| CN109628833B (zh) | 一种Cr-Mo-Si-V系冷作模具钢及其制备方法 | |
| CN104805377A (zh) | 一种低合金超高强度钢及其制备方法 | |
| JPH0549722B2 (zh) | ||
| EP3099834A1 (en) | A spheroidal graphite iron for cylinder heads and method for manufacturing it | |
| TWI727230B (zh) | 鑄鐵結構件及其製造方法 | |
| CN107779786A (zh) | 一种耐磨球及其制备工艺 | |
| CN113481424A (zh) | 一种高硬度耐磨含硼高铬铸铁 | |
| JP6793541B2 (ja) | 球状黒鉛鋳鉄管、および、球状黒鉛鋳鉄管の製造方法 | |
| RU2449043C2 (ru) | Способ термической обработки чугуна с шаровидным графитом | |
| CN110093561A (zh) | 一种铸态无磁奥氏体不锈钢及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |