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发表于 2012-7-7 20:42:58
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来自: 中国浙江温州
(接上期)* A* n) d( V; h
九.球状碳化物合金材料9 W. W8 c' d z$ }
——具有高韧性、高耐磨性的金属材料6 q- [& d0 y9 ]) ~* u
建筑、电力、炼铁、水泥等行业使用的机械和装置,为了提高其耐久性多使用耐磨材料。此类耐磨材料的硬度愈高,耐磨性就愈好,过去多用白口铁和高铬铸铁,金属基体中有Fe—C系和Cr—C系高硬度碳化物析出。但是,提高耐磨性的碳化物非常硬,因而有其脆的负面特性。在金属基析出的碳化物也表现为网状和片状,这种材料其本质都是脆性材料,有冲击性能差的缺点。因而要开发耐磨性和韧性兼备的新材料。
1 t; s) |$ M" b7 o& F) w. v铸造工程中,对Fe—C—V系列或Fe—C—V—Si系的合金组成,适当加以控制,金属的基体中析出球状细小的(3—8μm)含V碳化物,可大幅度改善以前金属基体中所见到的碳化物。改善了由于片状和网状碳化物引起的应力集中所产生的脆性。此外,含V碳化物(VC)的硬度也比原来碳化物高(威氏显微硬度计硬度约为2700),耐磨性也更好。
7 j! X4 ?% U8 W% j! Y. v! |这种金属基体可按要求而制出。其耐磨性可以和铸态马氏体基体的高铬铸铁相当,而韧性可以高于高铬铸铁。基体组织以贝氏体为主时,铸态的冲击韧度可达到20J/CM2以上。
( g4 K* K: y) W* d) P, n十.建筑结构用高强度高韧性铸钢材料
$ ~) e4 L6 \7 F0 X. @( b$ x( a建筑结构的柱、梁结合部位,通常用焊接结构。为了减少焊接工时,缩短工期,提高机能和设计水平,接口部位多采用铸钢件。近来,对这种铸钢接口部件的性能和轻量化要求日益严格,特别是阪神地震后,不仅要求强度,也要求有好的韧性。因而研究开发了韧性强度都好的铸钢材料。0 a8 u3 X8 v4 ?: A# h( j7 I% z' o$ E
要兼有高强度和高韧性,对材质的化学成分,热处理条件都必须重新进行研讨。如表1所示,建筑件用钢的力学性能与JIS焊接结构用铸钢件标准制定值相比,不仅0.2%屈服强度和抗拉伸强度高,0℃下的夏氏冲击值也是标准规定值的三倍以上。这可能是从建筑结构的安全性着眼的。; P, H: n( u. `8 P9 F
为了保证表1中的要求性能,选定的化学成分见表2。铸件应经切割、淬火和回火。淬火时的冷却速度应不低于90℃/min。回火后取样测定力学性能。
0 \5 B4 w. |/ d) b& |0 u2 j此材料已用于超大结构的柱梁结合部铸钢件,重6.9吨的中空结构,基本壁厚为100mm。要使冷却速度为90℃/min,必须水淬。. g- J4 R( L% U
表1 SCW620材料的力学性能的标准值和建筑用部件的要求值。
% B% ~0 r; S6 w. ~$ J材料 0.2%屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 伸长率(%) 夏氏冲击值(0℃)(J)$ {7 z. J& J8 w) T1 H; h* c
JISG5102标准 ≧430 ≧620 ≧17 ≧271 P$ z% J' }" j
要求 ≧441 ≧637 ≧17 ≧47(min) ≧94(Ave)
7 V7 z( k, ^7 w! j1 T" A表2 试验材料的化学成分范围(质量%)
& w8 z }$ _0 a7 g# B( }& cC Si Mn P S Ni Ca Mo V 碳当量 PCM2 D/ L4 Z3 l) o6 ^
0.4-0.16 0.25-0.5 0.8-1.25 0.005-0.006 0.004-0.006 1-2.1 0.1-0.4 0.15-0.25 0.09-0.11 ≦0.50 ≦0.30
8 c# e+ S4 F0 H* O8 W; f十一.兼有耐磨性和耐腐蚀性的不锈钢球状碳化物材料
+ L* s. p1 {: K5 S9 v+ ?) l& ~“延长寿命”是铸造等毛坯行业永远的课题。本公司以提高耐磨性、耐热性和耐蚀性为目标,成功地开发了一种新材料,在韧性和耐蚀性良好的不锈钢的基础上,加入了分散的含钒的碳化物。此种材料与其他加入粒子的复合材料不同,是和京都大学、京都的研究所共同研究的。钒元素与气体的亲和力强,经特殊的高速高温熔化,析出碳化物,分子间或晶界有高的结合力,从而提高了耐久性。不锈钢的耐蚀性好,但材质软,耐磨性低是其弱点。新材料以18—8不锈钢为基础,添加了多量的C和V,经过特殊的熔化处理,使含钒的碳化物球状化并均匀分布。不锈钢基体比较软,且有容让性。其中有维氏硬度高达1800-3000,粒度3-10μm的细陶瓷粒子存在。化学成分为3.0%C,8.0%Ni,18.0%C2,10%V。其力学性能比较如下
, g- w x* H C! s& ~( z3 V材料 SUS304 球状碳化物材料 高Cr铸铁* v4 Y8 R( N) J9 z6 Q
抗拉强度(MPa) ≧520 650-750 ≧490
' f' Z/ ]# v- U6 T$ O伸长率(%) ≧40 05 —
: q& ^3 S4 ~* u' n硬度 Hs ≧30 42-47 ≧60; \3 A5 y6 ~' [- Q* l+ {
HRe ≧10 30-35 ≧459 p4 T, w# _9 Q0 @7 L! V
HB ≧187 280-320 ≧4211 _- r+ R; @3 c$ H, y' d
此两项材料用于兼有耐磨和耐蚀两种特性的泵类部件,特别是在条件苛刻的矿石泥浆,酸液泥浆、污泥泥浆等使用的泵的叶轮更为有效。: p% X/ K1 w: f4 g: q
矿石+浓硫酸 污泥泥浆8 L# ]$ E: \5 \, s/ h7 D5 }+ [
过去的产品 45日 1个月
( ^, @1 Z7 e, ^3 Q1 m. \新开发产品 100日 60个月, z D( v7 s7 {
还可用于特殊气体压缩机的缸筒,如盐、溴等气体,城市用天然气等也可应用。(现在用不锈钢经过电镀氮化等表面处理的)7 ?0 K( W7 N. q* g0 R
十二.半固态成形铝合金的制造技术; W, G5 v4 O) w P
传统的铝合金铸件,力学性能和耐压性方面的可靠性差。所以,一种高质量的成形方法——半固态成形法引人注目。这种方法的要点是将液体金属、固体金属与混合状态下(半熔融)制造铸件。可使铸件内部缺陷大幅度减少,从而提高耐压性和力学性能。这种方法要用经电磁搅拌等特殊方法制成的坯料。日前,日本制造厂所用的坯料是从国外进口的,在生产成本、稳定供应和余料的回收利用等方面都存在问题。0 S6 ?( c$ g. ^% H5 t: x9 a4 }
自行研究开发的坯料的制造技术,以加工应变导入法为基础,经多项研究试验加以改进,确立在半熔融加热条件下使初生成为100um左右的均匀球状体的制造技术。其要点为:4 H! M- `- f& A; X0 e
1.为抑制制坯料中的初生?相的成长,控制凝固速度并确定化学成分。
) p: j9 c4 F% B! W' j. l5 D2.加工应变时控制导入的速度和温度。$ y1 ], a! k7 ?- v+ N
3.加工应变的均衡导入技术。& c/ C- b2 u' y, T* d; h& m
用这种方法制造出来的半固态成形用坯料,半熔融温度加热处理后微观组织均一。 O/ a7 i: m" N) U4 U: p
用几种坯料制成的轮毂,与原来的产品比较,在顶端与薄壁部位都有均一细微的微观组织。机械性质优良,完全达到了旋转弯曲试验技术标准的要求。( I! ]( N% R2 }6 q5 s C' z5 ?- j
十三.应用稀土元素制造薄壁,高强度铸铁件技术) s6 G7 s& o) f/ E. L6 P: W
柴油机缸体,缸盖的材质,一般为相当于FC250的片状石墨铸铁。近年来,由于需求高强度有采用蠕虫状石墨铸铁的倾向。但在生产效率和成本方面,用片状石墨铸铁是有利的,因而研究了片状石墨铸铁高强度化的可能性。
! r0 ]8 x& J6 H- N) i$ s9 x为提高铸铁的强度,复合添加Cr、Mo、Cu是有效的,但也有增大白口倾向的问题。如同时还要使铸件薄壁化,会更加助长白口倾向。为防止白口倾向,在铁水中加入硫(S)和稀土(RE)是有效的。稀土硫化物是石墨结晶的基础,对石墨化有强有力的作用。+ ~& V, J7 }2 O* A% x+ F; ?1 a8 D
以缸盖为例,表1中列出了不同化学成分和孕育剂时的白口深度和抗拉伸强度。
. h- m, R3 f6 q9 ~6 Z% r. P表1. 化学成分和孕育剂7 a0 W( G/ v) N" A% v9 l# J; ]
成分条件 孕育剂 (目标)化学成分 r y- e0 N/ C" `+ {/ p, O
CE值 C Si Mn S Cr Mo Cu Ce
0 f3 o4 N: ?* H: n( P; W条件1 低合金系 石墨系 4.08 3.38 2.10 0.70 0.030 0.10 — 0.25 —3 b% J. O1 k2 B3 _; ?4 G- G
条件2 高合金系 石墨系 4.08 3.38 2.10 0.70 0.030 0.40 0.30 0.60 —
0 B7 l* X( a7 D$ V+ A$ k" x* z' H条件3 高合金系 RE+S 4.08 3.38 2.10 0.70 0.050 0.40 0.30 0.60 0.0251 z q% g8 \" z2 `' ? a3 S
条件4 高合金系+低CE RE+S 3.97 3.30 2.00 0.70 0.050 0.40 0.30 0.60 0.025' X" q/ Y6 P5 L5 H9 `1 e
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