CN117721396A - 一种哑铃销制备用的合金材料及其哑铃销 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种哑铃销制备用的合金材料及其哑铃销，属于哑铃销制备技术领域。所述合金材料按重量百分计，包括以下化学组分：C为0.35‑0.55％；Si为0.70‑1.50％；Mn为0.70‑1.50％；Cr为0.10‑2.00％；Ni为0.10‑0.50％；Mo为0.05‑0.50％；V为0.01‑0.50％；B为0.01‑0.50％；Al为0.020‑0.050％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。本发明的合金材料，各合金元素配比优异、钢质纯净、组织均匀，性能稳定，屈强比高；在未超过设备要求的强度时变形量小，既能起到连接固定的作用，又可以避免间隙大损坏溜槽。

Description

一种哑铃销制备用的合金材料及其哑铃销

技术领域

本发明属于哑铃销制备技术领域，特别涉及一种哑铃销制备用的合金材料及其哑铃销。

背景技术

刮板输送机是由机头、中间部和机尾部等三个部分组成。机头部由机头架、电动机、液力耦合器、减速器及链轮等件组成；中部由过渡槽、中部槽、链条和刮板等件组成；机尾部是供刮板链返回的装置。刮板输送机工作时，机头传动部带动机头轴上的链轮旋转，使刮板链循环运行，带动物料沿着溜槽移动，敞开的溜槽，作为煤炭、矸石或物料等的承受件。哑铃销又名连接销，是刮板机上连接溜槽的重要部件，一台综采刮板机通常会配备300个左右的哑铃销。有两方面的作用：第一，防止机器运行过程中溜槽出现纵向、横向的推移，保证机器上的刮板链正常运行；第二，在刮板链工作异常或过载时能够立即断裂，起到保护溜槽的作用。现有哑铃销材料一般采用40CrNiMo，使用该材料生产的哑铃销，抗拉强度可以满足使用要求，但是屈强比低，在断裂前会产生很大的伸长，导致溜槽间隙过大，引起溜槽变形或刮板链无法正常运行。且现有哑铃销表面均为铸铁材料经打磨制成，易生锈，不但影响哑铃销的使用寿命，且生成的锈易影响使用者的使用体验。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种哑铃销制备用的合金材料及其哑铃销，既能满足强度要求，有又较大的屈强比，解决现有哑铃销断裂前变形大的问题，且在所得的哑铃销表面涂覆一层耐腐蚀层，解决了现有哑铃销表面易生锈的问题。

本发明的第一目的在于提供一种哑铃销制备用的合金材料，按重量百分计，包括以下化学组分：C为0.35-0.55％；Si为0.70-1.50％；Mn为0.70-1.50％；Cr为0.10-2.00％；Ni为0.10-0.50％；Mo为0.05-0.50％；V为0.01-0.50％；B为0.01-0.50％；Al为0.020-0.050％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。

进一步地，所述合金材料包括以下步骤制成：电炉冶炼或转炉冶炼、精炼和真空处理；电渣重熔；扩散热处理；锻造开坯；模锻成型；正火处理；退火处理和调质热处理。

进一步地，所述扩散热处理的工艺参数为：加热温度为1180℃～1300℃，保温5～15小时；所述锻造开坯的工艺参数为：经过扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1250℃温度范围内进行锻造开坯，终锻温度≥900℃；所述模锻成型的工艺参数为：成型温度950℃～1050℃。

进一步地，所述正火处理的工艺参数为：加热温度为900℃～920℃，保温时间为5～10小时，冷却后装退火炉300℃保温5～10小时；所述退火处理的工艺参数为：退火温度为660～680℃，保温时间10～30小时；所述调质热处理的工艺参数为：淬火温度为880℃～900℃，保温时间为5～10小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行400～600℃的回火处理，保温时间为10～20小时。

本发明的第二个目的在于提供一种哑铃销，包括上述的合金材料。

在本发明的某些具体实施例中，所述哑铃销还包括合金材料表面涂覆的耐腐蚀层。

进一步地，所述耐腐蚀层包括以下重量份原料：40-50份硅溶胶、20-35份甲基三甲氧基硅氧烷、10-30份去离子水、5-15份乙醇、5-9份耐腐蚀剂、0.5-1.5份甲酸。

进一步地，所述耐腐蚀剂由耐腐蚀化三元醇和己二酸经超支化反应制成，所述耐腐蚀剂的数均分子量为1500-2000。

进一步地，所述腐蚀化三元醇和己二酸的摩尔比为2-4:3-4。

进一步地，所述耐腐蚀化三元醇由6-氨基-3-吡啶基甲醇和2,2-二羟甲基丙酸在有机溶剂DMF中，缩合试剂作用下，加热至90-100℃反应3-12h制成。

本发明的有益效果：

本发明提供的哑铃销制备用的合金材料及哑铃销，各合金元素配比优异、钢质纯净、组织均匀，性能稳定，屈强比高；在未超过设备要求的强度时变形量小，既能起到连接固定的作用，又可以避免间隙大损坏溜槽；当刮板链工作异常或过载时，在很小的变形下就会立即断裂，可以有效避免出现大的设备安全事故；

为提高所述合金材料制成的哑铃销的耐腐蚀性能，以及使用体验，本发明在成型制成的合金材料表面涂覆一层耐腐蚀层，该耐腐蚀层不但极大地提高了哑铃销的耐腐蚀性，同时耐腐蚀层因耐腐蚀化三元醇中的吡啶氮与合金材料金属的配位作用，不但提搞耐腐蚀层的耐腐蚀能力，还提高了腐蚀层与合金材料之间的粘附性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例1的未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销破断后图；

图2示出了根据本发明对比例1的未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销破断后图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例的一种哑铃销制备用的合金材料，按重量百分计，包括以下化学组分：C为0.35-0.55％；Si为0.70-1.50％；Mn为0.70-1.50％；Cr为0.10-2.00％；Ni为0.10-0.50％；Mo为0.05-0.50％；V为0.01-0.50％；B为0.01-0.50％；Al为0.020-0.050％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。

在本发明实施例中，所述合金材料包括以下步骤制成：电炉冶炼或转炉冶炼、精炼和真空处理；电渣重熔；扩散热处理；锻造开坯；模锻成型；正火处理；退火处理和调质热处理。

在本发明实施例中，冶炼：按所述合金材料的化学组分及质量百分比进行配料电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)和真空处理(VD)，然后进行电渣重熔。

其中，电炉冶炼：按所述合金材料的化学组分及质量百分比进行配料，熔化期大功率送点，快速升温及氧化，出钢温度1600℃-1620℃；

精炼(LF)：钢包中加入Al和SiC粉0.8-1Kg/T，加热温度1550℃-1570℃，精炼时间≥15分钟，取样检验化学成分；

真空处理(VD)：化学成分合格后，将钢水加热到1600℃-1620℃，进入真空工位抽真空，真空度≤150Torr并保持15分钟以上，抽真空时氩气流量50-100NL/min，破真空后加入0.3Kg/T的Al，钢水温度为1550℃-1570℃时，出钢浇铸；

电渣重熔：采用Φ250X1600mm石墨电极造渣，导电渣启弧，渣量：110公斤；其中，荧石66公斤，铝氧粉38公斤，镁砂6公斤；空载电压：61V；

造渣时间：0A-3500A造渣20min，6000A-7000A精炼30min；

重熔电压：73V；电流：第一组电极进入后8000A，20min提至13000A，第二组后12000A，最后半组11500；模冷时间50分钟，钢锭坑里缓冷72小时。

在本发明实施例中，所述扩散热处理的工艺参数为：加热温度为1180℃～1300℃，保温5～15小时，具体示例中，所述扩散热处理中温度具体数值为1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃、1300℃中的任意一个，所述扩散热处理中保温时间为5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时中的任意一个。

在本发明实施例中，所述锻造开坯的工艺参数为：经过扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1250℃温度范围内进行锻造开坯，终锻温度≥900℃，具体示例中，所述锻造开坯中钢锭降温的温度具体数值为1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃中的任意一个。

在本发明实施例中，所述模锻成型的工艺参数为：锻造开坯后采用摩擦压力机锻造成型，成型温度950℃～1050℃，所述模锻成型中成型温度具体数值为950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃中的任意一个。

在本发明实施例中，所述正火处理的工艺参数为：加热温度为900℃～920℃，保温时间为5～10小时，冷却后装退火炉300℃保温5～10小时，所述正火处理中温度具体数值为900℃、905℃、910℃、915℃、920℃中的任意一个，所述正火处理中保温时间为5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时中的任意一个，300℃保温时间的数值为5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时中的任意一个。

在本发明实施例中，所述退火处理的工艺参数为：退火温度为660～680℃，保温时间10～30小时，所述退火处理中退火温度具体数值为600℃、610℃、920℃、630℃、640℃、650℃、660℃、670℃、680℃中的任意一个，保温时间为10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、24小时、25小时、26小时、27小时、28小时、29小时、30小时中的任意一个。

在本发明实施例中，所述调质热处理的工艺参数为：淬火温度为880℃～900℃，保温时间为5～10小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行400～600℃的回火处理，保温时间为10～20小时，所述调质热处理中淬火温度具体数值为880℃、885℃、890℃、895℃、900℃中的任意一个，淬火的保温时间具体数值为5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时中的任意一个，回火处理温度具体数值为400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃中的任意一个，回火的保温时间具体数值为10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时中的任意一个。

在本发明实施例中，还提供了一种哑铃销，包括上述的合金材料。

在本发明另外些实施例中，所述哑铃销还包括合金材料表面涂覆的耐腐蚀层；

所述耐腐蚀层包括以下重量份原料：40-50份硅溶胶、20-35份甲基三甲氧基硅氧烷、10-30份去离子水、5-15份乙醇、5-9份耐腐蚀剂、0.5-1.5份甲酸。

在本发明实施例中，所述硅溶胶为pH值为9-10的碱性硅溶胶，SiO2质量分数50％。

在本发明实施例中，所述耐腐蚀剂由耐腐蚀化三元醇和己二酸经超支化反应形成的，所述耐腐蚀剂的数均分子量为1500-2000。

在本发明实施例中，所述超支化反应中耐腐蚀化三元醇和己二酸的摩尔比为2-4:3-4，所述超支化反应为溶剂反应，所用溶剂为有机溶剂，目的在于促进耐腐蚀化三元醇和己二酸的混合，所述有机溶剂为本技术领域熟知的醇和有机酸的反应溶剂，如甲苯、苯、环己烷等，所述超支化反应需要催化剂的存在，所述催化剂为本技术领域人员熟知的醇和有机酸反应的催化剂，如对甲苯磺酸、浓硫酸(质量分数98％)等，所述超支化反应的反应温度为85-100℃，反应时间为4-24h。

在本发明实施例中，所述耐腐蚀化三元醇由6-氨基-3-吡啶基甲醇和2,2-二羟甲基丙酸在有机溶剂DMF中，缩合试剂(如DCC、EDC、DIC、HATU等)作用下，加热至90-100℃反应3-12h制成，所述6-氨基-3-吡啶基甲醇和2,2-二羟甲基丙酸的摩尔比为1:1。

在本发明实施例中，所述耐腐蚀层的制备工艺包括以下步骤：

将耐腐蚀层的重量份原料搅拌混合后，常温下搅拌6-24h，然后，过滤，喷涂于预处理的成型合金材料表面，干燥，固化，即得，其中，所述干燥温度为60-70℃，干燥时间为10-30min，固化温度为100-150℃，固化时间为10-15min，所述预处理的成型合金材料为由成型合金材料经打磨、清洗和干燥获得。

实施例1-5和对比例1：未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销制备

按照表1取实施例1-实施例5和对比例1的化学组分，然后均按照下述工艺参数制备：

冶炼：按所述合金材料的化学组分及质量百分比进行配料电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)和真空处理(VD)，然后进行电渣重熔；

其中，电炉冶炼：按所述合金材料的化学组分及质量百分比进行配料，熔化期大功率送点，快速升温及氧化，出钢温度1600℃-1620℃；

精炼(LF)：钢包中加入Al和SiC粉0.8-1Kg/T，加热温度1550℃-1570℃，精炼时间≥15分钟，取样检验化学成分；

真空处理(VD)：化学成分合格后，将钢水加热到1600℃-1620℃，进入真空工位抽真空，真空度≤150Torr并保持15分钟以上，抽真空时氩气流量50-100NL/min，破真空后加入0.3Kg/T的Al，钢水温度为1550℃-1570℃时，出钢浇铸；

电渣重熔：采用Φ250X1600mm石墨电极造渣，导电渣启弧，渣量：110公斤；其中，荧石66公斤，铝氧粉38公斤，镁砂6公斤；空载电压：61V；

造渣时间：0A-3500A造渣20min，6000A-7000A精炼30min；

重熔电压：73V；电流：第一组电极进入后8000A，20min提至13000A，第二组后12000A，最后半组11500；模冷时间50分钟，钢锭坑里缓冷72小时。

所述扩散热处理的工艺参数为：加热温度为1180℃，保温12小时；

锻造开坯：经过扩散热处理的钢锭降温至1150℃，再进行锻造开坯，终锻温度≥900℃；

模锻成型：锻造开坯后采用摩擦压力机锻造成型，成型温度1000℃；

正火处理：加热温度为900℃，保温时间为8小时，冷却后装退火炉300℃保温6小时；

退火处理：退火温度为670℃，保温时间24小时；

调质热处理：淬火温度为900℃，保温时间为7小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行500℃的回火处理，保温时间为12小时。

表1

将实施例1-5和对比例1进行破断实验，实验数据如表2所示，图1给出了实施例1未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销破断后图，图2给出了对比例1未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销破断后图。

表2

由表2实验数据可知，本发明实施例1-5与对比例1的传统哑铃销材料相比，在同等破断强度下，实施例1-5的变形量更小。并且在低载荷的情况下，实施例1-5几乎没有伸长，可以更好的避免间隙大损坏溜槽。当刮板链工作异常或过载时，在很小的变形下就会立即断裂，起到更好保护设备的作用。

实施例6-10和对比例2：表面涂覆的耐腐蚀层的哑铃销的制备

在实施例1-5得到的成型合金材料(即未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销)表面涂覆的耐腐蚀层，涂覆方法按照以下方法：

将耐腐蚀层的重量份原料搅拌混合后，常温下搅拌12h，然后，过滤，喷涂于经打磨、清洗和干燥的成型合金材料表面，干燥，固化，即得，其中，所述干燥温度为60℃，干燥时间为30min，固化温度为100℃，固化时间为15min；

其中，所述耐腐蚀层包括以下重量份原料：50份硅溶胶、30份甲基三甲氧基硅氧烷、20份去离子水、7份乙醇、6份耐腐蚀剂、1份甲酸；

所述耐腐蚀剂按照以下步骤制成：

一、耐腐蚀化三元醇制备：将6-氨基-3-吡啶基甲醇和2,2-二羟甲基丙酸按照摩尔比为1:1加入有机溶剂DMF中，然后搅拌下加入缩合试剂DMAP和EDC·HCl(DMAP和EDC·HCl的加入量为6-氨基-3-吡啶基甲醇的当量)，加热至90℃搅拌反应6h，然后旋蒸，干燥，即得；

二、超支化反应：将耐腐蚀化三元醇和己二酸按照摩尔比为2-4:3-4加入甲苯中，搅拌下加入对甲苯磺酸(对甲苯磺酸的加入质量为耐腐蚀化三元醇和己二酸总质量的1-3％)，加热至95℃搅拌反应6h，旋蒸，干燥，即得。

对比例2

在实施例1得到的成型合金材料(即未涂覆的耐腐蚀层的哑铃销)表面涂覆的耐腐蚀层，涂覆方法按照以下方法：

将耐腐蚀层的重量份原料搅拌混合后，常温下搅拌12h，然后，过滤，喷涂于经打磨、清洗和干燥的成型合金材料表面，干燥，固化，即得，其中，所述干燥温度为60℃，干燥时间为30min，固化温度为100℃，固化时间为15min；

其中，所述耐腐蚀层包括以下重量份原料：50份硅溶胶、30份甲基三甲氧基硅氧烷、20份去离子水、7份乙醇、1份甲酸。

将实施例1-10和对比例2获得的哑铃销进行耐腐蚀测试(对哑铃销表面进行盐水喷雾，使得哑铃销表面均匀被盐水润湿，盐水未醋酸盐水，pH为3.1-3.3，喷雾条件35±2℃，试验10天，测定重量减少率)，测试结果如表3所示；

表3

实施例1

实施例2

实施例3

实施例3

实施例5

重量减少率

10.1％

10.7％

10.4％

9.9％

10.5％

实施例6

实施例7

实施例8

实施例9

实施例10

对比例2

重量减少率

2.3％

2.7％

2.5％

2.2％

2.6％

6.1％

从表3中的数据可知，实施例6-10所得的哑铃销表面涂覆的耐腐蚀层赋予哑铃销良好的耐腐蚀性能，且其耐腐蚀性能优于对比例2所得的哑铃销。

将实施例6-10和对比例2获得的哑铃销进行粘附性测试(按照GB/T9286进行测试，根据标准，粘附力分为0-5共六个等级，其中0级最优，5级最差)，测试结果如表4所示。

表4

实施例6

实施例7

实施例8

实施例9

实施例10

对比例2

粘附性

0级

0级

0级

0级

0级

2级

从表4中数据可知，实施例6-10所得的哑铃销表面涂覆的耐腐蚀层的粘附性能优于对比例2所得的的哑铃销表面涂覆的耐腐蚀层粘附性能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种哑铃销制备用的合金材料，其特征在于，按重量百分计，包括以下化学组分：C为0.35-0.55％；Si为0.70-1.50％；Mn为0.70-1.50％；Cr为0.10-2.00％；Ni为0.10-0.50％；Mo为0.05-0.50％；V为0.01-0.50％；B为0.01-0.50％；Al为0.020-0.050％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的哑铃销制备用的合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下步骤制成：电炉冶炼或转炉冶炼、精炼和真空处理；电渣重熔；扩散热处理；锻造开坯；模锻成型；正火处理；退火处理和调质热处理。

3.根据权利要求2所述的哑铃销制备用的合金材料，其特征在于，所述扩散热处理的工艺参数为：加热温度为1180℃～1300℃，保温5～15小时；所述锻造开坯的工艺参数为：经过扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1250℃温度范围内进行锻造开坯，终锻温度≥900℃；所述模锻成型的工艺参数为：成型温度950℃～1050℃。

4.根据权利要求2所述的哑铃销制备用的合金材料，其特征在于，所述正火处理的工艺参数为：加热温度为900℃～920℃，保温时间为5～10小时，冷却后装退火炉300℃保温5～10小时；所述退火处理的工艺参数为：退火温度为660～680℃，保温时间10～30小时；所述调质热处理的工艺参数为：淬火温度为880℃～900℃，保温时间为5～10小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行400～600℃的回火处理，保温时间为10～20小时。

5.一种哑铃销，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的合金材料。

6.根据权利要求5所述的一种哑铃销，其特征在于，还包括合金材料表面涂覆的耐腐蚀层。

7.根据权利要求6所述的一种哑铃销，其特征在于，所述耐腐蚀层包括以下重量份原料：40-50份硅溶胶、20-35份甲基三甲氧基硅氧烷、10-30份去离子水、5-15份乙醇、5-9份耐腐蚀剂、0.5-1.5份甲酸。

8.根据权利要求7所述的一种哑铃销，其特征在于，所述耐腐蚀剂由耐腐蚀化三元醇和己二酸经超支化反应制成，所述耐腐蚀剂的数均分子量为1500-2000。

9.根据权利要求7所述的一种哑铃销，其特征在于，所述腐蚀化三元醇和己二酸的摩尔比为2-4:3-4。

10.根据权利要求7所述的一种哑铃销，其特征在于，所述耐腐蚀化三元醇由6-氨基-3-吡啶基甲醇和2,2-二羟甲基丙酸在有机溶剂DMF中，缩合试剂作用下，加热至90-100℃反应3-12h制成。