一種汽車齒輪用耐疲勞材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種汽車齒輪用耐疲勞材料，各元素按重量百分比為：碳：0.5?0.6%，硅：2.1?2.3%，錳：1.3?1.5%，銅：0.6?0.8%，鎳：1.2?1.4%，鋁：0.001?0.02%，鈦0.1?0.2%，鍶：0.01?0.03%，硫≤0.015%，磷≤0.015%，余量為鐵和不可避免的雜質；本發明有效實現了合金鋼材料綜合性能的改善，能夠滿足現代科技發展對合金鋼材料高載荷、耐疲勞和韌性好的要求，應用于汽車齒輪方面具有安全性高、壽命長的特點。
【專利說明】
一種汽車齒輪用耐疲勞材料
技術領域
[0001]本發明涉及汽車零部件技術領域，尤其涉及一種汽車齒輪用耐疲勞材料。
【背景技術】
[0002]鋼鐵材料因高的強度和良好的韌性在機械工程制造業中占據著重要地位，近年來，機械工程結構日益向巨型化、高參量方向發展，對鋼鐵材料的性能提出了越來越高的要求，外加入顆粒強化鋼鐵材料具有諸多方面的優勢，但是往往在增加強度、硬度的前提下以降低塑韌性為代價。秦森在《外加顆粒強化鐵基材料的納米NbC/Fe(Fe3C)復合粉末制備技術及應用》一文中選擇NbC作為強化相顆粒，在熔煉與鑄造過程中分別將其加到低碳鋼和高鉻鑄鐵溶液中，以達到鋼鐵組織細化和力學性能強化的目的。碳化鈮具有高熔點、高硬度、高彈性模量、高耐磨、熱力學穩定等性能，所以這些特點成為鋼鐵材料中較為理想的強化相而被廣泛應用。但是如何實現碳化鈮顆粒在金屬基體中均勻分布以及與基體界面的良好結合是首要解決的關鍵問題。作者提出了復合粉末增強碳化鈮顆粒在鋼液中分散性的方法，他在鈮-石墨球磨體系中加入鋁粉，實現了 Al原子在Nb晶格中的置換式固溶，對球磨形成的(Nb-Al)C固溶體加熱，得到Al摻雜的碳化鈮碳化物，將碳化鈮顆粒的真實密度降低到接近鋼鐵液的密度值。此外還提出了增強碳化鈮顆粒在鋼鐵液中分散性的問題，將碳化鈮非均勻固溶體粉末中加入Fe粉經過真空加熱實現碳化鈮顆粒在鐵粉基體中的原位生成，這樣增強了碳化鈮在鋼鐵液中的分散性。雖然他提供了一種接近鋼鐵液密度值和一種在鋼鐵液中分散性好的兩種碳化鈮復合粉末，但是在煉鋼過程中分散性和密度值問題不能同時得到解決，限制了鋼鐵行業大規模的發展，并且鋁粉容易發生氧化，在制備摻鋁碳化鈮時質量穩定性不尚。。
【發明內容】
[0003]本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種汽車齒輪用耐疲勞材料。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的:
一種汽車齒輪用耐疲勞材料，按照如下步驟制得:
a、熔煉:將低硫磷潔凈廢鋼加入到高頻感應熔煉爐中融化成鋼水后添加增碳劑，待爐內的溫度升至1500-1560 °C，加入生鐵、硅鐵和錳鐵，保溫20-45min后加入銅、鎳、鈦和鍶，待完全熔化后加入改性碳化鈮，升高溫度至1630-1660 °C，恒溫保持攪拌5-10min得基質合金液；
b、檢測:檢測基質合金液的組分含量，補加材料使各元素按重量百分比為:碳:0.5-0.6%，硅:2.1-2.3%，錳:1.3-1.5%，銅:0.6-0.8%，鎳:I.2-1.4%，鋁:0.001-0.02%，鈦0.Ι-Ο.2%，鍶:0.01-0.03%，硫< 0.015%，磷< 0.015%，余量為鐵和不可避免的雜質；
C、澆注:將基質合金液轉移至精煉爐中，加入復合精煉劑進行脫氧、脫硫、排渣處理，復合脫氧劑與鋼水用量比為2-3公斤/噸，真空脫氣，當溫度降低至1550°C時澆筑在耐火鑄型中即可。
[0005]所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，在a中，所述改性碳化鈮的制備方法是:將石墨粉、鈮粉按照原子質量I: I裝入球磨罐中，抽真空后充入高純氬氣保護，在球料比40:1、轉速280r/min的轉速下球磨6-6.5h，然后在550_600°C下真空加熱12_15min，保溫14_16min后自然冷卻備用，將鋁粉倒入流化床中，通入氬氣排除氣體，將流化床加熱至280-320°C時將羰基鐵注入鼓泡器中，升高溫度至100°C羰基鐵氣化，持續反應一段時間直至鼓泡器內羰基鐵不再蒸發，停止加熱，繼續通入氬氣直到流化床溫度冷卻至室溫得到鐵包覆鋁的復合粉體，再將該復合粉體加到上述碳化鈮粉末中繼續球磨6_7h，結束后在550-600°C下真空加熱1-2min后冷卻即可。
[0006]所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，在c中，所述的復合精煉劑是由下列原料制成:聚乙烯吡咯烷酮0.5-1、有機膨潤土0.6-1鐵礦石3-3.5、電石3-5、二氧化硅1-2、硅鈣粉末2.4-3;將聚乙烯吡咯烷酮和鈉基膨潤土混合加入適量的水攪拌溶解，將鐵礦石、電石、二氧化硅、硅鈣粉末混合球磨過200目篩得混合粉末，再將混合粉末加到上述溶液中邊加熱邊攪拌形成顆粒，再將其加到燒結爐中以50°C/min速率升溫至500°C，燒結I小時后噴入水中急冷制成復合精煉劑。
[0007]所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，所述改性碳化鈮中鋁的質量與羰基鐵的體積比為3:1-2，加入的鐵鋁復合粉體與碳化鈮的重量比為1:36-38。
[0008]本發明的優點是:本發明采用廢鋼作為主要鑄造原料，縮短工藝流程，減少能源損耗，降低大氣污染，并且通過合理的金屬元素配比，得到質量穩定產品性能高的合金鋼材料，利用流化床法制備的鐵包覆鋁粉，有效的防止了鋁粉發生氧化，并且改善了鋁粉的分散性問題，再利用機械合金化將改性鋁粉摻到碳化鈮顆粒中，制備出接近鋼液密度值，且在鋼液中分散性、潤濕性好的碳化鈮顆粒，提高了鋼材的強度、硬度、耐磨損、抗沖擊、耐腐蝕等性能，加入的復合精煉劑利用團聚法制成近似球形的粉末，提高了與鋼液的接觸面積、流動性，使其在鋼水中快速反應達到細化晶粒的目的，并使鋼材具有較高的強度、良好的韌性和可焊性;本發明有效實現了合金鋼材料綜合性能的改善，能夠滿足現代科技發展對合金鋼材料高載荷、耐疲勞和韌性好的要求，應用于汽車齒輪方面具有安全性高、壽命長的特點。
【具體實施方式】
[0009]—種汽車齒輪用耐疲勞材料，按照如下步驟制得:
a、熔煉:將低硫磷潔凈廢鋼加入到高頻感應熔煉爐中融化成鋼水后添加增碳劑，待爐內的溫度升至1500°C，加入生鐵、硅鐵和錳鐵，保溫20min后加入銅、鎳、鈦和鍶，待完全熔化后加入改性碳化鈮，升高溫度至1630°C，恒溫保持攪拌5min得基質合金液；
b、檢測:檢測基質合金液的組分含量，補加材料使各元素按重量百分比為:碳:0.5%，硅:2.1%，錳:I.3%，銅:0.6%，鎳:I.2%，鋁:0.001%，鈦0.1%，鍶:0.0I %，硫 < 0.015%，磷 <
0.015%，余量為鐵和不可避免的雜質；
C、澆注:將基質合金液轉移至精煉爐中，加入復合精煉劑進行脫氧、脫硫、排渣處理，復合脫氧劑與鋼水用量比為2公斤/噸，真空脫氣，當溫度降低至1550°C時澆筑在耐火鑄型中即可。
[0010]所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，在a中，所述改性碳化鈮的制備方法是:將石墨粉、鈮粉按照原子質量I: I裝入球磨罐中，抽真空后充入高純氬氣保護，在球料比40:1、轉速280r/min的轉速下球磨6h，然后在550°C下真空加熱12min，保溫14min后自然冷卻備用，將鋁粉倒入流化床中，通入氬氣排除氣體，將流化床加熱至280°C時將羰基鐵注入鼓泡器中，升高溫度至100°C羰基鐵氣化，持續反應一段時間直至鼓泡器內羰基鐵不再蒸發，停止加熱，繼續通入氬氣直到流化床溫度冷卻至室溫得到鐵包覆鋁的復合粉體，再將該復合粉體加到上述碳化鈮粉末中繼續球磨6h，結束后在550°C下真空加熱Imin后冷卻即可。
[0011]所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，在c中，所述的復合精煉劑是由下列原料制成:聚乙烯吡咯烷酮0.5、有機膨潤土 0.6鐵礦石3、電石3、二氧化硅1、硅鈣粉末2.4;將聚乙烯吡咯烷酮和鈉基膨潤土混合加入適量的水攪拌溶解，將鐵礦石、電石、二氧化硅、硅鈣粉末混合球磨過200目篩得混合粉末，再將混合粉末加到上述溶液中邊加熱邊攪拌形成顆粒，再將其加到燒結爐中以50°C/min速率升溫至500°C，燒結I小時后噴入水中急冷制成復合精煉劑。
[0012]所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，所述改性碳化鈮中鋁的質量與羰基鐵的體積比為3:1，加入的鐵鋁復合粉體與碳化鈮的重量比為1:36。
[0013]對實施例制備的鋼材進行性能測試:
硬度:82HRB;屈服強度:332.8MPa;屈服點延伸率:4.2%;抗拉強度:412MPa;斷后總伸長率:25.2%;沖擊強度:45 J。
【主權項】
1.一種汽車齒輪用耐疲勞材料，其特征在于，按照如下步驟制得: a、熔煉:將低硫磷潔凈廢鋼加入到高頻感應熔煉爐中融化成鋼水后添加增碳劑，待爐內的溫度升至1500-1560 °C，加入生鐵、硅鐵和錳鐵，保溫20-45min后加入銅、鎳、鈦和鍶，待完全熔化后加入改性碳化鈮，升高溫度至1630-1660 °C，恒溫保持攪拌5-10min得基質合金液； b、檢測:檢測基質合金液的組分含量，補加材料使各元素按重量百分比為:碳:0.5-0.6%，硅:2.1-2.3%，錳:1.3-1.5%，銅:0.6-0.8%，鎳:I.2-1.4%，鋁:0.001-0.02%，鈦0.Ι-Ο.2%，鍶:0.01-0.03%，硫< 0.015%，磷< 0.015%，余量為鐵和不可避免的雜質； C、澆注:將基質合金液轉移至精煉爐中，加入復合精煉劑進行脫氧、脫硫、排渣處理，復合脫氧劑與鋼水用量比為2-3公斤/噸，真空脫氣，當溫度降低至1550°C時澆筑在耐火鑄型中即可。2.根據權利要求1所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，其特征在于，在a中，所述改性碳化鈮的制備方法是:將石墨粉、鈮粉按照原子質量1:1裝入球磨罐中，抽真空后充入高純氬氣保護，在球料比40:1、轉速280r/min的轉速下球磨6_6.5h，然后在550_600°C下真空加熱12-15min，保溫14-16min后自然冷卻備用，將鋁粉倒入流化床中，通入氬氣排除氣體，將流化床加熱至280-320°C時將羰基鐵注入鼓泡器中，升高溫度至100°C羰基鐵氣化，持續反應一段時間直至鼓泡器內羰基鐵不再蒸發，停止加熱，繼續通入氬氣直到流化床溫度冷卻至室溫得到鐵包覆鋁的復合粉體，再將該復合粉體加到上述碳化鈮粉末中繼續球磨6_7h，結束后在550-600°C下真空加熱l_2min后冷卻即可。3.根據權利要求1所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，其特征在于，在c中，所述的復合精煉劑是由下列原料制成:聚乙烯吡咯烷酮0.5-1、有機膨潤土 0.6-1鐵礦石3-3.5、電石3-5、二氧化硅1-2、硅鈣粉末2.4-3;將聚乙烯吡咯烷酮和鈉基膨潤土混合加入適量的水攪拌溶解，將鐵礦石、電石、二氧化硅、硅鈣粉末混合球磨過200目篩得混合粉末，再將混合粉末加到上述溶液中邊加熱邊攪拌形成顆粒，再將其加到燒結爐中以50°C/min速率升溫至500 °C，燒結I小時后噴入水中急冷制成復合精煉劑。4.根據權利要求2所述一種汽車齒輪用耐疲勞材料，其特征在于，所述改性碳化鈮中鋁的質量與羰基鐵的體積比為3:1-2，加入的鐵鋁復合粉體與碳化鈮的重量比為1:36-38。
【文檔編號】C22C38/08GK105838966SQ201610334587
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】胡乾桂
【申請人】安徽合礦機械股份有限公司