CN1142310C - 一种高钴-稀土耐热耐蚀合金 - Google Patents

一种高钴-稀土耐热耐蚀合金 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高钴-稀土耐热耐蚀合金。其主要由铁(Fe)、碳(C)、铬(Cr)、钴(Co)、钼(Mo)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)、硅(Si)、铝(Al)、铈(Ce)、镍(Ni)、硫(S)、磷(P)、钛(Ti)元素组成的耐热耐蚀合金。该合金不仅具有较好的高温强度、良好的耐镁合金液腐蚀性能，而且还基本上不含有Ni元素，特别适用于镁合金热室压铸机热作件的工作环境。

Description

一种高钴-稀土耐热耐蚀合金
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别适用于涉及镁合金热室压铸机热作件的改良材料。
背景技术
镁合金作为最轻的工程金属材料，不仅具有高比强度、高比刚度以及良好的抗电磁辐射能力，而且还具有良好的充型流动性和可再生利用性。世界各国都非常重视镁合金的研究开发。镁合金被誉为是21世纪的“绿色材料”。压铸镁合金已成为一种更有潜力的可替代压铸铝合金和其它压铸材料的工程材料，在汽车、电子、家电、通信、仪表以及航天航空等领域的应用日益增多。
在生产镁合金铸件的压铸机上，一些重要的零部件，如打料壶、钢令、锤头及喷嘴等热作件长期工作于650℃以上的镁合金液中。由于镁合金化学性质活泼，而且含有Al、Zn等元素，对热作件有很强的腐蚀性，使其使用寿命降低，严重影响镁合金压铸生产的效率，增加生产成本。因此，压铸镁合金用热作模具钢一直是各国非常重视的研究对象。
常用于压铸的热作模具钢的牌号及化学成分列于表1中。表中所列的几种钢号可用于制造镁合金压铸模具，尤其以H13应用最为广泛，压铸行业中90％以上的型腔模都是由H13钢制造。
QRO80和QRO90是瑞典的Uddholm公司在H13基础上开发出来的，具有更为持久的高温强度和抗热疲劳性能，是制造镁合金压铸模具的优质钢种。但这些钢种适用于工作温度较低的环境中。当使用温度超过650℃时，这种钢的高温强度和高温硬度都显著降低。对于要长期工作于700℃左右的高温环境中，并要承受较高的冲击、磨损和镁合金液的腐蚀，这种钢就不能满足生产要求。
           表1.国内外常用的压铸用模具钢化学成分(wt％)
钢号        C          Mn        Si        Cr         Mo          V      其他
H13      0.32-0.45  0.2-0.5   0.8-1.2   4.75-5.5   1.1-1.75    0.8-1.2
QRO80      0.4        0.8       0.35      2.6         2.0        1.2
QRO90      0.4        0.75      0.3       2.6         2.25       0.9
BH10A      0.29       0.59      0.36      2.9         2.8        0.79    2.8Co
Cr-N       0.25       0.95      1.00      11.0        1.00       0.50    0.95Ni
某些奥氏体型热作模具钢的高温强度较高，可满足热作件的强度要求。对于一些要求不高的场合，如用于加工较大厚壁件的镁合金冷室压铸机，其压室可选用常规的AISI316不锈钢等材料，但也存在着腐蚀严重、使用寿命低等问题。而对于镁合金热室压铸机，主要用于生产电子产品，如手机外壳、电脑外壳等，这些产品壁厚一般不足1mm，这时就不能使用这类不锈钢。因为这类钢中的Ni元素会严重影响压铸镁合金产品的性能，大幅度降低成品率。为此，急需开发一种基本上不含有Ni元素的并且具有较好高温强度的新型高温模具钢。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，开发一种新型的耐热耐蚀合金。该合金不仅具有较好的高温强度、良好的耐镁合金液腐蚀性能，而且还基本上不含有Ni元素，适用于镁合金热室压铸机热作件的工作环境。
本发明提出的一种高钴-稀土耐热耐蚀合金，其主要由铁(Fe)、碳(C)、铬(Cr)、钴(Co)、钼(Mo)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)、硅(Si)、铝(Al)、铈(Ce)、镍(Ni)、硫(S)、磷(P)、钛(Ti)等元素组成；各成分的重量百分比为：
成分      wt.％
C         0.15-0.25；
Cr        9.5-10.5；
Co        9.0-10.0；
Mo        2.5-4.5；
W         2.0-4.0；
Mn        0.1-0.5；
V         0.4-0.6；
Si        0.1-0.3；
Ni        0.0018-0.15；
Ti        0-0.02；
Ce        0-0.05；
S         0-0.03；
P         0-0.03；
Al        0-0.1；
其余为Fe；
其中S、P、Al为原材料中所含杂质的限量。
本发明采用常规的真空感应+电渣重熔的冶炼工艺进行冶炼，然后进行锻造和热处理。
本发明的效果：本发明的合金具有优异的室温和高温力学性能，见表2所示，
        表2本发明的合金的室温和高温力学性能指标
试验温度     抗拉强度     屈服强度     断后      断面     硬度     冲击韧性
                                      伸长率    收缩率                ak
               σb        σ0.2      δ5       ψ                 J/cm2
 ℃            MPa          MPa         ％        ％                  HRC
19.6           1463        1070        10         32       37         12
650            728         593         21         72
700         572       442        25         83
750         290       205        47         92
本发明的合金在镁合金液中具有很好的耐腐蚀性能，可作为一种理想的热作件材料来使用。
具体实施方式
实施例1
合金1成分为0.23wt％C、9.94wt％Cr、0.23wt％Mn、2.53wt.％W、3.74wt％Mo、0.57wt％V、9.60wt％Co、0.005wt％S、0.020％Ce、0.0050wt.％Ti、0.24wt％Si、0.0066wt.％P、0.0018wt％Ni、＜0.010wt％Al。
合金经真空冶炼+电渣重熔，然后在1140℃锻成方料，锻后在850℃退火处理8小时去应力，热处理工艺采用1100℃固溶+700℃时效处理。
合金组织为低碳回火马氏体组织，主要力学性能指标见表3、4所示。
                    表3合金1的主要力学性能指标
样品      试验温度    抗拉强度    屈服强度     断后      断面     硬度    冲击韧性
编号                    σb       σ0.2     伸长率    收缩率    HRC        ak
             ℃          MPa         MPa       δ5       ψ               J/cm2
                                               ％         ％
 1          19.6        1410        1020       11         31       37       10
 2          19.6        1380        1000       12         39       37       9
 3          19.6        1600        1190       8.5        26       37       12
 4          650         795         650        21         69
 5          650         735         605        18         68
 6          650         655         525        25         77
 7          700         545         415        25         84
 8          700         630         505        22         79
 9          700         540         405        29         86
 10         750         275         180        38         91
 11         750         355         270        41         90
 12         750         250         164        61         94
           表4合金1在700℃的持久强度
样品编号 试验温度℃ 应力MPa 持续时间小时:分 δ5％ ψ％ 备注
1  700  150  45:00 至拉断
2  700  180  48:00 至拉断
另外，在AZ91D镁合金液中的24h浸蚀试验表明，合金在镁合金液中具有很好的耐腐蚀性，而且镁合金液成分几乎没有变化，说明合金对镁合金液影响很小，适用于镁合金压铸机的热作件材料。
实施例2
合金2成分为0.19wt％C、10.10wt％Cr、0.40wt％Mn、2.40wt.％W、4.08wt％Mo、0.50wt％V、9.93wt％Co、0.19wt％Si、0.13wt％Ni、＜0.08wt％Al.、0.007wt％S、0.008wt.％P、＜0.01wt.％Ti，其余为Fe，
合金经真空冶炼+电渣重熔，然后在1140℃锻成方料，然后在850℃退火处理8小时去应力，热处理采用1100℃固溶+700℃时效处理。
合金组织为低碳回火马氏体组织，主要力学性能指标见表5、6所示。
                表5合金2的主要力学性能指标
样品    试验温度    抗拉强度    屈服强度     断后     断面     硬度    冲击韧性
编号                  σb       σ0.2     伸长率   收缩率    HRC       ak
          ℃          MPa         MPa        δ5      ψ               J/cm2
                                              ％       ％
  1       20         1280         935         12       43       39        24
  2       20         1260         930         12       36       39        24
  3       650        540          445         34       82
  4       650        575          480         25       77
  5       700        420          320         34       89
  6       700        435          315         30       84
  7       750        220          166         51       96
  8       750        235          181         51       96
               表6合金2在700℃的持久强度
样品编号 试验温度℃ 应力MPa 持续时间小时:分 δ5％ ψ％ 备注
1  700  230  13:00  26  85
2  700  230  14:00  42  90
在AZ91D镁合金液中的24h浸蚀试验表明，合金在镁合金液中具有很好的耐腐蚀性。

Claims (1)

1、一种高钴-稀土耐热耐蚀合金，其主要由铁(Fe)、碳(C)、铬(Cr)、钴(Co)、钼(Mo)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)、硅(Si)、铝(Al)、铈(Ce)、镍(Ni)、硫(S)、磷(P)、钛(Ti)元素组成；各成分的重量百分比为：
成分          wt.％
C             0.15-0.25；
Cr            9.5-10.5；
Co            9.0-10.0；
Mo            2.5-4.5；
W             2.0-4.0；
Mn            0.1-0.5；
V             0.4-0.6；
Si            0.1-0.3；
Ni            0.0018-0.15；
Ti            0-0.02；
Ce            0-0.05；
S             0-0.03；
P             0-0.03；
Al            0-0.1；
其余为Fe；其中S、P、Al为原材料中所含杂质的限量。
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