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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)
$ C& e4 v& X' r7 a1 d九.球状碳化物合金材料) N; u. h( O: i' y( v; c: d
——具有高韧性、高耐磨性的金属材料
! L2 Z1 k# B! Z5 f8 d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。* O" _5 w; N2 A/ S0 u/ A' n! C W
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。8 N7 v( v$ f0 W, p: E
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。- {: X5 Y0 p, O
十.建筑结构用高强度高韧性铸钢材料
, w1 k2 S# w1 K* @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。9 H, O1 w9 K2 K. E: i
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。: h8 e! E2 \9 r, F; N/ o
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。
3 w6 L9 \3 @; F t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。9 `7 b1 ^. f8 _3 ~6 I
表1 SCW620材料的力学性能的标准值和建筑用部件的要求值。
; S- T' ?3 Y, K' M材料 0.2%屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 伸长率(%) 夏氏冲击值(0℃)(J)9 j: c3 K1 e1 ?
JISG5102标准 ≧430 ≧620 ≧17 ≧27$ \7 }& l( r% J8 K! X! B
要求 ≧441 ≧637 ≧17 ≧47(min) ≧94(Ave)" `' x1 |" J8 x
表2 试验材料的化学成分范围(质量%)/ [# c+ x: K8 O
C Si Mn P S Ni Ca Mo V 碳当量 PCM! a9 b/ V' X& N3 f) K1 U
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 J# H! V e( n# m6 L十一.兼有耐磨性和耐腐蚀性的不锈钢球状碳化物材料+ o7 k; S9 v' P. M) B/ H- E8 h; N G6 h
“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
/ C" w- m4 E2 v7 [5 ?+ p+ b材料 SUS304 球状碳化物材料 高Cr铸铁" u6 X. x+ K. D. C, U: l9 Q
抗拉强度(MPa) ≧520 650-750 ≧490, z/ O; H5 R/ O' A
伸长率(%) ≧40 05 —
6 S+ L8 z: a0 _& Z2 w5 }. s硬度 Hs ≧30 42-47 ≧60& E1 R- {. ~1 L* B1 k& Y! ~2 y
HRe ≧10 30-35 ≧45
8 D, A ?' s/ O2 U4 J9 r5 z, |' P, Q HB ≧187 280-320 ≧421
1 ~1 i1 m! X- C, \; F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。
! I' V8 K& D/ l) M' w 矿石+浓硫酸 污泥泥浆6 [" S- I$ g/ N) H& L5 \" Y( ] z
过去的产品 45日 1个月
: i1 ?: {2 Y# R/ N# `) M" ^新开发产品 100日 60个月. R8 p; A1 h5 {5 ]% I( Y9 E- H% ], D+ Z
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)5 y4 ~5 G9 l7 H, R! T9 k1 C
十二.半固态成形铝合金的制造技术" D }7 ^4 g h2 A( ^; ^
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。
* p: f/ L" u! G. A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:
" c) g1 e) s1 O9 E+ g& i1.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。% z6 F) }6 T. x
2.加工应变时控制导入的速度和温度。
! f/ p; S m. z5 \5 }) c! F, |8 ~2 B3.加工应变的均衡导入技术。6 m0 J( A, h7 k+ ^+ D8 }4 K$ b' V
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。
" p7 d- Q; s; A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。/ O# R2 L9 F5 P: z; Z* ~2 e4 G! P
十三.应用稀土元素制造薄壁,高强度铸铁件技术: _5 ]4 Z0 e) n$ X% i0 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。
0 Y' U; D* r6 ^# o. R% N# b: ^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。) ?! ]4 j/ e! O5 W) i5 _! i
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。
, N0 U2 l: C9 M( [表1. 化学成分和孕育剂% k$ z' l/ A- ~: j# a
成分条件 孕育剂 (目标)化学成分
, @& q; k0 R, P7 F) k9 K CE值 C Si Mn S Cr Mo Cu Ce- F" @+ n8 q* g
条件1 低合金系 石墨系 4.08 3.38 2.10 0.70 0.030 0.10 — 0.25 —
+ [, \4 S, }' H& Z; S$ u6 C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 —& M1 h# ?2 U, x# r" Z
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 0.025
2 |$ a# G# c A" C: b- p4 t: s- h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- g/ o }0 z2 S- Z
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