專利名稱：鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼，主要用于制造鎂合 金熔體定量輸送系統(tǒng)用零部件。
背景技術(shù)：
在鎂合金熱室壓鑄機(jī)中，壓射裝置(俗稱打料部分)是其關(guān)鍵部件，也是易損部 件。該部件長(zhǎng)時(shí)間浸泡在680-700°C的鎂熔體中，依靠錘頭在料壺中往復(fù)運(yùn)動(dòng)將鎂合金液吸 入壓室并壓射到壓鑄模中。特殊的工作環(huán)境對(duì)材料的耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性提出了很 高的要求。目前世界各國主要選用德國研制的一種能滿足工作條件的熱作模具鋼，成分為高 鈷和高Cr合金鋼。然而由于該合金鋼的合金元素含量較高，對(duì)熔煉要求較高，在國外為高 頻真空感應(yīng)熔煉，合金的熔煉成本相當(dāng)高，而且由于鎂合金熱室機(jī)用的料壺重量較大，一般 在200-300kg之間(包括澆注系統(tǒng)和冒口)，國內(nèi)能夠滿足這樣澆注重量的真空熔煉設(shè)備較 少。目前國內(nèi)鎂合金行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，鎂合金定量給液部件用熱作材料目前均依靠進(jìn)口 ； 同時(shí)，由于以上配套部件均為易耗件，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備使用廠家的后期維護(hù)費(fèi)用高昂。盡快開 展鎂合金用熱作件材料的研究，促進(jìn)鎂合金壓鑄機(jī)用熱作鋼的國產(chǎn)化，可為國內(nèi)的鎂合金 壓鑄設(shè)備及其設(shè)備使用廠家提供合格的、低成本的配套熱作件，對(duì)于我國壓鑄鎂合金業(yè)的 發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼，其可用 于制造制備鎂合金過程中的工具和零部件，如鎂合金熱室機(jī)的料壺，鎂合金自動(dòng)澆注爐用 的泵筒和葉片；并可以采用工頻感應(yīng)爐在空氣中進(jìn)行熔煉。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用 新型熱作合金鋼，其特征在于合金按重量百分比由以下成分組成碳、錳、硅、鉻、鉬、鈷、鎢、 鋁、氮、稀土，余量為鐵，
Mn 0. 2-1. 0% Cr 10. 0-18. 0% Co 9. 0-11. 0% Al 0. 8-1. 5% N:3_5ppmC 0. 18-0. 30%Si :0. 3-1. 0%Mo 6. 0-8. 5%W 3. 0-5. 0%RE :0. 5-0. 6%P :0. 03-0. 10% S :0. 03-0. 10%其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。所述的耐熱耐磨合金鋼材料成分中的RE為鑭鐠鈰混合稀土，其中含量為(30% La-55%Ce-15% Pr)。所述的耐熱耐磨合金鋼材料成分中的N為熔煉過程中采用中氮鉻鐵帶入熔體中。
本發(fā)明的積極效果是通過稀土、鋁、氮等元素的微合金化，顯著改善了材料的高溫 強(qiáng)度、耐磨性、耐高溫腐蝕性能，其生產(chǎn)可以采用工頻感應(yīng)爐在空氣中進(jìn)行熔煉，耐熱耐磨 合金鋼合金元素化學(xué)成分的設(shè)計(jì)及含量范圍的設(shè)定依據(jù)如下(1)碳(C)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化是高溫?zé)嶙麂摰闹饕獜?qiáng)化途徑。為了獲得較好 的高溫強(qiáng)度，耐熱鋼中通常添加大量的鈷、鉻、鎢、鉬等合金元素，因?yàn)檫@些元素可以固溶在 基體中，使晶格產(chǎn)生畸變，所形成的彈性應(yīng)變場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用，即產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作 用；它們還可以形成碳化物或金屬間化合物等析出相顆粒，這些顆粒相成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的固 定障礙物，即產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用。碳的加入主要是與這些合金元素形成碳化物，在高溫使用 條件下形成析出相，從而提高熱作鋼的高溫使用強(qiáng)度和穩(wěn)定性能，根據(jù)所添加合金元素的 數(shù)量和種類，本發(fā)明將含碳量控制在0. 18-0. 30%。(2)錳(Mn)錳具有固溶強(qiáng)化的作用，可分別溶于基體組織及碳化物內(nèi)，既可強(qiáng)化 基體，又可增加碳化物的彌散度和穩(wěn)定性，對(duì)提高合金鋼的耐磨性有良好作用。因此，在合 金鋼中可加入適當(dāng)錳，本發(fā)明中將含量控制在0. 21. 0%。(3)硅(Si)可使合金鋼的抗氧化性能提高。一方面，在高溫下，可在合金鋼表面 形成一層SiO2薄膜，降低合金鋼的氧化傾向；另一方面，與鉻元素一起，可形成硅酸層或硅 酸鐵層，顯著提高合金鋼的抗高溫氧化、硫化性能。但過高的硅含量，將降低韌性、增加脆 性。本發(fā)明將硅含量控制在0.3-1.0%。(4)鉻(Cr)鉻是影響合金鋼抗氧化性能和耐磨性能的主要元素，可與碳形成顯 微硬度較高的Cr7C3型或者Cr23C6型碳化物。此外，鉻還可在合金鋼表面形成一層致密的 Cr2O3氧化膜，起到鈍化作用，可增強(qiáng)合金鋼的抗腐蝕性能和抗高溫氧化的性能。本發(fā)明將 鉻含量控制在10. 0-18.0%。(5)鉬(Mo)鉬的主要作用是使組織均勻、細(xì)化，提高合金鋼的熱強(qiáng)性和耐磨性。 當(dāng)含鉬量低于時(shí)，合金鋼的耐熱耐磨性不能滿足要求；但含鉬量較高時(shí)，將使合金鋼的 成本提高，因此，含鉬量選擇在6. 0-8. 5%。(6)鈷(Co)鈷的主要作用是提高合金鋼的熱穩(wěn)定性，是提高合金鋼高溫穩(wěn)定性 的關(guān)鍵性元素。在熱作鋼中鈷的主要作用是固溶于鐵素體基體中，增強(qiáng)α-Fe基體的原子 間結(jié)合力，本發(fā)明中將鈷含量設(shè)定為9. 0-11. 0%。(7)鎢(W)鎢的作用主要是提高合金鋼的熱穩(wěn)定性，本發(fā)明中將鎢含量設(shè)定為 3. 0-5. 0%。(8)鋁(Al)鋁的作用有兩個(gè)方面，一個(gè)方面是在熔煉的后階段用于脫氧，另一個(gè) 作用是和Co —起固溶于鐵素體基體中，提高α -Fe基體的穩(wěn)定性能，從而提高合金的熱穩(wěn) 定性能，本發(fā)明中將鈷含量設(shè)定為0. 8-1. 5%。(9)稀土(RE)稀土在熱作鋼的熔煉過程中主要是起到去除夾雜和凈化晶界的作 用，可以顯著提高合金的熔煉質(zhì)量，本發(fā)明中將鈷含量設(shè)定為0. 5-0. 6%。(10)氮(N)氮是提高在空氣中熔煉合金質(zhì)量的關(guān)鍵元素，本發(fā)明中氮是采用中 氮鉻鐵的方式帶入熔體中的，本發(fā)明將氮含量設(shè)定為5ppm。(11)磷⑵和硫⑶磷和硫是隨爐料或在合金化過程中混入的，是有害元素，應(yīng) 盡可能降低其含量，本發(fā)明將其含量控制在0. 03-0. 10%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述實(shí)施例1 一種用于制備鎂合金料壺的耐熱合金，其化學(xué)成分(重量百分比)為C 0. 21%, Mn 0. 55%, Si 0. 8%, Cr 16%, Mo 6. 3%, Co 10. 9%, W 3. 0%, Al 1% ；RE 0. 5% ；N :5ppm ；P 0. 10%, S 0. 10%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，采用工頻
感應(yīng)爐在空氣中熔煉。 合金使用原料為純鐵，錳鐵(含錳75 % )，硅鐵，中氮鉻鐵，鉬鐵，鈷板，鎢鐵，鋁 板，鑭鐠鈰混合稀土，含量為(30%La-55%Ce-15%Pr) ；N為熔煉過程中采用中氮鉻鐵帶 入熔體中。合金熔煉順序?yàn)槭紫燃尤爰冭F開始熔煉，待熔化時(shí)依次加入錳鐵(含錳75% )， 硅鐵，中氮鉻鐵，鉬鐵和鎢鐵，最后加入鈷板；合金靜止并保溫，用覆蓋劑覆蓋合金熔體表 面，檢測(cè)合金成分并調(diào)整合金成分，最后加入鋁和稀土，然后出爐澆注，澆注溫度1700°C。經(jīng)熱處理后上述合金的力學(xué)性能為HRC > = 45，ak > = 25J/cm2高溫機(jī)械性能600°C時(shí)，οb > = 700MPa，σ 0 2 >= 500MPa，δ >= 20%, Ψ > =60% ；700°C時(shí)，σ b >= 480MPa, σ 0 2 >= 350MPa, δ >= 20%, Ψ >= 70%。實(shí)施例2 一種用于制備鎂合金自動(dòng)澆注爐用的泵筒，其化學(xué)成分(重量百分比)為C: 0. 18%, Mn 0. 2%, Si 0. 3%, Cr 10. 0%, Mo 6. 0%, Co 9. 0%, W 4. 0%, Al 0. 8% ；RE
0.55% ；N :3ppm ；P 0. 06%, S 0. 07%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，采用工頻感應(yīng)爐
在空氣中熔煉。合金使用原料為純鐵，錳鐵(含錳75% )，硅鐵，中氮鉻鐵，鉬鐵，鈷板，鎢鐵，鋁 板，鑭鐠鈰混合稀土，含量為(30% La-55% Ce-15% Pr) ；N為熔煉過程中采用中氮鉻鐵帶 入熔體中。合金熔煉順序?yàn)槭紫燃尤爰冭F開始熔煉，待熔化時(shí)依次加入錳鐵(含錳75% )， 硅鐵，中氮鉻鐵，鉬鐵和鎢鐵，最后加入鈷板；合金靜止并保溫，用覆蓋劑覆蓋合金熔體表 面，檢測(cè)合金成分并調(diào)整合金成分，最后加入鋁和稀土，然后出爐澆注，澆注溫度1700°C。經(jīng)熱處理后上述合金的力學(xué)性能為HRC > = 45，ak > = 25J/cm2高溫機(jī)械性能600°C時(shí)，οb > = 700MPa，σ 0 2 >= 500MPa，δ >= 20%, Ψ > =60% ；700°C時(shí)，σ b >= 480MPa, σ 0 2 >= 350MPa, δ >= 20%, Ψ >= 70%。實(shí)施例3:鎂合金自動(dòng)澆注爐用的葉片，其化學(xué)成分(重量百分比)為C 0. 30%,Mn 1. 0%, Si 1. 0%,Cr 18. 0%,Mo 8. 5%, Co 11. 0%,ff 5. 0%,A1
1.5% ；RE 0. 6% ；N :4ppm ；P 0. 03，S 0. 04%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)，采用工頻
感應(yīng)爐在空氣中熔煉。合金使用原料為純鐵，錳鐵(含錳75% )，硅鐵，中氮鉻鐵，鉬鐵，鈷板，鎢鐵，鋁 板，鑭鐠鈰混合稀土，含量為(30%La-55%Ce-15%Pr) ；N為熔煉過程中采用中氮鉻鐵帶 入熔體中。合金熔煉順序?yàn)槭紫燃尤爰冭F開始熔煉，待熔化時(shí)依次加入錳鐵(含錳75% )，硅鐵，中氮鉻鐵，鉬鐵和鎢鐵，最后加入鈷板；合金靜止并保溫，用覆蓋劑覆蓋合金熔體表 面，檢測(cè)合金成分并調(diào)整合金成分，最后加入鋁和稀土，然后出爐澆注，澆注溫度1700°C。經(jīng)熱處理后上述合金的力學(xué)性能為HRC > = 45，ak > = 25J/cm2高溫機(jī)械性能600°C時(shí)，οb > = 700MPa，σ 0 2 >= 500MPa，δ >= 20%, Ψ > =60% ；700°C時(shí)，σ b >= 480MPa, σ 0 2 >= 350MPa, δ >= 20%, Ψ >= 70%。本發(fā)明的工藝流程為配料_熔煉_調(diào)整成分_加鋁和稀土 _出爐_澆注。
權(quán)利要求
鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼，其特征在于合金按重量百分比由以下成分組成碳、錳、硅、鉻、鉬、鈷、鎢、鋁、氮、稀土，余量為鐵，C0.18 0.30％、Mn0.2 1.0％、Si0.3 1.0％、Cr10.0 18.0％、Mo6.0 8.5％、Co9.0 11.0％、W3.0 5.0％、Al0.8 1.5％、RE0.5 0.6％、N3 5ppm、P0.03 0.10％、S0.03 0.10％，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼，其特征在于 所述的耐熱耐磨合金鋼材料成分中的RE為鑭鐠鈰混合稀土，其中含量為30% La-55% Ce-15% Pr。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼，其特征在于所 述的耐熱耐磨合金鋼材料成分中的N為熔煉過程中采用中氮鉻鐵帶入熔體中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用新型熱作合金鋼，其特征在于合金按重量百分比由以下成分組成碳、錳、硅、鉻、鉬、鈷、鎢、鋁、氮、稀土，余量為鐵，C0.18-0.30％、Mn0.2-1.0％、Si0.3-1.0％、Cr10.0-18.0％、Mo6.0-8.5％、Co9.0-11.0％、W3.0-5.0％、Al0.8-1.5％、RE0.5-0.6％、N3-5ppm、P0.03-0.10％、S0.03-0.10％，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。其通過稀土、鋁、氮等元素的微合金化，顯著改善了材料的高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐高溫腐蝕性能，其生產(chǎn)可以采用工頻感應(yīng)爐在空氣中進(jìn)行熔煉，用于制造鎂合金熔體定量輸送系統(tǒng)用零部件，如鎂合金熱室機(jī)的料壺，鎂合金自動(dòng)澆注爐用的泵筒和葉片等。
文檔編號(hào)C22C38/60GK101994069SQ20101058173
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者崔曉鵬 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)