CN116590628A - 高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体晶片加工技术领域，并公开了高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，包括以下步骤，初炼，精炼，冷却成型，淬火和回火，冲压成型，抛光处理，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.48%的C、2.2%的Si、0.7%的Mn、1.1%的Cr、0.03%的Ni、0.12%的V、0.015%的Ca、0.0015%的B、0‑0.0015%的S、0‑0.0015%的O、0‑0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质，本发明提供的马蹄铁制备方法制得的马蹄铁具有强度高、抗疲劳性能优良、弹性好的优点，还具有良好的塑性和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶片加工技术领域，更具体地说，涉及高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法。
背景技术
马蹄铁，又称马掌，是马、骡等牲口装钉在蹄上的铁制蹄型物，马的蹄子有两层构成，和地接触的一层是一层大约2-3厘米厚的坚硬的角质，上面一层是活体角质，马蹄和地面接触，受地面的摩擦，积水的腐蚀，会很快的脱落，钉马掌主要是为了延缓马蹄的磨损，马蹄铁的使用不仅保护了马蹄，还使马蹄更坚实地抓牢地面，对骑乘和驾车都很有利。
如公开（公告）号：CN111822560A的发明公开了马蹄铁加工制备方法，包括底板，具体步骤如下：步骤一：准备原材料：选取完好的圆钢后，通过切割工具将圆钢截断至所需要的长度，并将圆钢上的灰尘和碎屑除去；步骤二：下料预处理：将步骤一得到的圆钢放入到中频炉中，并使中频炉的内部温度达到1050度；步骤三：压力成型：将步骤二中加热的圆钢通过冲床制坯，并放置在压力成型装置中的底板上进行冲压成型，使圆钢冲压成马蹄铁的形状。
上述发明制得的马蹄铁抗疲劳性能差，同时加入了钼等稀有元素，制作成本高，同时原料中C含量较高，使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.38-0.48%的C、1.7-2.2%的Si、0.5-0.7%的Mn、0.9-1.1%的Cr、0.01-0.03%的Ni、0.06-0.12%的V、0.006-0.015%的Ca、0.008-0.0015%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
作为优选的，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.48%的C、2.2%的Si、0.7%的Mn、1.1%的Cr、0.03%的Ni、0.12%的V、0.015%的Ca、0.0015%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，初炼：将Fe和其他不可避免的杂质置于熔融炉中，在1300℃下持续熔融20-40min，然后从1300℃开始以10-15℃/min的速度上升至1700℃，升温过程中每隔一段时间向熔融炉中添加剩余的原材料，并在1700℃下再持续5-10min，得初炼钢；
步骤S2，精炼：将步骤S1的初炼钢在1550-1600℃下精炼10-15min后，送入1550-1600℃的热氮气，吹送持续5min后停止得精炼钢；
步骤S3，冷却成型：将步骤S2的精炼钢冷却成型得成型钢；
步骤S4，淬火和回火：将步骤S3的成型钢加热至900-1080℃，保温40-70min，在浸入温度为80-120℃的等温淬火油中10-20min，空冷至室温，然后进行回火处理，保温1-2h后空冷；
步骤S5，冲压成型：将步骤S4的半成品通过冲床成型，冲压成马蹄铁的形状，并根据所需厚度切片；
步骤S6，抛光处理：将步骤S5切片后的马蹄铁外表面进行打磨抛光处理，最后完成锻造加工得到成品。
作为优选的，所述步骤S1升温过程添加剩余原材料的时间间隔为5-10min。
作为优选的，所述步骤S4加热至960℃保温60min。
作为优选的，所述步骤S4的回火温度为550-650℃。
作为优选的，所述步骤S1从1300℃以12℃/min的速度升温至1700摄氏度。
作为优选的，所述步骤S4等温淬火油温度为100℃。
作为优选的，所述步骤S2在1600℃下降初炼钢精炼15min。
作为优选的，所述步骤S2还可以吹入1600℃的热氩气等其他惰性气体。
本发明所述方案相比于现有技术的有益效果如下：
本发明通过控制原料中C含量，既保证了马蹄铁的强度硬度以及弹性，又不会使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能，同时在原料中加入了适量的Si，提高的钢的弹性性能，Cr和Ni能够有效提高钢的淬透性和回火抗力，以获得所需的高强度，同时还可以降低C的活度，同时本发明还加入了Ca元素，Ca具有脱氧脱硫和对非金属夹杂物变性处理的作用，从而改善钢的韧性和抗疲劳性能，且V是强碳化物形成元素，与C结合所形成的细小弥散碳化物可阻止 加热时晶粒长大，起细晶强化和沉淀强化的作用，从而可同时提高钢的强度、韧性和抗疲劳性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本发明的保护范围。
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.38-0.48%的C、1.7-2.2%的Si、0.5-0.7%的Mn、0.9-1.1%的Cr、0.01-0.03%的Ni、0.06-0.12%的V、0.006-0.015%的Ca、0.008-0.0015%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
C元素是马蹄铁获得高强度、硬度所必须的，传统的马蹄铁中的C含量较高，高含量的C虽然对钢的强度、硬度、弹性等有利，但对钢的塑性和韧性不理，且使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能，适当降低钢中C的含量，同时为了保证淬火和回火后获得所需的强度，C含量又不能低于0.38%，因此本发明C含量控制在0.38-0.48%。
Si具有很强的固溶强化作用，适当提高其含量，可以有效增加钢的弹性，但是Si含量过高又会降低钢的塑性和韧性，使C的活性增加，促使钢在轧制和热处理过程中脱碳和石墨化倾向，恶化钢的抗疲劳性能，因此控制Si的含量在1.7-2.2%。
Mn是脱氧和脱硫的有效元素，可以提高钢的淬透性和强度，但是含量过高会在淬火钢回火时发生强烈的晶界共偏聚，促使回火脆性，恶化钢的韧性，因此含量控制在0.5-0.7%。
Cr和Ni能够有效提高钢的淬透性和回火抗力，以获得所需的高强度，同时还可以降低C的活度，降低和抑制脱碳和Si钢的石墨化倾向，此外Ni还能够提高抑制腐蚀坑的生成，从而改善钢的腐蚀抗疲劳性能。
V是强碳化物形成元素，与C结合所形成的细小弥散碳化物可阻止 加热时晶粒长大，起细晶强化和沉淀强化的作用，从而可同时提高钢的强度、韧性和抗疲劳性能。
Ca具有脱氧脱硫和对非金属夹杂物变性处理的作用，从而改善钢的韧性和抗疲劳性能，Ca含量小于0.0005％起不到上述作用，但含量超过0.020％，则加入相当困难，且夹杂物量增多。
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，初炼：将Fe和其他不可避免的杂质置于熔融炉中，在1300℃下持续熔融20-40min，然后从1300℃开始以10-15℃/min的速度上升至1700℃，升温过程中每隔一段时间向熔融炉中添加剩余的原材料，并在1700℃下再持续5-10min，得初炼钢；
步骤S2，精炼：将步骤S1的初炼钢在1550-1600℃下精炼10-15min后，送入1550-1600℃的热氮气，吹送持续5min后停止得精炼钢；
步骤S3，冷却成型：将步骤S2的精炼钢冷却成型得成型钢；
步骤S4，淬火和回火：将步骤S3的成型钢加热至900-1080℃，保温40-70min，在浸入温度为80-120℃的等温淬火油中10-20min，空冷至室温，然后进行回火处理，保温1-2h后空冷；
步骤S5，冲压成型：将步骤S4的半成品通过冲床成型，冲压成马蹄铁的形状，并根据所需厚度切片；
步骤S6，抛光处理：将步骤S5切片后的马蹄铁外表面进行打磨抛光处理，最后完成锻造加工得到成品。
实施例1
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.38%的C、1.7%的Si、0.5%的Mn、0.9%的Cr、0.01%的Ni、0.06%的V、0.006%的Ca、0.008%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，初炼：将Fe和其他不可避免的杂质置于熔融炉中，在1300℃下持续熔融20-40min，然后从1300℃开始以10-15℃/min的速度上升至1700℃，升温过程中每隔一段时间向熔融炉中添加剩余的原材料，并在1700℃下再持续5-10min，得初炼钢；
步骤S2，精炼：将步骤S1的初炼钢在1550-1600℃下精炼10-15min后，送入1550-1600℃的热氮气，吹送持续5min后停止得精炼钢；
步骤S3，冷却成型：将步骤S2的精炼钢冷却成型得成型钢；
步骤S4，淬火和回火：将步骤S3的成型钢加热至900℃，保温40min，在浸入温度为80-120℃的等温淬火油中10-20min，空冷至室温，然后进行回火处理，保温1-2h后空冷；
步骤S5，冲压成型：将步骤S4的半成品通过冲床成型，冲压成马蹄铁的形状，并根据所需厚度切片；
步骤S6，抛光处理：将步骤S5切片后的马蹄铁外表面进行打磨抛光处理，最后完成锻造加工得到成品。
实施例2
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.40%的C、2.0%的Si、0.6%的Mn、1.0%的Cr、0.02%的Ni、0.08%的V、0.010%的Ca、0.010%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，初炼：将Fe和其他不可避免的杂质置于熔融炉中，在1300℃下持续熔融20-40min，然后从1300℃开始以10-15℃/min的速度上升至1700℃，升温过程中每隔一段时间向熔融炉中添加剩余的原材料，并在1700℃下再持续5-10min，得初炼钢；
步骤S2，精炼：将步骤S1的初炼钢在1550-1600℃下精炼10-15min后，送入1550-1600℃的热氮气，吹送持续5min后停止得精炼钢；
步骤S3，冷却成型：将步骤S2的精炼钢冷却成型得成型钢；
步骤S4，淬火和回火：将步骤S3的成型钢加热至960℃，保温40-70min，在浸入温度为80-120℃的等温淬火油中10-20min，空冷至室温，然后进行回火处理，保温1-2h后空冷；
步骤S5，冲压成型：将步骤S4的半成品通过冲床成型，冲压成马蹄铁的形状，并根据所需厚度切片；
步骤S6，抛光处理：将步骤S5切片后的马蹄铁外表面进行打磨抛光处理，最后完成锻造加工得到成品。
实施例3
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.48%的C、2.2%的Si、0.7%的Mn、1.1%的Cr、0.03%的Ni、0.12%的V、0.015%的Ca、0.0015%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，初炼：将Fe和其他不可避免的杂质置于熔融炉中，在1300℃下持续熔融20-40min，然后从1300℃开始以10-15℃/min的速度上升至1700℃，升温过程中每隔一段时间向熔融炉中添加剩余的原材料，并在1700℃下再持续5-10min，得初炼钢；
步骤S2，精炼：将步骤S1的初炼钢在1550-1600℃下精炼10-15min后，送入1550-1600℃的热氮气，吹送持续5min后停止得精炼钢；
步骤S3，冷却成型：将步骤S2的精炼钢冷却成型得成型钢；
步骤S4，淬火和回火：将步骤S3的成型钢加热至1080℃，保温40-70min，在浸入温度为80-120℃的等温淬火油中10-20min，空冷至室温，然后进行回火处理，保温1-2h后空冷；
步骤S5，冲压成型：将步骤S4的半成品通过冲床成型，冲压成马蹄铁的形状，并根据所需厚度切片；
步骤S6，抛光处理：将步骤S5切片后的马蹄铁外表面进行打磨抛光处理，最后完成锻造加工得到成品。
取实施例1-3的马蹄铁式样进行室温下的拉伸、冲击、弯曲旋转疲劳实验，此外还加入目前市场常见的马蹄铁样品做对比组进行相同的实验，结果如下表。
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比组 |
| 拉伸（MPa） | 1900 | 2000 | 2050 | 1500 |
| 冲击（MPa） | 1800 | 1900 | 1910 | 1700 |
| 弯曲旋转（延伸率%） | 10.2 | 11.1 | 13.2 | 9.0 |
由上表可以看出，本发明实施例3的马蹄铁成品具有更好的强度、硬度、抗疲劳性能以及较好的弹性，与对比组对比发现，本发明的实施例的所有测试数据都要优于同类型产品的性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施条例作出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.38-0.48%的C、1.7-2.2%的Si、0.5-0.7%的Mn、0.9-1.1%的Cr、0.01-0.03%的Ni、0.06-0.12%的V、0.006-0.015%的Ca、0.008-0.0015%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
2.高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，初炼：将Fe和其他不可避免的杂质置于熔融炉中，在1300℃下持续熔融20-40min，然后从1300℃开始以10-15℃/min的速度上升至1700℃，升温过程中每隔一段时间向熔融炉中添加剩余的原材料，并在1700℃下再持续5-10min，得初炼钢；
步骤S2，精炼：将步骤S1的初炼钢在1550-1600℃下精炼10-15min后，送入1550-1600℃的热氮气，吹送持续5min后停止得精炼钢；
步骤S3，冷却成型：将步骤S2的精炼钢冷却成型得成型钢；
步骤S4，淬火和回火：将步骤S3的成型钢加热至900-1080℃，保温40-70min，在浸入温度为80-120℃的等温淬火油中10-20min，空冷至室温，然后进行回火处理，保温1-2h后空冷；
步骤S5，冲压成型：将步骤S4的半成品通过冲床成型，冲压成马蹄铁的形状，并根据所需厚度切片；
步骤S6，抛光处理：将步骤S5切片后的马蹄铁外表面进行打磨抛光处理，最后完成锻造加工得到成品。
3.根据权利要求1所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述马蹄铁的原料包括按质量百分比计的以下组分：0.48%的C、2.2%的Si、0.7%的Mn、1.1%的Cr、0.03%的Ni、0.12%的V、0.015%的Ca、0.0015%的B、0-0.0015%的S、0-0.0015%的O、0-0.020%的P、余量为Fe和其他不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S1升温过程添加剩余原材料的时间间隔为5-10min。
5.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S4加热至960℃保温60min。
6.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S4的回火温度为550-650℃。
7.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S1从1300℃以12℃/min的速度升温至1700摄氏度。
8.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S4等温淬火油温度为100℃。
9.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S2在1600℃下降初炼钢精炼15min。
10.根据权利要求2所述的高弹性抗疲劳马蹄铁的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还可以吹入1600℃的热氩气等其他惰性气体。
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