CN111118391A - 一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用，所述材料按照质量分数计所述材料包括：C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％余量为Fe，以及不可避免的杂质。所述材料抗拉强度高，耐磨性好，使用寿命长，便于机加工从而提高产品精度。

Description

一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种油泵用材料，尤其涉及一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，高压油泵用压力板采用HT300，QT500材质，提高抗拉强度后不易加工。因油泵侧板在油泵中配流作用，油泵长期高压运行时磨损较大，产品寿命低。长期高频次高压冲击后侧板高压流道区易开裂。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用，所述材料抗拉强度高，耐磨性好，使用寿命长，便于机加工从而提高产品精度。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种油泵用高耐磨材料，按照质量分数计所述材料包括：
C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，余量为Fe，以及不可避免的杂质。
其中，C的质量分数可以是3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％或4.4％等，Si的质量分数可以是2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％或2.8％等，Cr的质量分数可以是0.012％、0.015％、0.018％、0.02％、0.022％、0.025％或0.028％等，Ni的质量分数可以是0.012％、0.015％、0.018％、0.02％、0.022％、0.025％或0.028％等，Cu的质量分数可以是0.35％、0.4％、0.45％、0.5％或0.55％等，Ti的质量分数可以是0.012％、0.015％、0.018％、0.02％、0.022％、0.025％或0.028％等，Sn的质量分数可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％或0.09％等，Mg的质量分数可以是0.045％、0.05％、0.055％、0.06％或0.065％等，Al的质量分数可以是0.012％、0.015％、0.018％、0.02％、0.022％、0.025％或0.028％等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样使用。
本发明中，加入Cu使组织致密，细化和改善石墨均匀分布，降低铸件白口，增加铸件抗拉强度，提高铸件耐磨性；加入Cr可以细化石墨，增加珠光体数量，提高强度、硬度、耐磨性；加入Ni降低碳的溶解度，减小白口形成，而不导致石墨粗化和强度降低，加入适当的镍既可获得高的强度又不至于造成硬而不易加工的问题；加入Sn增加铸件珠光体数量，细化共晶团，提高力学性能；加入Ti促进石墨化元素，起脱氧净化作用，提高铸件抗拉强度，减少白口层和硬点，改善加工性，提高铸件耐磨性。
作为本发明优选的技术方案，按照质量分数计所述材料包括Mn 0.1～0.3％，如0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.25％或0.28％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
优选地，按照质量分数计所述材料包括S 0.01～0.05％，如0.015％、0.02％、0.025％、0.03％、0.035％、0.04％或0.045％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
优选地，按照质量分数计所述材料包括P 0.01～0.05％，如0.015％、0.02％、0.025％、0.03％、0.035％、0.04％或0.045％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
作为本发明优选的技术方案，所述耐磨材料金相的球化等级为2级。
作为本发明优选的技术方案，所述耐磨材料内部的球光体含量为30～35％，如31％、31.5％、32％、32.5％、33％、33.5％、34％或34.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
本发明目的之二在于提供一种上述油泵用高耐磨材料的制备方法，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入球化剂、孕育剂以及强化孕育剂，熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
本发明中，根排铸铁牌号及铁液中S的含量，先加入球化剂和孕育剂，再加入强化孕育，使石墨球更圆、更细小。
为本发明优选的技术方案，所述球化剂为Mg。
优选地，所述球化剂的加入量为铁液质量的4～8％，如4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％或7.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
作为本发明优选的技术方案，所述孕育剂为Si。
优选地，所述孕育剂的加入量为铁液质量的1～2％，如1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
优选地，所述强化孕育剂为Al。
优选地，所述强化孕育剂的加入量为铁液质量的0.1～0.2％，如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.9％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
作为本发明优选的技术方案，在加入所述铁液前对所述球化剂以及孕育剂进行预热处理。
优选地，所述预热的温度为280～320℃，如285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃或315℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
作为本发明优选的技术方案，所述熔炼的温度为1450～1500℃，如1460℃、1470℃、1480℃或1490℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样使用。
优选地，所述熔炼在保护气氛下进行。
优选地，所述保护气氛包括氩气、氦气或氮气中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中，球化处理的大小、数量及分布情况，对力学性能有很大影响，球化温度对Mg吸收率的影响较大，其主要原因在于Mg是一种低沸点金属(沸点为1108℃)，在高温的条件下极易发生汽化，熔炼的温度越高，其汽化越剧烈，导致残余量就越少，而Mg残余量的多少往往对球墨铸铁中石墨球化效果起着至关重要的作用；
球化处理温度及时间对铸件中Mg吸收率有显著影响，超过1450℃，Mg的汽化烧损严重。
均匀分布的球状石黑有利于提高热处理后下贝氏体铸铁的综合力学性能：一是细小、圆润形态对金属的分割和应力集中很小，与金属基体咬合情况较好，有一定的结合强度；二是贝氏体转变以石墨球与奥氏体的界面为优先形核位置，尺寸细小、分布均匀的球状石墨有助于提高下贝氏体和残余奥氏体分布的均匀性，使下贝氏体球墨铸铁具有优艺的塑性变形。
本发明目的之三在于提供一种上述油泵用高耐磨材料的应用，所述耐磨材料用于油泵压力板。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用，所述材料具有良好的机械性能，抗拉强度可达610.8MPa，抗弯强度可达510.5MPa，延伸率可达4.5％；
(2)本发明提供一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用，所述材料具有良好的硬度，硬度为HB200～220；
(3)本发明提供一种油泵用高耐磨材料及其制备方法和应用，所述材料使用寿命长，便于机加工从而提高产品精度。
附图说明
图1是本发明提供的油泵用高耐磨材料的金相图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种油泵用高耐磨材料的制备方法，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入铁液质量6％的Mg、铁液质量1.5％的Si以及铁液质量0.16％的Al，在氩气保护下1500℃下熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
在加入所述铁液前对Mg和Si在300℃下进行预热。
最终得到的油泵用高耐磨材料中各元素的质量含量为C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，Mn 0.1～0.3％，S 0.01～0.05％，P 0.01～0.05％，其金相图如图1所示。
实施例2
本实施例提供一种油泵用高耐磨材料的制备方法，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入铁液质量4％的Mg、铁液质量1％的Si以及铁液质量0.1％的Al，在氩气保护下1450℃下熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
在加入所述铁液前对Mg和Si在280℃下进行预热。
最终得到的油泵用高耐磨材料中各元素的质量含量为C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，Mn 0.1～0.3％，S 0.01～0.05％，P 0.01～0.05％。
实施例3
本实施例提供一种油泵用高耐磨材料的制备方法，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入铁液质量8％的Mg、铁液质量2％的Si以及铁液质量0.2％的Al，在氩气保护下1500℃下熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
在加入所述铁液前对Mg和Si在320℃下进行预热。
最终得到的油泵用高耐磨材料中各元素的质量含量为C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，Mn 0.1～0.3％，S 0.01～0.05％，P 0.01～0.05％。
实施例4
本实施例提供一种油泵用高耐磨材料的制备方法，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入铁液质量5％的Mg、铁液质量1.2％的Si以及铁液质量0.15％的Al，在氩气保护下1480℃下熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
在加入所述铁液前对Mg和Si在290℃下进行预热。
最终得到的油泵用高耐磨材料中各元素的质量含量为C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，Mn 0.1～0.3％，S 0.01～0.05％，P 0.01～0.05％。
实施例5
本实施例提供一种油泵用高耐磨材料的制备方法，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入铁液质量7％的Mg、铁液质量1.8％的Si以及铁液质量0.18％的Al，在氩气保护下1460℃下熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
在加入所述铁液前对Mg和Si在310℃下进行预热。
最终得到的油泵用高耐磨材料中各元素的质量含量为C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.1％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，Mn 0.1～0.3％，S 0.01～0.05％，P 0.01～0.05％。
对比例1
本对比例除了不加入Mg外，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例除了不加入Si外，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例除了不加入Al外，其他条件均与实施例1相同。
对比例4
本对比例除了熔炼温度为1000℃外，其他条件均与实施例1相同。
对比例5
本对比例除了熔炼温度为1800℃外，其他条件均与实施例1相同。
对实施例1-5以及对比例1-5提供的油泵用高耐磨材料的抗拉强度、抗弯强度、延伸率以及硬度进行测试，结果如表1所示。抗拉强度以及延伸率的测试参照GB/T228.1-2010，抗弯强度测试参照GB/T14452-1993，硬度测试参照GB/T231.1-2002。
表1
Figure BDA0002366203940000081
Figure BDA0002366203940000091
从表1的测试结果可以看出，与实施例1相比，对比例1未加入球化剂，对比例2未加入孕育剂，对比例3未加入强化孕育剂，对比例4熔炼温度过低，而对比例5熔炼温度过高，均导致最终制备得到的耐磨材料的性能要低于实施例1制备得到的耐磨材料的性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种油泵用高耐磨材料，其特征在于，按照质量分数计所述材料包括：
C 3.3～4.5％，Si 2.2～2.9％，Cr 0.01～0.03％，Ni 0.01～0.03％，Cu 0.3～0.6％，Ti 0.01～0.03％，Sn 0.005～0.01％，Mg 0.04～0.07，Al 0.01～0.03％，余量为Fe，以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的油泵用高耐磨材料，其特征在于，按照质量分数计所述材料包括Mn 0.1～0.3％；
优选地，按照质量分数计所述材料包括S 0.01～0.05％；
优选地，按照质量分数计所述材料包括P 0.01～0.05％。
3.根据权利要求1或2所述的油泵用高耐磨材料，其特征在于，所述耐磨材料金相的球化等级为2级。
4.根据权利要求1-3任一项所述的油泵用高耐磨材料，其特征在于，所述耐磨材料内部的球光体含量为30～35％。
5.一种权利要求1-4任一项所述的油泵用高耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
以Q10生铁为原料，将生铁熔成铁液，保温下加入球化剂、孕育剂以及强化孕育剂，熔炼后拉拔成型材得到所述油泵用高耐磨材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述球化剂为Mg；
优选地，所述球化剂的加入量为铁液质量的4～8％。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述孕育剂为Si；
优选地，所述孕育剂的加入量为铁液质量的1～2％；
优选地，所述强化孕育剂为Al；
优选地，所述强化孕育剂的加入量为铁液质量的0.1～0.2％。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，在加入所述铁液前对所述球化剂以及孕育剂进行预热处理；
优选地，所述预热的温度为280～320℃。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1450～1500℃；
优选地，所述熔炼在保护气氛下进行；
优选地，所述保护气氛包括氩气、氦气或氮气中的任意一种或至少两种的组合。
10.一种权利要求1-4任一项所述的油泵用高耐磨材料的应用，其特征在于，所述耐磨材料用于油泵压力板。
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