專利名稱：一種高鈷－稀土耐熱耐蝕合金的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料技術領域，特別適用于涉及鎂合金熱室壓鑄機熱作件的改良材料。
鎂合金作為最輕的工程金屬材料，不僅具有高比強度、高比剛度以及良好的抗電磁輻射能力，而且還具有良好的充型流動性和可再生利用性。世界各國都非常重視鎂合金的研究開發。鎂合金被譽為是21世紀的“綠色材料”。壓鑄鎂合金已成為一種更有潛力的可替代壓鑄鋁合金和其它壓鑄材料的工程材料，在汽車、電子、家電、通信、儀表以及航天航空等領域的應用日益增多。
在生產鎂合金鑄件的壓鑄機上，一些重要的零部件，如打料壺、鋼令、錘頭及噴嘴等熱作件長期工作于650℃以上的鎂合金液中。由于鎂合金化學性質活潑，而且含有Al、Zn等元素，對熱作件有很強的腐蝕性，使其使用壽命降低，嚴重影響鎂合金壓鑄生產的效率，增加生產成本。因此，壓鑄鎂合金用熱作模具鋼一直是各國非常重視的研究對象。
常用于壓鑄的熱作模具鋼的牌號及化學成分列于表1中。表中所列的幾種鋼號可用于制造鎂合金壓鑄模具，尤其以H13應用最為廣泛，壓鑄行業中90％以上的型腔模都是由H13鋼制造。
QR080和QR090是瑞典的Uddholm公司在H13基礎上開發出來的，具有更為持久的高溫強度和抗熱疲勞性能，是制造鎂合金壓鑄模具的優質鋼種。但這些鋼種適用于工作溫度較低的環境中。當使用溫度超過650℃時，這種鋼的高溫強度和高溫硬度都顯著降低。對于要長期工作于700℃左右的高溫環境中，并要承受較高的沖擊、磨損和鎂合金液的腐蝕，這種鋼就不能滿足生產要求。
表1．國內外常用的壓鑄用模具鋼化學成分(wt％)
某些奧氏體型熱作模具鋼的高溫強度較高，可滿足熱作件的強度要求。對于一些要求不高的場合，如用于加工較大厚壁件的鎂合金冷室壓鑄機，其壓室可選用常規的AISI316不銹鋼等材料，但也存在著腐蝕嚴重、使用壽命低等問題。而對于鎂合金熱室壓鑄機，主要用于生產電子產品，如手機外殼、電腦外殼等，這些產品壁厚一般不足1mm，這時就不能使用這類不銹鋼。因為這類鋼中的Ni元素會嚴重影響壓鑄鎂合金產品的性能，大幅度降低成品率。為此，急需開發一種不含有Ni元素的并且具有較好高溫強度的新型高溫模具鋼。
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，開發一種新型的耐熱耐蝕合金。該合金不僅具有較好的高溫強度、良好的耐鎂合金液腐蝕性能，而且還不含有Ni元素，適用于鎂合金熱室壓鑄機熱作件的工作環境。
本發明提出的一種高鈷-稀土耐熱耐蝕合金，其主要由鐵(Fe)、碳(C)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、鎢(W)、錳(Mn)、釩(V)、硅(Si)、鋁(Al)、稀土(RE)、鎳(Ni)、硫(S)、磷(P)、鈦(Ti)等元素組成；各成分的重量百分比為成分wt.％C 0.15-0.25；Cr 9.5-10.5；Co 9.0-10.0；Mo 2.5-4.5；W 2.0-4.0；Mn 0.1-0.5；V 0.4-0.6；Si 0.1-0.3；Ni 0-0.15Ti 0-0.02；RE 0-0.05；S 0-0.03；P 0-0.03；Al 0-0.1；其余為Fe；其中S、P、Al為原材料中所含雜質的限量。
本發明采用常規的真空感應+電渣重熔的冶煉工藝進行冶煉，然后進行鍛造和熱處理。
本發明的效果本發明的合金具有優異的室溫和高溫力學性能，見表2所示，表2本發明的合金的室溫和高溫力學性能指標
本發明的合金在鎂合金液中具有很好的耐腐蝕性能，可作為一種理想的熱作件材料來使用。
實施例1合金1成分為0.23wt％C、9.94wt％Cr、0.23wt％Mn、2.53wt.％W、3.74wt％Mo、0.57wt％V、9.60wt％Co、0.005wt％S、0.020％Ce、0.0050wt.％Ti、0.24wt％Si、0.0066wt.％P、0.0018wt％Ni、＜0.010wt％Al.
合金經真空冶煉+電渣重熔，然后在1140℃鍛成方料，鍛后在850℃退火處理8小時去應力，熱處理工藝采用1100℃固溶+700C時效處理。
合金組織為低碳回火馬氏體組織，主要力學性能指標見表3、4所示。
表3合金1的主要力學件能指標
表4合金1在700℃的持久強度
另外，在AZ91D鎂合金液中的24h浸蝕試驗表明，合金在鎂合金液中具有很好的耐腐蝕性，而且鎂合金液成分幾乎沒有變化，說明合金對鎂合金液影響很小，適用于鎂合金壓鑄機的熱作件材料。
實施例2合金2成分為0.19wt％C、10.10wt％Cr、0.40wt％Mn、2.40wt.％W、4.08wt％Mo、0.50wt％V、9.93wt％Co、0.19wt％Si、0.13wt％Ni、＜0.08wt％Al.、0.007wt％S、0.008wt.％P、＜0.01wt.％Ti，其余為Fe，合金經真空冶煉+電渣重熔，然后在1140℃鍛成方料，然后在850℃退火處理8小時去應力，熱處理采用1100℃固溶+700℃時效處理。
合金組織為低碳回火馬氏體組織，主要力學性能指標見表5、6所示。
表5合金2的主要力學性能指標
表6合金2在700℃的持久強度
在AZ91D鎂合金液中的24h浸蝕試驗表明，合金在鎂合金液中具有很好的耐腐蝕性。
權利要求
1.一種高鈷-稀土耐熱耐蝕合金，其主要由鐵(Fe)、碳(C)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、鎢(W)、錳(Mn)、釩(V)、硅(Si)、鋁(Al)、稀土(RE)、鎳(Ni)、硫(S)、磷(P)、鈦(Ti)元素組成；各成分的重量百分比為成分 wt.％C0.15-0.25；Cr 9.5-10.5；Co 9.0-10.0；Mo 2.5-4.5；W2.0-4.0；Mn 0.1-0.5；V0.4-0.6；Si 0.1-0.3；Ni 0-0.15Ti 0-0.02；RE 0-0.05；S0-0.03；P0-0.03；Al 0-0.1；其余為Fe；其中S、P、Al為原材料中所含雜質的限量。
全文摘要
本發明屬于金屬材料技術領域，其主要由鐵(Fe)、碳(C)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、鎢(W)、錳(Mn)、釩(V)、硅(Si)、鋁(Al)、稀土(RE)、鎳(Ni)、硫(S)、磷(P)、鈦(Ti)元素組成的耐熱耐蝕合金。該合金不僅具有較好的高溫強度、良好的耐鎂合金液腐蝕性能，而且還不含有Ni元素，特別適用于鎂合金熱室壓鑄機熱作件的工作環境。
文檔編號C22C38/30GK1316539SQ0110989
公開日2001年10月10日 申請日期2001年3月23日 優先權日2001年3月23日
發明者李培杰, 劉樹勛, 曾大本 申請人:清華大學