CN1210422C - 一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法 - Google Patents

一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，合金的成分为C 0.05～0.08，Cr 18.0～20.0，Mo 4.5～5.5，Al 1.2～1.5，Ti 2.5～3.1，Fe 8.0～10.0，Ce≤0.025，B≤0.005，Si≤0.4，Mn≤0.4，S≤0.01，P≤0.012，Ni余量，采用真空感应熔炼技术，加料顺序为：在坩埚中从下至上依次装入部分小块Ni+全部Cr、全部Mo、全部Fe+部分C+剩余小块Ni+长规格Ni，剩余C、全部Al、全部Ti在合金化期加入，全部CrB、全部Ce在合金化后期加入；精炼温度：1580±10℃；浇注温度：1450±10℃。用本发明方法制备出的合金在性能上可以达到甚至超过原仿制合金的技术指标。

Description

一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及冶金技术，特别提供了一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法。
背景技术：
K414合金是国外一种公开牌号的仿制合金，合金的化学成分为：C 0.05～0.08，Cr 18.0～20.0，Mo 4.5～5.5，Al 1.2～1.5，Ti 2.5～3.1，Fe 8.0～10.0，Ce≤0.025，B≤0.005，Si≤0.4，Mn≤0.4，S≤0.01，P≤0.012，Ni余量；该合金使用状态为热处理状态，其性能指标要求很高，室温性能σb不小于780MPa，δ5不小于10％，ak不小于39J/cm2，特别是600℃下590Mpa应力的高温持久强度≥100h，对合金综合性能水平要求很高。众所周知，合金成分决定了组织，而组织又进一步影响了合金性能，为了获得具有良好性能的合金，通过控制冶炼工艺制备符合成分要求的合金是至关重要的，但是有关该合金的制备技术至今未见报道。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，用该方法制备出的合金在性能上可以达到甚至超过原仿制合金的技术指标。
本发明提供了一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，合金的成分为C0.05～0.08，Cr 18.0～20.0，Mo 4.5～5.5，Al 1.2～1.5，Ti 2.5～3.1，Fe 8.0～10.0，Ce≤0.025，B≤0.005，Si≤0.4，Mn≤0.4，S≤0.01，P≤0.012，Ni余量，采用真空感应熔炼技术，其特征在于：
——加料顺序为：
a.在坩埚中从下至上依次装入部分小块Ni+全部Cr、全部Mo、全部Fe+部分C+剩余小块Ni+长规格Ni；
b.剩余C、全部Al、全部Ti在合金化期加入；
c.全部CrB、全部Ce在合金化后期加入；
——精炼温度：1580±10℃；
——浇注温度：1450±10℃。
本发明耐高温耐磨损高强度合金的制备方法中，为了便于熔化和有利于成分控制，也可以将剩余Ni在熔化过程中加入。
本发明耐高温耐磨损高强度合金的制备方法中，固溶处理：1130±10℃，保温4h，空冷；时效处理：700±10℃，保温16h，空冷。
通过本发明方法制备的K414合金，其合金成分可以控制在技术标准范围内，合金的力学性能与原合金的标准数据相当，满足技术标准要求。
具体实施方式：
原材料选用见表1，熔炼设备选用ZG200和ZG25真空感应电炉，为了便于熔化和有利于成分控制，应将熔点高的Cr、Mo、Fe和脱氧C放在高温区，调整成分用的C、Al、Ti、CrB等合金不能加入炉中，留待合金化期加入。具体加料次序如下：
——在坩埚中从下至上依次装入2/3小块Ni+全部Cr、Mo、Fe+1/6C+剩余小块Ni+长规格Ni，也可将剩余小块Ni在熔化过程中加入。
——留下5/6C、全部Al、Ti在合金化期加入。
——CrB、Ce在合金化后期加入。
精炼温度：1580±10℃。
浇注温度：1450±10℃。
合金浇注时使用保温冒口，并过滤处理，合金锭表面扒皮。
按上述方法共制备出8炉K414合金样品，化学成分分析见表2。不同温度，持久性能和高温瞬时性能见表3、表4。样品经不同热处理制度处理后的力学性能见表5，由表5可知，随着固溶温度提高，拉伸性能、冲击性能有所提高，时效温度提高，拉伸性能、冲击性能、持久性能有所降低。K414合金的物理性能见表7、表8、表9、表10、表11。
                                   表1  原材料选用技术要求
序号 材料名称 技术条件  牌号 规格(mm) 技术要求
1 电解镍 GB6516-86  Ni-0，Ni-1 ≤40×40，≤40×300 冷切、滚磨、去除氧化皮
2 金属铝 GB1196-88  A199.7 ≤30×30×30 冷锻、冷切、去除表面杂质
3 金属钛 GB/T3620.1-94  TA0，TA1 ≤30×30×30 冷切、滚磨、去除氧化皮
4 金属铬 GB3211-87  JCr98.5-A 3～50 表面光亮、无熔渣及氧化皮
5 金属钼 GB3462-82  Mo-4 3～50 表面及断口无氧化色
6 金属铈 GB/T2525-89  Ce-3，Ce-4 3～30 煤油保护，用前称量
7 纯铁 GB9971-88  YT1～4 ≤40×40 冷切、滚磨、去除氧化皮
8 铬硼 Q/3B272-89  CrB 3～30 无夹杂物
9 碳 GB1426-78  TSC 3～30 可用光谱纯碳电极Φ6×300
                                                     表2  化学成分(％)
  炉号   Al   Ti   Cr   Mo   Fe   Ce   B   C   Ni   S   P
  1#   1.32   2.71   19.26   5.12   9.14   未分析   0.0048   0.07   余量   ＜0.01   0.0075
  2#   1.42   2.95   19.35   5.18   9.43   未分析   0.0048   0.07   余量   ＜0.01   0.0075
  3#   1.35   2.85   19.01   4.97   9.13   未分析   0.0048   0.07   余量   ＜0.01   0.0075
  4#   1.35   2.73   19.13   5.12   9.32   未分析   未分析   0.07   余量   ＜0.01   0.0075
  5#   1.28   2.86   19.27   5.38   9.12   未分析   未分析   0.077   余量   ＜0.01   0.0075
  6#   1.32   2.89   19.27   5.36   9.22   未分析   未分析   0.072   余量   ＜0.01   0.0075
  7#   1.4   3.0   19.4   5.3   9.6   未分析   未分析   0.07   余量   ＜0.01   ＜0.012
  8#   1.37   2.8   18.7   5.1   9.4   未分析   未分析   0.07   余量   ＜0.01   ＜0.012
                                          表3  不同温度的持久性能
    炉号   浇注温度   型壳状态                              持久性能
  试验温度℃   σMPa   τh   试验温度℃   σMPa  τh
    3#   1440℃   填砂   500   590   188.15断   700   590  7.38断
    3#   1440℃   单壳   500   590   189.45断   700   590  0.46断
    4#   1440℃   填砂   500   590   203.15断   700   590  9.38断
    4#   1440℃   单壳   500   590   193.15断   700   590  16.46断
注：持久大于100h后未断，每隔10h增加50Mpa至拉断为止。
                            表4  高温瞬时性能
  炉号 浇注温度 型壳状态   试验温度℃   σbMPa   σ0.2MPa  δ5％ ψ％
  3# 1440℃ 填砂   300400500   790730710   590510520   142024  23.02623.0
  3# 1440℃ 单壳   300400500   845750845   580510590   181520  292629
  4# 1440℃ 填砂   300400500   855835790   610580595   253133  263636
  4# 1440℃ 单壳   300400500   720820720   520550570   172019  232630
                                  表5  不同热处理制度的力学性能
炉号 浇注温度 型壳状态   热处理状态固溶温度时效温度℃                        室温性能             高温持久
  σbMpa   σ0.2Mpa  δ5％   ψ％   HB   aKJ/cm2   试验温度℃  σMpa τh
3# 1440℃ 填砂   1180700   875825   600605   2118   2622.5   282280   9483   600  590 141.5断
3# 1440℃ 填砂   1080700   795860   590590   1520   2723   275275   5885   600  590 65.53断
4# 1440℃ 填砂   1130750   795790   590585   1920   3027   274274   4848   600  590 84.44断
4# 1440℃ 填砂   1130650   840795   590560   1921   3026   275275   11391   600  590 102.4断
注：持久大于100h后未断，每隔10h增加50Mpa至拉断为止。
        表6  弹性模量E(Gpa)
    炉号     1#     2#     3#
  4#     180     189     192
                         表7  密度
炉号     1#     2#     3#     4#
密度(g/cm3)     8.06     8.09     8.03     8.06
              表8  热导率λ，W/m·K
温度(℃)  热扩散率(10-6m2/s)  热导率(W/m.K)
 1#  2#  3#  4#
25  3.24  3.21  11.3  11.2
100  3.50  3.46  13.0  12.8
200  3.81  3.76  15.1  14.9
300  4.12  4.08  17.2  17.1
400  4.42  4.39  19.4  19.2
500  4.72  4.70  21.6  21.5
                  表9  比热容Cp，(J/g.℃)
 温度(℃)      平均比热容Cp(J/g..℃) 温度(℃)  真比热容Cp(J/g.℃)
 1#  2#  平均值
 -  -  -  - 20  0.434
 RT-100  0.445  0.444  0.445 100  0.460
 RT-200  0.453  0.461  0.457 200  0.491
 RT-300  0.478  0.477  0.478 300  0.519
 RT-400  0.486  0.490  0.488 400  0.544
 RT-500  0.503  0.502  0.503 500  0.567
注：真比热容Cp系由平均比热容Cp换算而得。
          表10  线膨胀系数α，10-6/℃
 温度(℃)  平均线膨胀系数(10-6/℃)
 1#  2#
 RT-100  11.35  11.36
 RT-200  12.01  12.05
 RT-300  13.15  13.07
 RT-400  13.87  13.87
 RT-500  14.36  14.40
            表11  耐磨损性、磨擦系数
磨擦副材料 试验温度 稳定时的磨擦系数 销试样失重mg
K414销试样/1Cr18N9Ti盘试样 18℃ 0.568  1.2
K414销试样/1Cr18Ni9Ti盘试样 300℃ 0.52  0.3
K414销试样/1Cr18Ni9Ti盘试样 600℃ 0.605  0.8

Claims (4)

1、一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，合金的成分为C 0.05～0.08，Cr 18.0～20.0，Mo 4.5～5.5，Al 1.2～1.5，Ti 2.5～3.1，Fe 8.0～10.0，Ce≤0.025，B≤0.005，Si≤0.4，Mn≤0.4，S≤0.01，P≤0.012，Ni余量，采用真空感应熔炼技术，其特征在于：
——加料顺序为：
a.在坩埚中从下至上依次装入部分小块Ni+全部Cr、全部Mo、全部Fe+部分C+剩余小块Ni+长规格Ni；
b.剩余C、全部Al、全部Ti在合金化期加入；
c.全部CrB、全部Ce在合金化后期加入；
——精炼温度：1580±10℃；
——浇注温度：1450±10℃。
2、按照权利要求1所述耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，其特征在于：将所述剩余小块Ni在熔化过程中加入。
3、按照权利要求1或2所述耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，其特征在于：原料采用符合GB6516-86标准的电解镍，符合GB1196-88标准的金属铝，符合GB/T3620.1-94标准的金属钛，符合GB3211-87标准的金属铬，符合GB3462-82标准的金属钼，符合GB/T2525-89标准的金属铈，符合GB9971-88标准的纯铁，符合Q/3B272-89标准的铬硼，符合GB1426-78标准的碳。
4、按照权利要求1所述耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，其特征在于固溶处理：1130±10℃，保温4h，空冷；时效处理：700±10℃，保温16h，空冷。
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