專利名稱：一種低合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低合金鋼，具體的說，涉及一種用作斗齒的低合金鋼。
背景技術(shù)：
斗齒一般固定于挖掘機(jī)挖斗的下端，直接接觸路面和需要鏟起的物質(zhì)，如泥沙、石頭、泥土等堅(jiān)硬的東西，從而保護(hù)挖斗不受損壞。但由于在使用過程中，斗齒需要不斷地石頭、泥土等堅(jiān)硬的東西接觸和摩擦，因此在使用一段時(shí)間后斗齒就容易被磨損掉。現(xiàn)有技術(shù)中，斗齒一般采用低碳合金鋼材料，低碳合金鋼材料的綜合力學(xué)性能較好，不易出現(xiàn)繃斷的情況，但是硬度一般只有HRC50左右，則在使用一段時(shí)間后，低合金鋼材料的磨損比較嚴(yán)重，當(dāng)磨損到不能起到保護(hù)作用時(shí)，則需要進(jìn)行更換處理，一般2 3個(gè)月就得更換，而頻繁的更換斗齒不僅使效率降低，而且還使得使用成本也大大增加；而如果使 用硬度更高的高含量合金材料制作斗齒時(shí)，這種較高硬度的合金材料雖然具有較好的耐磨性能，但是綜合力學(xué)性能較差，較高硬度導(dǎo)致其脆性也較大，使用時(shí)極容易繃斷；而且為了得到耐磨性相對較好而綜合力學(xué)性能又相對較好的合金材料，就需要在合金材料熔煉時(shí)，加入更多的合金來進(jìn)行調(diào)質(zhì)，但合金元素的使用成本較高，隨之而來就是合金材料的成本也相應(yīng)大幅增加。本發(fā)明的目的是提供一種硬度高，韌性好，耐沖擊，缺口敏感性低的可用于斗齒的低合金鋼材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硬度高，韌性好，耐沖擊的可用于斗齒的低合金鋼材料及其制備方法。本發(fā)明所述的低合金鋼的成分(重量％ )為C :0.85 1.24% ；Mn :1.35
I.85%；Cr 1. 40 I. 90%V :0. I O. 6%；Mo :0. 15 O. 2%；RE O. I O. 3%,Si 0. 2 O. 35%, S，P均〈O. 025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。在上述化學(xué)成分中，碳是通常鋼中所采用的最廉價(jià)的強(qiáng)化元素。碳在鋼中主要以固溶或生成碳化物的形式存在。碳化物可作為增強(qiáng)相增加鋼的硬度和強(qiáng)度，利用熱處理方法，先在較高的溫度下使碳化物都熔融在奧氏體中，然后利用碳化物微細(xì)化淬火方式進(jìn)行熱處理，使碳化物顆粒極為細(xì)小且均勻分布，可進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)韌性。鉻與鐵能形成連續(xù)固溶體，并能與碳(鐵)形成多種碳化物。鋼中加入一定量的鉻，能提高硬度和強(qiáng)度，隨著鉻含量的增加，鋼的抗拉強(qiáng)度和硬度也顯著上升，因此，鉻是耐磨鋼中常采用的化學(xué)元素。釩和碳有極強(qiáng)的親和力，它在鋼中主要以碳化物形態(tài)存在。釩在鋼中的主要作用是細(xì)化組織和晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，釩的碳化物具有極高的硬度和耐磨性。另外，硅在鋼中也主要以碳化物的形態(tài)存在，碳化硅的硬度極高，且分布在晶界，可以防止晶粒快速長大。本發(fā)明中加人稀土的目的一是改善鋼的鑄造性能，增加鋼流的流動性，并改善鋼錠或鑄件的表面質(zhì)量，提高鑄件成品率；二是提高鋼的塑性和韌性，因?yàn)橄⊥辆哂忻撗酢⒚摿?、脫氣，減少夾雜物的作用，因此，可改善鋼的塑性和韌性，另一方面，稀土元素的硫化物、氧化物及其它化合物在鋼液凝固過程中，都是結(jié)晶核心，故有效地細(xì)化了晶粒，這也有利于提高鋼的塑性和韌性。本發(fā)明經(jīng)冶煉爐溶煉后，鋼水可澆鑄成鋼錠，再鍛造或軋制成材，制成制品熱處理；另外鋼水也可直接洗鑄成鑄件再進(jìn)行熱處理使用，優(yōu)選將其直接澆鑄成鑄件然后進(jìn)行熱處理使用。本發(fā)明還提供適合上述低合金鋼的鑄造方法，所述鑄造方法包括以下步驟(I)制造模樣用泡沫材料制造模樣，模樣的齒形與齒形零件一致； (2)涂料和干燥在模樣表面涂掛膠粘劑，噴砂并烘干；所述噴砂為碳化硅，三氧化_■招，鐵格砸或碳化鶴;其顆粒的大小為2-500 μ m ;優(yōu)選5-10 μ m ；所述膠粘劑為聚丙烯酰胺或聚丙烯酸酯；(3)造型將干燥的模樣置于砂箱中，放置澆道，往砂箱中填砂進(jìn)行造型，并在模樣上設(shè)置冒口；(4)澆注、落砂和清理往砂箱中澆注鐵水，冷卻后開箱落砂，對鑄件進(jìn)行清理，澆注過程中抽真空,并振蕩,真空度小于O. IMpa0采用以下方式澆注過程中抽真空，并振蕩，真空度小于O. IMpa，可以大大提高鑄件的品質(zhì)。然后將鑄件進(jìn)行熱處理，采用的熱處理工藝如下加熱至1020 1080°C保溫10 30min，使材料完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，且碳化物溶入奧氏體中；然后在500 380°C等溫處理I 5h，碳化物均勻析出，奧氏體轉(zhuǎn)化為下貝氏體，然后低溫回火160 180°C保溫O. 8 I. 5h，空冷。此時(shí)金相組織為下貝氏體+碳化物+殘余奧氏體。下貝氏體的硬度和強(qiáng)度略低于回火馬氏體，但塑性好，缺口敏感性低，沖擊韌性好，非常適合作為斗齒的芯材料。另外，為保證制成的斗齒具有更好的耐磨性和抗沖擊性，還可將鑄件進(jìn)行滲碳和滲金屬處理，即進(jìn)行表面處理。本發(fā)明所述的低合金鋼，在熱處理工藝之前，還包括表面處理工藝所述表面處理工藝如下1)將斗齒放入離子注滲處理爐中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到
O.5 10Pa，通入氮?dú)庵脸?，然后加熱?00°C 840°C，脈沖電流沖擊由鎢合金做成的靶，脈沖電流束密度為O. 3 6mA / cm2，脈沖頻率在25 50HZ，加速電壓在30 40KV，鎢離子的注入能量在50 300KeV，注入鎢離子的濃度20 50%，處理15 40h，然后隨爐緩慢冷卻；2)將完成了步驟I)的斗齒放入到滲碳爐中，緩慢加熱至800 950°C，保溫2 IOh后，隨爐子冷卻至800 900°C后進(jìn)行60 80°C等溫油淬火。本發(fā)明的方法還包括在進(jìn)行上述表面處理之前，先將斗齒的工作面打磨除氧化膜和清洗(酸洗和堿洗)。依據(jù)上述表面處理工藝，離子注滲碳化鎢層深度為I. O 2mm，其表面硬度可以達(dá)到60HRC以上，同時(shí)滲透層中有金屬間化合物，他們的存在大大提高了斗齒的整體強(qiáng)度和耐磨性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的低合金鋼不僅具有較高的硬度，而且還具有較好的韌性，耐磨性能好；動載荷缺口敏感性小，還具有較高的疲勞強(qiáng)度；且鑄造性能好，鑄件成品率高，特別適用于斗齒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。如無特別指明，本發(fā)明所用的原料均為市購。
實(shí)施例I利用真空感應(yīng)爐冶煉本發(fā)明所述的低合金鋼，其具體化學(xué)成分如表I所示。表I化學(xué)成分表
I-C ~SiMnCr Γ~νMo ~RE ~Fe ~備注
~ Oi O. 29 I. 55 I. 41 026 ΤΤδ O鑄件
2088 0 30 LM 1790 059 02 ΤΤδ鑄件
3 ΛΙ 0 32 1745 77 045 οΤΤθ 02鍛件~ 092 0 28 Γθ Γ8 050 ΤΤδ ΤΤδ 鍛件冶煉完成后，將一部分鋼水澆鑄成鑄坯，分別進(jìn)行熱處理(試樣I)和表面處理+熱處理(試樣2)，另一部分澆鑄成鑄錠，鋼錠隨后鍛造成坯，將鍛坯進(jìn)行熱處理(試樣3)和表面處理+熱處理(試樣4)，所述鑄造工藝包括以下步驟(I)制造模樣用泡沫材料制造模樣，模樣的齒形與齒形零件一致；(2)涂料和干燥在模樣表面涂掛膠粘劑，噴砂并烘干；所述噴砂為碳化硅；其顆粒的大小為5-10 μ m ;所述膠粘劑為聚丙烯酰胺；(3)造型將干燥的模樣置于砂箱中，放置澆道，往砂箱中填砂進(jìn)行造型，并在模樣上設(shè)置冒口；(4)澆注、落砂和清理往砂箱中澆注鐵水，冷卻后開箱落砂，對鑄件進(jìn)行清理，澆注過程中抽真空,并振蕩,真空度小于O. IMpa0熱處理工藝和表面處理工藝如下所示試樣I采用的熱處理工藝如下加熱至1020°C保溫lOmin，使材料完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，且碳化物溶入奧氏體中；然后在500°C等溫處理lh，碳化物均勻析出，奧氏體轉(zhuǎn)化為下貝氏體，然后低溫回火160°C保溫O. 8h，空冷。試樣2先進(jìn)行離子注滲碳化鎢處理，具體步驟為1)離子注滲鎢處理爐的真空度5 lOPa，脈沖電流束密度為2 2. 5mA / cm2，脈沖頻率在30HZ，加速電壓在30KV之間，鎢離子的注入能量在lOOKeV，注入鎢離子的濃度在為25 30%，滲鎢離子的時(shí)間為20h。處理完后，試樣在爐中隨爐緩慢冷卻后取出試樣。
2)滲碳淬火處理將完成了步驟I)的試樣放入到普通的滲碳爐中，緩慢加熱到900°C后，保溫2h后隨爐子冷卻到830°C后快速取出，放入到60°C的淬火油進(jìn)行淬火。經(jīng)過處理的試樣的表面硬度為HRC56 58。注滲碳化鎢層厚度M2為I. O I. 2mm，其中碳化鎢富集層厚度Ml為O. 3mm。然后進(jìn)行熱處理，采用的熱處理工藝如下加熱至1080°C保溫15min，使材料完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，且碳化物溶入奧氏體中；然后在380°C等溫處理4h，碳化物均勻析出，奧氏體轉(zhuǎn)化為下貝氏體，然后低溫回火180°C保溫I. 5h，空冷。試樣3采用的熱處理工藝如下加熱至1060°C保溫20min，使材料完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，且碳化物溶入奧氏體中；然后在400°C等溫處理2h，碳化物均勻析出，奧氏體轉(zhuǎn)化為下
貝氏體，然后低溫回火160°C保溫lh，空冷。試樣4先進(jìn)行離子注滲碳化鎢處理，具體步驟為I)離子注滲鎢處理爐的真空度20 30Pa，脈沖電流束密度為O. 5 2mA / cm2，脈沖頻率在40 50HZ，加速電壓在40KV，同時(shí)鎢離子的注入能量在300KeV，注入鎢離子的濃度在為40 50%，滲鎢離子的時(shí)間為36h。試樣在爐中隨爐緩慢冷卻后取出試樣。2)滲碳淬火處理將完成了步驟I)的試樣放入到普通的滲碳爐中，緩慢加熱到950°C后，保溫5h后隨爐子冷卻到830°C后快速取出，放入到75°C的淬火油進(jìn)行淬火。經(jīng)過處理的試樣的表面硬度為HRC60 62。注滲碳化鎢層厚度為I. 5 I. 8mm，其中碳化鎢富集層厚度為O. 3mm。然后進(jìn)行熱處理，采用的熱處理工藝如下加熱至1020 1080 °C保溫10 30min，使材料完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，且碳化物溶入奧氏體中；然后在500 380°C等溫處理I 5h，碳化物均勻析出，奧氏體轉(zhuǎn)化為下貝氏體，然后低溫回火160 180°C保溫O. 8 I. 5h，空冷。對經(jīng)熱處理并磨制的鑄、鍛試樣進(jìn)行磨痕寬度試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。另外，還測試了鑄件成品率和鑄件晶粒度，其結(jié)果如表3所示。磨痕寬度是在環(huán)-塊磨損試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)測試的。表2試樣的磨痕寬度試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種低合金鋼，其特征在于，所述低合金鋼包括以下重量百分?jǐn)?shù)的成分c 0. 85 I. 24 % ；Mn 1. 35 I. 85 % ；Cr :1. 40 I. 90 % V :0. I O. 6 % ；Mo :0. 15 O. 2 % ；REO.I O. 3%，Si :0. 2 O. 35%，S，P均〈O. 025%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低合金鋼，其特征在于，所述低合金鋼采用的熱處理工藝如下加熱至1020 1080°C保溫10 30min，使材料完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，且碳化物溶入奧氏體中；然后在500 380°C等溫處理I 5h，碳化物均勻析出，奧氏體轉(zhuǎn)化為下貝氏體，然后低溫回火160 180°C保溫O. 8 I. 5h，空冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低合金鋼，其特征在于，所述的低合金鋼，在熱處理工藝之前，還包括表面處理工藝
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低合金鋼，其特征在于，所述表面處理工藝如下1)將斗齒放入離子注滲處理爐中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到O. 5 10Pa，通入氮?dú)庵脸?，然后加熱?00°C 840°C，脈沖電流沖擊由鎢合金做成的祀，脈沖電流束密度為O. 3 6mA / cm2，脈沖頻率在25 50HZ，加速電壓在30 40KV，鎢離子的注入能量在50 300KeV，注入鎢離子的濃度20 50%，處理15 40h，然后隨爐緩慢冷卻； 2)將完成了步驟I)的斗齒放入到滲碳爐中，緩慢加熱至800 950°C，保溫2 IOh后，隨爐子冷卻至800 900°C后進(jìn)行60 80°C等溫油淬火。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低合金鋼，其特征在于，在進(jìn)行上述表面處理之前，先將斗齒的工作面打磨除氧化膜和清洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的低合金鋼的鑄造工藝，其特征在于，包括以下步驟 (1)制造模樣用泡沫材料制造模樣，模樣的齒形與齒形零件一致； (2)涂料和干燥在模樣表面涂掛膠粘劑，噴砂并烘干；所述噴砂為碳化硅，三氧化二招，鐵格砸或碳化鶴; (3)造型將干燥的模樣置于砂箱中，放置澆道，往砂箱中填砂進(jìn)行造型，并在模樣上設(shè)置冒口 ； (4)澆注、落砂和清理往砂箱中澆注鐵水，冷卻后開箱落砂，對鑄件進(jìn)行清理，澆注過程中抽真空,并振蕩,真空度小于O. IMpa0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低合金鋼的鑄造工藝，其特征在于，所述噴砂的顆粒的大小為 2-500 μ m
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低合金鋼的鑄造工藝，其特征在于，所述噴砂的顆粒大小為5-10 μ m0
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低合金鋼的鑄造工藝，其特征在于，所述膠粘劑為聚丙烯酰胺或聚丙烯酸酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低合金鋼。所述低合金鋼包括以下重量百分?jǐn)?shù)的成分C0.85～1.24％；Mn1.35～1.85％；Cr1.40～1.90％V0.1～0.6％；Mo0.15～0.2％；RE 0.1～0.3％，Si0.2～0.35％，S，P均＜0.025％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的低合金鋼不僅具有較高的硬度，而且還具有較好的韌性，耐磨性能好；動載荷缺口敏感性小，還具有較高的疲勞強(qiáng)度；且鑄造性能好，鑄件成品率高。
文檔編號C21D9/00GK102912242SQ20121040550
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者羅紹康 申請人:寧波吉威熔模鑄造有限公司