一种多元合金耐磨钢锻及其制备方法
阅读说明：本技术 一种多元合金耐磨钢锻及其制备方法 (Multi-element alloy wear-resistant steel forging and preparation method thereof ) 是由 程世满 程步清 程涛 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：一种多元合金耐磨钢锻及其制备方法,涉及钢锻技术领域,由以下重量份组分制成,铬:12.5-16.5％、锰:0.8-0.95％、碳:1.5-1.85％、钛:0.5-0.65％、硼:0.12-0.2％、铝:0.15-0.25％、硅:0.8-1.2％、锆:0.05-0.15％、钼:0.12-0.2％、镍:0.1-0.15％、钒:0.15-0.2％、钪:0.02-0.06％、钕:0.05-0.12％、耐磨材料:0.08-0.15％,其余为铁和其他不可避免的元素；所述耐磨材料由以下重量份组分制成：铜75～85％、锡5～15％、铅5～15％。多元合金耐磨钢锻的制备方法包括以下步骤：步骤1：熔炼,步骤2：浇铸,采用树脂砂模铸造,步骤3：退火处理,步骤4：锻轧处理,步骤5：淬火回火处理,步骤6：对表面压应力和表面缺陷进行系统处理；步骤7：表面镀耐磨层。本发明制得的钢锻具有很好的耐磨耐性,抗冲击性能好,抗拉性能好,机械强度高,有很好的推广价值。(A multi-element alloy wear-resistant steel forging and a preparation method thereof relate to the technical field of steel forging, and are prepared by the following components, by weight, 12.5-16.5% of chromium, 0.8-0.95% of manganese, 1.5-1.85% of carbon, 0.5-0.65% of titanium, 0.12-0.2% of boron, 0.15-0.25% of aluminum, 0.8-1.2% of silicon, 0.05-0.15% of zirconium, 0.12-0.2% of molybdenum, 0.1-0.15% of nickel, 0.15-0.2% of vanadium, 0.02-0.06% of scandium, 0.05-0.12% of neodymium, 0.08-0.15% of a wear-resistant material, and the balance of iron and other unavoidable elements; the wear-resistant material is prepared from the following components in parts by weight: 75-85% of copper, 5-15% of tin and 5-15% of lead. The preparation method of the multi-element alloy wear-resistant steel forging comprises the following steps: step 1: smelting, step 2: casting by adopting a resin sand mold, and step 3: annealing treatment, step 4: forging and rolling treatment, step 5: quenching and tempering treatment, step 6: carrying out systematic treatment on the surface compressive stress and the surface defects; and 7: and plating a wear-resistant layer on the surface. The steel forging prepared by the invention has the advantages of good wear resistance, good impact resistance, good tensile property, high mechanical strength and good popularization value.)
技术领域
本发明涉及钢锻技术领域，具体涉及一种多元合金耐磨钢锻及其制备方法。
背景技术
在人类发明炼铁之后不久，就学会了炼钢。由于钢较之最初的生铁有更好的物理、化学、机械性能，所以很快就得到大量的应用。但是由于技术条件的限制，人们对钢的应用一直受到钢的产量的限制，直到十八世纪工业革命之后，钢的应用才得到了突飞猛进的发展，钢，是对含碳量质量百分比介于0.02％至2.11％之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等，人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分，可以说钢是现代社会的物质基础。目前，市场上现有的钢锻机械强度则较弱，抗冲击性能差，而且耐磨性差，使用寿命短，因此也限制了其使用推广。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题在于提供一种机械强度高，耐磨、抗冲击性能好，使用寿命长，有很好的市场推广价值的多元合金耐磨钢锻及其制备方法。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多元合金耐磨钢锻，其特征在于：由以下重量份组分制成：铬:12.5-16.5％、锰:0.8-0.95％、碳:1.5-1.85％、钛:0.5-0.65％、硼:0.12-0.2％、铝:0.15-0.25％、硅:0.8-1.2％、锆:0.05-0.15％、钼:0.12-0.2％、镍:0.1-0.15％、钒:0.15-0.2％、钪:0.02-0.06％、钕:0.05-0.12％、耐磨材料:0.08-0.15％，其余为铁和其他不可避免的元素；所述耐磨材料由以下重量份组分制成：铜75～85％、锡5～15％、铅5～15％。
优选的，由以下重量份组分制成：铬:14.5％、锰:0.875％、碳:1.675％、钛:0.575％、硼:0.16％、铝:0.2％、硅:1％、锆:0.1％、钼:0.16％、镍:0.125％、钒:0.175％、钪:0.04％、钕:0.085％、耐磨材料:0.115％，其余为铁和其他不可避免的元素；所述耐磨材料由以下重量份组分制成：铜80％、锡10％、铅10％。
优选的，所述多元合金耐磨钢锻制备方法包括以下步骤：
步骤1：熔炼，按合适的比例将炼钢原料加入熔炉内进行熔炼，出钢温度为1630-1660℃；
步骤2：浇铸，采用树脂砂模铸造，浇注温度为1550-1570℃，浇完后保温35-45min，对铸件进行自然冷却，缓冷到室温后脱模；
步骤3：退火处理，采用扩散退火对步骤2中的铸件进行改善；
步骤4：锻轧处理，开轧温度控制在960-980℃，终轧温度控制在860-900℃，每道次压下率控制在30-40％；
步骤5：淬火回火处理，淬火温度890-900℃，保温4-5小时,水淬,出水后立即装炉回火，在220-230℃回火3-4小时，取出后进行自然冷却；
步骤6：对表面压应力和表面缺陷进行系统处理；
步骤7：表面镀耐磨层，将步骤6中表明处理后的工件进行表面耐磨处理。
优选的，所述步骤3退火处理包括以下步骤：
(1)、首先以80-90℃/小时将铸件加热至700-740℃，保温1-2小时；
(2)、然后以110-140℃/小时加热至1070-1170℃，保温4-5小时；
(3)、最后以50-55℃/小时冷却至850-900℃，出炉进行自然冷却。
优选的，所述步骤6中对表面压应力和表面缺陷进行系统处理的具体方法为：对步骤5中冷却后的工件进行振动同时进行喷丸处理，之后进行研磨处理。
优选的，所述步骤7中表面镀耐磨层包括以下步骤：
1)、配制粉末冶金材料，按铜75～85％、锡5～15％、铅5～15％的重量百分比将上述冶金粉末原料放入搅拌器内混合均匀，形成混合料；
2)、压制耐磨层，把上述混合料放入成型模具中，进行压制，形成耐磨层；
3)、去除氧化表层，先酸洗，后用碱性溶液中和清洗，再用温水清洗，最后吹干；
4)、电解镀铜，去除氧化表层后再进行镀铜，形成镀铜层；
5)、耐磨层压结，将耐磨层置于镀铜层上，再用一定位块将耐磨层固定，形成一定位工件，并将定位工件放置到对应的压力机中进行压结，压力控制在1.8～2.8kgf/cm；
6)、烧结，将上述经压结的定位工件装入烧结炉进行烧结，温度控制在850～900℃，时间控制在8.5～10小时，使其熔结牢固。
(三)有益效果
本发明提供了一种多元合金耐磨钢锻及其制备方法。具备了以下有益效果：
(1)、该多元合金耐磨钢锻及其制备方法，通过步骤1：熔炼，按合适的比例将炼钢原料加入熔炉内进行熔炼，出钢温度为1630-1660℃；步骤2：浇铸，采用树脂砂模铸造，浇注温度为1550-1570℃，浇完后保温35-45min，对铸件进行自然冷却，缓冷到室温后脱模；步骤3：退火处理，采用扩散退火对步骤2中的铸件进行改善；步骤4：锻轧处理，开轧温度控制在960-980℃，终轧温度控制在860-900℃，每道次压下率控制在30-40％；步骤5：淬火回火处理，淬火温度890-900℃，保温4-5小时,水淬,出水后立即装炉回火，在220-230℃回火3-4小时，取出后进行自然冷却；步骤6：对表面压应力和表面缺陷进行系统处理；步骤7：表面镀耐磨层，将步骤6中表明处理后的工件进行表面耐磨处理，本发明制得的钢锻提高了机械强度和抗冲击性能，而且耐磨性能好，性能稳定，延长了使用寿命，有很好的推广价值。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种多元合金耐磨钢锻，由以下重量份组分制成：铬:12.5％、锰:0.8％、碳:1.5％、钛:0.5％、硼:0.12％、铝:0.15％、硅:0.8％、锆:0.05％、钼:0.12-0.2％、镍:0.1％、钒:0.15％、钪:0.02％、钕:0.05％、耐磨材料:0.08％，其余为铁和其他不可避免的元素；所述耐磨材料由以下重量份组分制成：铜75％、锡5％、铅5％。
所述多元合金耐磨钢锻制备方法包括以下步骤：
步骤1：熔炼，按合适的比例将炼钢原料加入熔炉内进行熔炼，出钢温度为1630℃；
步骤2：浇铸，采用树脂砂模铸造，浇注温度为1550℃，浇完后保温35min，对铸件进行自然冷却，缓冷到室温后脱模；
步骤3：退火处理，采用扩散退火对步骤2中的铸件进行改善；
退火处理包括以下步骤：
(4)、首先以80℃/小时将铸件加热至700℃，保温1小时；
(5)、然后以110℃/小时加热至1070℃，保温4小时；
(6)、最后以50℃/小时冷却至850℃，出炉进行自然冷却。
步骤4：锻轧处理，开轧温度控制在960℃，终轧温度控制在860℃，每道次压下率控制在30％；
步骤5：淬火回火处理，淬火温度890℃，保温4小时,水淬,出水后立即装炉回火，在220℃回火3小时，取出后进行自然冷却；
步骤6：对表面压应力和表面缺陷进行系统处理；对表面压应力和表面缺陷进行系统处理的具体方法为：对步骤5中冷却后的工件进行振动同时进行喷丸处理，之后进行研磨处理；
步骤7：表面镀耐磨层，将步骤6中表明处理后的工件进行表面耐磨处理，表面镀耐磨层包括以下步骤：
1)、配制粉末冶金材料，按铜75％、锡5％、铅5％的重量百分比将上述冶金粉末原料放入搅拌器内混合均匀，形成混合料；
2)、压制耐磨层，把上述混合料放入成型模具中，进行压制，形成耐磨层；
3)、去除氧化表层，先酸洗，后用碱性溶液中和清洗，再用温水清洗，最后吹干；
4)、电解镀铜，去除氧化表层后再进行镀铜，形成镀铜层；
5)、耐磨层压结，将耐磨层置于镀铜层上，再用一定位块将耐磨层固定，形成一定位工件，并将定位工件放置到对应的压力机中进行压结，压力控制在1.8kgf/cm；
6)、烧结，将上述经压结的定位工件装入烧结炉进行烧结，温度控制在850℃，时间控制在8.5小时，使其熔结牢固。
实施例2
一种多元合金耐磨钢锻，由以下重量份组分制成：铬:14.5％、锰:0.875％、碳:1.675％、钛:0.575％、硼:0.16％、铝:0.2％、硅:1％、锆:0.1％、钼:0.16％、镍:0.125％、钒:0.175％、钪:0.04％、钕:0.085％、耐磨材料:0.115％，其余为铁和其他不可避免的元素；所述耐磨材料由以下重量份组分制成：铜80％、锡10％、铅10％。
所述多元合金耐磨钢锻制备方法包括以下步骤：
步骤1：熔炼，按合适的比例将炼钢原料加入熔炉内进行熔炼，出钢温度为1645℃；
步骤2：浇铸，采用树脂砂模铸造，浇注温度为1560-1570℃，浇完后保温40min，对铸件进行自然冷却，缓冷到室温后脱模；
步骤3：退火处理，采用扩散退火对步骤2中的铸件进行改善；
退火处理包括以下步骤：
(7)、首先以85℃/小时将铸件加热至720℃，保温105小时；
(8)、然后以125℃/小时加热至1120℃，保温4.5小时；
(9)、最后以53℃/小时冷却至875℃，出炉进行自然冷却。
步骤4：锻轧处理，开轧温度控制在970℃，终轧温度控制在880℃，每道次压下率控制在35％；
步骤5：淬火回火处理，淬火温度895℃，保温4.5小时,水淬,出水后立即装炉回火，在225℃回火3.5小时，取出后进行自然冷却；
步骤6：对表面压应力和表面缺陷进行系统处理；对表面压应力和表面缺陷进行系统处理的具体方法为：对步骤5中冷却后的工件进行振动同时进行喷丸处理，之后进行研磨处理；
步骤7：表面镀耐磨层，将步骤6中表明处理后的工件进行表面耐磨处理，表面镀耐磨层包括以下步骤：
1)、配制粉末冶金材料，按铜80％、锡10％、铅10％的重量百分比将上述冶金粉末原料放入搅拌器内混合均匀，形成混合料；
2)、压制耐磨层，把上述混合料放入成型模具中，进行压制，形成耐磨层；
3)、去除氧化表层，先酸洗，后用碱性溶液中和清洗，再用温水清洗，最后吹干；
4)、电解镀铜，去除氧化表层后再进行镀铜，形成镀铜层；
5)、耐磨层压结，将耐磨层置于镀铜层上，再用一定位块将耐磨层固定，形成一定位工件，并将定位工件放置到对应的压力机中进行压结，压力控制在2.3kgf/cm；
6)、烧结，将上述经压结的定位工件装入烧结炉进行烧结，温度控制在875℃，时间控制在9小时，使其熔结牢固。
实施例3
一种多元合金耐磨钢锻，由以下重量份组分制成：铬:16.5％、锰:0.95％、碳:1.85％、钛:0.65％、硼:0.2％、铝:0.25％、硅:1.2％、锆:0.15％、钼:0.2％、镍:0.15％、钒:0.2％、钪:0.06％、钕:0.12％、耐磨材料:0.15％，其余为铁和其他不可避免的元素；所述耐磨材料由以下重量份组分制成：铜85％、锡15％、铅15％。
所述多元合金耐磨钢锻制备方法包括以下步骤：
步骤1：熔炼，按合适的比例将炼钢原料加入熔炉内进行熔炼，出钢温度为1660℃；
步骤2：浇铸，采用树脂砂模铸造，浇注温度为1570℃，浇完后保温45min，对铸件进行自然冷却，缓冷到室温后脱模；
步骤3：退火处理，采用扩散退火对步骤2中的铸件进行改善；
退火处理包括以下步骤：
(10)、首先以90℃/小时将铸件加热至740℃，保温2小时；
(11)、然后以140℃/小时加热至1170℃，保温5小时；
(12)、最后以55℃/小时冷却至900℃，出炉进行自然冷却。
步骤4：锻轧处理，开轧温度控制在980℃，终轧温度控制在900℃，每道次压下率控制在40％；
步骤5：淬火回火处理，淬火温度900℃，保温5小时,水淬,出水后立即装炉回火，在230℃回火4小时，取出后进行自然冷却；
步骤6：对表面压应力和表面缺陷进行系统处理；对表面压应力和表面缺陷进行系统处理的具体方法为：对步骤5中冷却后的工件进行振动同时进行喷丸处理，之后进行研磨处理；
步骤7：表面镀耐磨层，将步骤6中表明处理后的工件进行表面耐磨处理，表面镀耐磨层包括以下步骤：
1)、配制粉末冶金材料，按铜85％、锡15％、铅15％的重量百分比将上述冶金粉末原料放入搅拌器内混合均匀，形成混合料；
2)、压制耐磨层，把上述混合料放入成型模具中，进行压制，形成耐磨层；
3)、去除氧化表层，先酸洗，后用碱性溶液中和清洗，再用温水清洗，最后吹干；
4)、电解镀铜，去除氧化表层后再进行镀铜，形成镀铜层；
5)、耐磨层压结，将耐磨层置于镀铜层上，再用一定位块将耐磨层固定，形成一定位工件，并将定位工件放置到对应的压力机中进行压结，压力控制在2.8kgf/cm；
6)、烧结，将上述经压结的定位工件装入烧结炉进行烧结，温度控制在900℃，时间控制在10小时，使其熔结牢固。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤6，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤7)，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，对上述五种方式对应的钢锻进行性能测试，下表1为相应的对比：
表1
从上述表格可以看出，本发明制得的钢锻具有很好的耐磨性能，抗拉性能好，抗冲击性能强，机械强度高，有很好的推广价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。