一種用于運動器材的耐磨金屬材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括：C：0.42～2.78％；Si：0.1～0.7％；N：0.10～0.35％；Mn：0.1～0.3％；Cr：15～25％；P：0～0.05％；S：0～0.05％；Al：0.10～0.20％；B：0.10～0.26％；V：0.32～0.48％；Mo：0.18～0.25％；W：0.10～0.23％；Nb：0.02～0.12％；余量為Fe。本發明還公開了一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法。本發明所得耐磨金屬材料的硬度高，耐磨性能好，綜合性能優良且工藝過程簡單易行。
【專利說明】
一種用于運動器材的耐磨金屬材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及耐磨金屬材料技術領域，尤其涉及一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]運動器材是競技體育比賽和健身鍛煉所使用的各種器械、裝備及用品的總稱。運動器材一般采用金屬材料作為支撐、穩定結構，但往往金屬材料硬度和耐磨性能不足導致運動器材受到損壞，縮短了運動器材的使用壽命，嚴重的使使用者受傷。
【發明內容】
[0003]本發明提出了一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料及其制備方法，其硬度高，耐磨性能好，綜合性能優良且工藝過程簡單易行。
[0004]本發明提出的一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C: 0.42?2.78%; S1:0.1?0.7% ;N:0.10?0.35% ;Mn:0.I?0.3% ; Cr: 15?25% ;P:0?0.05% ;S:0?0.05%;Α1:0.10?0.20%;Β:0.10?0.26% ; V:0.32?0.48% ；Mo:0.18?0.25% ;W:0.10?0.23% ;Nb:0.02?0.12% ;余量為Fe。
[0005]優選地，Mn和Cr的重量比為0.15?0.37:15.2?23.8 ;B、V和Mo的重量比為0.12?0.35:0.35?0.44:0.20?0.25;1和恥的重量比滿足函數關系式:11?> = 6.378\_2+0.134，其中nw、nNb分別表示W元素、Nb元素在原料中所占重量百分比。
[0006]優選地，所述用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:0.45?2.50% ;S1:0.3?0.5% ;N:0.15?0.30% ;Μη:0.15?0.25% ;Cr:18?22% ；P:0?0.05%;S:0?0.05% ;Al:0.13?0.18% ;B:0.14?0.22% ;V:0.38?0.45% ；Mo:0.20—0.23% ;W:0.12?0.18% ;Nb:0.03?0.10% ;余量為Fe。
[0007]本發明還提出了一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，包括如下步驟:
[0008]S1、將原料按配比稱取并熔煉澆注，得到半成品；
[0009]S2、將半成品入爐，一次升溫至442-485 V，保溫1.5-2.0h ； 二次升溫至556-620 V，保溫I.5-2.5h;三次升溫至753-815 °C，保溫2.5-3.5h;四次升溫至920-1000 V，保溫I.0-2.5h；五次升溫至1035-1146°C，保溫0.5-1.0h，得到第一預制料；
[0010]S3、將第一預制料降溫至856-895°C，保溫1.5-2.5h，得到第二預制料；
[0011]S4、將第二預制料在硝酸鹽浴中淬火，淬火溫度為267-290°C，淬火時間為0.Ι-Ο.2h，得到用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料。
[0012]優選地，在S2中，在一次升溫過程中，升溫速度為l_5°C/min。
[0013]優選地，在S2中，在二次升溫過程中，溫度與時間滿足方程T= 1.367 X (t+3.721)2。
[0014]優選地，在S2中，在三次升溫過程中，溫度T(°C)與時間t(min)的關系滿足方程:T= 1.076X(t-0.826t)2-1.256t。
[0015]優選地，在S2中，在第四次升溫過程中，升溫速度為120°C/h。
[0016]優選地，在S2中，在第五次升溫過程中，升溫速度與時間滿足線性關系:T= 3.621
Xto
[0017]優選地，在S3中，在第一預制料的降溫過程中，溫度T(°C)與時間t(min)的關系滿足函數方程:T=K X (t2-0.26t)2+0.369，其中K值范圍為I.326-5.164。
[0018]本發明中通過控制Mn和Cr的重量比；B、V和Mo的重量比以及W和Nb的重量比的函數關系，使得原料重量比更加優化，Mn和Cr在所述比例之下相互協同作用，不僅可提高淬透性，提尚強度、硬度和抗沖性能，還能提尚抗氧化性和耐腐蝕性。B、V和Mo在所述函數關系的比例之下相互協同作用，既可以細化晶粒，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力，提高機械性能;還可以抑制合金由于淬火而引起的脆性。同時，減少了氧化鋁對疲勞性能的危害，可降低高密度的疲勞和低密度的疲勞，延長耐磨球的使用壽命。W和Nb相互配合，能顯著提高強度、硬度和耐磨性，還能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，使得加工能力得到提升。
[0019]另外，本發明還采用五段式升溫方式，合理控制五段升溫溫度T(°C)與時間t(min)滿足的函數關系，進一步優化了升溫方式和降溫方式，比普通的勻速升溫、勻速降溫的效果更好，得到的耐磨球硬度和韌性大大提升，且破碎率明顯減小，產品的機械性能好，沖擊韌度強，單位磨耗較小，熱處理成型與限定的各元素之間的重量比滿足一定函數關系式相協同，使得產品的硬度、沖擊韌性進一步增強，綜合性能極為優異。
【具體實施方式】
[0020]下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0021]實施例1
[0022]—種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:0.42%；Si:0.7%；N:0.11%；Mn:0.3%；Cr:15%；P:0.05%；S:0.05%；Al:0.20%；B:0.11% ；V:0.48% ；Mo:0.18% ；ff:0.23% ;Nb:0.02% ;余量為Fe。
[0023]實施例2
[0024]—種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:2.78% ；Si:0.11% ；Ν:0.35% ；Μη:0.11% ；Cr:25% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.12% ；B:0.26% ；V:0.32% ；Mo:0.25% ；ff:0.10% ；Nb:0.12% ;余量為Fe。
[0025]實施例3
[0026]—種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:2.20% ；Si:0.56% ；N:0.26% ；Mn:0.20% ；Cr:21% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.15% ；B:0.19% ；V:0.41% ；Mo:0.20% ；ff:0.17% ；Nb:0.08% ;余量為Fe。
[0027]所述用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，包括如下步驟:
[0028]S1、將原料按配比稱取并熔煉澆注，得到半成品；
[0029]S2、將半成品入爐，一次升溫至442 °C，保溫1.5h; 二次升溫至620 °C，保溫2.5h;三次升溫至753 0C，保溫2.5h;四次升溫至1000 °C，保溫2.5h ；五次升溫至1035 °C，保溫0.5h，得到第一預制料;其中，在一次升溫過程中，升溫速度為4.5 °C/min，在二次升溫過程中，溫度與時間滿足方程T = 1.367 X (t+3.721)2，在三次升溫過程中，溫度T (°C)與時間t (min)的關系滿足方程:了=1.076\(卜0.82602-1.2561在第四次升溫過程中，升溫速度為120°(:/11，在第五次升溫過程中，升溫速度與時間滿足線性關系:T = 3.621 X t;
[0030]S3、將第一預制料降溫至856°C，保溫1.5h，得到第二預制料;在降溫過程中，溫度T(°(:)與時間七(1^11)的關系滿足函數方程4=1(\(#-0.2602+0.369，其中1(值范圍為1.411;
[0031]S4、將第二預制料在硝酸鹽浴中淬火，淬火溫度為2900C，淬火時間為0.2h，得到用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料。
[0032]實施例4
[0033]—種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:
0.45% ；Si:0.5% ；N:0.15% ；Mn:0.25%；Cr:18% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.18%；B:
0.14% ；V:0.45% ；Mo:0.20% ；ff:0.18% ;Nb:0.03% ;余量為Fe。
[0034]所述用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，包括如下步驟:
[0035]S1、將原料按配比稱取并熔煉澆注，得到半成品；
[0036]S2、將半成品入爐，一次升溫至485 °C，保溫2.0h ； 二次升溫至556°C，保溫1.5h;三次升溫至8150C，保溫3.5h;四次升溫至921 °C，保溫1.0h;五次升溫至1146°C，保溫1.0h，得到第一預制料;其中，在一次升溫過程中，升溫速度為5°C/min，在二次升溫過程中，溫度與時間滿足方程T = 1.367 X (t+3.721)2，在三次升溫過程中，溫度T(°C )與時間t (min)的關系滿足方程:了=1.076\(卜0.82602-1.256扒在第四次升溫過程中，升溫速度為120°(:/11，在第五次升溫過程中，升溫速度與時間滿足線性關系:T = 3.621 X t;
[0037]S3、將第一預制料降溫至895°C，保溫1.5h，得到第二預制料;在降溫過程中，溫度T(°(:)與時間七(1^11)的關系滿足函數方程4=1(\(#-0.2602+0.369，其中1(值范圍為1.326;
[0038]S4、將第二預制料在硝酸鹽浴中淬火，淬火溫度為267 V，淬火時間為0.2h，得到用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料。
[0039]實施例5
[0040]—種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:2.50% ；Si:0.31% ；Ν:0.30% ；Μη:0.15% ；Cr:22% ；P:0.05% ；S:0.04% ；A1:0.13% ；B:
0.22% ；V:0.38% ；Mo:0.23% ；ff:0.12% ；Nb:0.10% ;余量為Fe。
[0041]所述用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，包括如下步驟:
[0042]S1、將原料按配比稱取并熔煉澆注，得到半成品；
[0043]S2、將半成品入爐，一次升溫至451 °C，保溫1.7h; 二次升溫至600°C，保溫1.5h;三次升溫至792 0C，保溫2.0h;四次升溫至953 °C，保溫1.5h;五次升溫至1100 °C，保溫0.3h，得到第一預制料;其中，在一次升溫過程中，升溫速度為l°C/min，在二次升溫過程中，溫度與時間滿足方程T = 1.367 X (t+3.721)2，在三次升溫過程中，溫度T(°C )與時間t (min)的關系滿足方程:了=1.076\(卜0.82602-1.256扒在第四次升溫過程中，升溫速度為120°(:/11，在第五次升溫過程中，升溫速度與時間滿足線性關系:T = 3.621 X t;
[0044]S3、將第一預制料降溫至881°C，保溫2.0h，得到第二預制料;在降溫過程中，溫度T(°(:)與時間七(1^11)的關系滿足函數方程4=1(\(#-0.2602+0.369，其中1(值范圍為1.326;
[0045]S4、將第二預制料在硝酸鹽浴中淬火，淬火溫度為280°C，淬火時間為0.1h，得到用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料。
[0046]實施例6
[0047]—種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其原料按重量百分比包括:C:1.56%；Si:0.42%；N:0.22%；Mn:0.19%；Cr:19%；P:0.05%；S:0.05%；Al:0.15%；B:0.18% ；V:0.39% ；Mo:0.21% ；ff:0.16% ;Nb:0.07% ;余量為Fe。
[0048]所述用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，包括如下步驟:
[0049]S1、將原料按配比稱取并熔煉澆注，得到半成品；
[0050]S2、將半成品入爐，一次升溫至478 °C，保溫2.0h ； 二次升溫至590°C，保溫1.6h;三次升溫至7980C，保溫2.0h;四次升溫至962°C，保溫2.0h ；五次升溫至1098°C，保溫0.6h，得到第一預制料；
[0051 ] S3、將第一預制料降溫至873°C，保溫2.0h，得到第二預制料；
[0052]S4、將第二預制料在硝酸鹽浴中淬火，淬火溫度為285°C，淬火時間為0.1h，得到用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料。
[0053]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括:(::0.42?2.78%;51:0.1?0.7% ;N:0.10?0.35% ;Μη:0.1?0.3% ;Cr:15?25% ；P:0?0.05%;S:0?0.05% ;Al:0.10?0.20% ;B:0.10?0.26% ;V:0.32?0.48% ；Mo:0.18—0.25% ;W:0.10?0.23% ;Nb:0.02?0.12% ;余量為Fe。2.根據權利要求1所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其特征在于，Mn和Cr的重量比為0.15?0.37:15.2?23.8;B、V和Mo的重量比為0.12?0.35:0.35?0.44:0.20?0.25;W和Nb的重量比滿足函數關系式:nw=6.378 XrW+0.134，其中nw、nNb分別表示W元素、Nb元素在原料中所占重量百分比。3.根據權利要求1或2所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括:C:0.45?2.50%; S1:0.3?0.5% ;N:0.15?0.30% ;Μη:0.15?0.25% ;Cr:18?22% ;P:0?0.05%;S:0?0.05% ;A1:0.13?0.18% ;B:0.14?0.22% ；ν:0.38?0.45% ;Μο:0.20?0.23% ;W:0.12?0.18% ;Nb:0.03?0.10% ;余量為Fe。4.一種根據權利要求1-3任一項所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將原料按配比稱取并熔煉澆注，得到半成品； 52、將半成品入爐，一次升溫至442-485°C，保溫1.5_2.0h; 二次升溫至556-620°C，保溫I.5-2.5h;三次升溫至753-815 °C，保溫2.5-3.5h;四次升溫至920-1000 °C，保溫I.0-2.5h ；五次升溫至1035-1146°C，保溫0.5-1.0h，得到第一預制料； 53、將第一預制料降溫至856-895°C，保溫I.5-2.5h，得到第二預制料； 54、將第二預制料在硝酸鹽浴中淬火，淬火溫度為267-290°C，淬火時間為0.1-0.2h，得到用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料。5.根據權利要求4所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，在S2中，在一次升溫過程中，升溫速度為l_5°C/min。6.根據權利要求4或5所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，在S2中，在二次升溫過程中，溫度與時間滿足方程T = 1.367X (t+3.721 )2。7.根據權利要求4-6任一項所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，在S2中，在三次升溫過程中，溫度T(°C)與時間t(min)的關系滿足方程:T= 1.076X(t-0.826t)2-1.256t。8.根據權利要求4-7任一項所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，在S2中，在第四次升溫過程中，升溫速度為120°C/h。9.根據權利要求4-8任一項所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，在S2中，在第五次升溫過程中，升溫速度與時間滿足線性關系:T = 3.621Xto10.根據權利要求4-9任一項所述的用于運動器材的使用壽命長的耐磨金屬材料的制備方法，其特征在于，在S3中，在第一預制料的降溫過程中，溫度T(°C)與時間t(min)的關系滿足函數方程:T=K X (t2-0.26t)2+0.369，其中K值范圍為I.326-5.164。
【文檔編號】C22C38/32GK106048397SQ201610503731
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】錢俊
【申請人】蕪湖地心引力運動科技有限公司