一種納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明公開的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由碳化硅和鐵合金組成，所述碳化硅的粒徑≤100μm。本發(fā)明還涉及該納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料是一種具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性及強(qiáng)耐腐蝕性的新型鐵合金材料。采用本發(fā)明的制備方法避免了傳統(tǒng)的需要通過反復(fù)退火、回火及蘸火等熱處理工藝，從而極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。特別是本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料能夠滿足用于制備深海石油開采設(shè)備對(duì)更高性能材料的要求。
【專利說明】一種納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金材料,特別涉及一種納米級(jí)碳化娃鑄造鐵合金材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在各領(lǐng)域中，許多設(shè)備和產(chǎn)品越來(lái)越需要具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和強(qiáng)耐腐蝕性的材料來(lái)制備，以適應(yīng)新的工作環(huán)境和生產(chǎn)需求。
[0003]尤其是在石油開采領(lǐng)域，其石油開采由陸地到淺海大陸架，再由淺海大陸架到深海開發(fā)將是必然選擇。在深海特殊的環(huán)境下，對(duì)石油開采設(shè)備的要求就會(huì)更高、更大、更強(qiáng)。作為石油開采設(shè)備最基礎(chǔ)材料，就不得不需要具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及耐腐蝕性。現(xiàn)有的處理方式就是通過添加傳統(tǒng)的元素以及相應(yīng)的熱處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的一下改進(jìn)，但是，不能完全滿足相應(yīng)深海石油開采設(shè)備對(duì)更高性能材料的要求。
[0004]因此，需要一種新的技術(shù)手段來(lái)獲得具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及耐腐蝕性的材料，特別是獲得一種能夠滿足相應(yīng)的深海石油開采設(shè)備對(duì)更高性能材料的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性及強(qiáng)耐腐蝕性的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種納米級(jí)碳化娃鑄造鐵合金材料，由碳化娃和鐵合金組成，該碳化娃的粒徑 100 μ mD
[0008]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由以下組分組成:占所述合金材料總體積1%_3%的碳化硅，占所述合金材料總體積97%-99%的鐵合金，所述碳化娃的粒徑< 100 μ m。
[0009]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由以下組分組成:占所述合金材料總體積1.5%-2.5%的碳化硅，占所述合金材料總體積97.5%-98.5%的鐵合金，所述碳化娃的粒徑< 10 μ m。
[0010]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由以下組分組成:占所述合金材料總體積2%的碳化硅，占所述合金材料總體積98%的鐵合金，所述碳化娃的粒徑< 10 μ m。
[0011]上述鐵合金由以下重量配比的組分組成:0.5%-1.0%的錳、0.6%-1.1%的鉻、
0.3%-0.6% 的鑰、1.1%-1.5% 的鎳、1.0%-1.6% 的鋁、1.0%-1.8% 的銅、0.05%-0.09% 的鈦、
0.05%-0.09%的釩、0.05%-0.08%的鈷、0.03%-0.05%的鎢、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供一種制備上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料的方法。
[0013]本發(fā)明提供的制備納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料的方法，包括以下步驟:
[0014]I)按照配比稱取碳化硅、電解銅、電解鋁、錳、鎢鑰合金、鎳鈷合金、釩鐵合金、鈦鉻合金待用；
[0015]2)將稱取好的電解銅、釩鐵合金、錳、鎢鑰合金置于工頻熔煉爐內(nèi)熔煉后，再依次向工頻熔煉爐內(nèi)加入稱取好的鎳鈷合金、鈦鉻合金、電解鋁，并加熱保溫以獲得成分合格的合金液體；
[0016]3)將步驟I)中稱取好的碳化硅置于步驟2)所獲得的合金液體中，并攪拌使碳化硅和合金液體混合均勻；[0017]4)將步驟3)中攪拌均勻的合金液體在1150°C -1200°C下鑄造成工業(yè)上所需的形狀。
[0018]上述將電解銅、釩鐵合金、錳、鎢鑰合金置于工頻熔煉爐內(nèi)熔煉的熔煉溫度為13300C -1410°C，熔煉時(shí)間為2-2.5小時(shí)。
[0019]上述加熱保溫為加熱至1300°C _1380°C，保溫的保溫時(shí)間為1.5-2小時(shí)。
[0020]本發(fā)明的另一目的是提供上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料在制備深海石油開采設(shè)備中的應(yīng)用。
[0021]上述應(yīng)用是在1150°C -1200°C下，將所述合金材料鑄造成深海石油機(jī)械設(shè)備需要的形狀，對(duì)鑄造完成的鑄件進(jìn)行低溫退火處理，其退火的溫度為250°C -300°C，退火的時(shí)間為1-1.5小時(shí)。
[0022]本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料將納米級(jí)碳化硅這一種高強(qiáng)度的材料通過本發(fā)明的技術(shù)手段添加入常用的鐵合金材料中，從而通過納米材料來(lái)實(shí)現(xiàn)一種高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性及強(qiáng)耐腐蝕性的新型鐵合金材料。由于采用了本發(fā)明的新的技術(shù)手段，避免了傳統(tǒng)鐵合金材料的生產(chǎn)中，為了使合金材料獲得一定的強(qiáng)度，需要通過反復(fù)退火、回火及蘸火等熱處理工藝，從而極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，并且節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。不僅如此，本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料還具有比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制備的材料更高的強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性及強(qiáng)耐腐蝕性，而且能夠滿足用于制備深海石油開采設(shè)備對(duì)更高性能材料的要求。因此，本發(fā)明的合金材料可以應(yīng)用到所有需要高性能材料的工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其用于深海石油開采設(shè)備的制造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的制備納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例中的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料，由以下組分組成:占合金材料總體積1%的碳化娃、占合金材料總體積99%的鐵合金,該碳化娃的粒徑為100 μ m。
[0027]其中，鐵合金由以下重量配比的組分組成:0.5%的錳、0.6%的鉻、0.3%的鑰、1.1%的鎳、1.0%鋁、1.0%的銅、0.05%的鈦、0.05%的釩、0.05%的鈷、0.03%的鎢、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。[0028]上述鐵合金可以采用已知的方法制備得到，如按照國(guó)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)制備得到。上述納米級(jí)碳化硅也可以采用已知的方法制備得到。
[0029]在本實(shí)施例中上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由以下步驟制得(如圖1所示):
[0030]步驟一:原料選配，采用已知的方法選取納米級(jí)碳化硅(粒徑≤100 μ m)的粉體待用；根據(jù)上述各組分的重量配比，按照重量計(jì)算并稱取精選的電解銅、電解鋁、錳、鎢鑰合金、鎳鈷合金、鑰;鐵合金、鈦鉻合金待用。
[0031]步驟二:將上述步驟一中稱取好的電解銅、釩鐵合金、錳、鎢鑰合金置于工頻熔煉爐中進(jìn)行熔煉，其熔煉溫度為1330°C -1410°C，熔煉時(shí)間為2-2.5小時(shí)；然后依次加入鎳鈷合金、鈦鉻合金、電解鋁，并加熱升溫至1300°C -1380°C后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為1.5-2小時(shí)，以獲得成分合格的合金液體。
[0032]步驟三:取樣檢驗(yàn)，對(duì)進(jìn)行保溫完成后的上述步驟二中獲得的合金液體進(jìn)行取樣，并用光譜儀比對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行成分化驗(yàn)，以確定鐵合金的成分含量在符合標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。該標(biāo)準(zhǔn)可以是國(guó)標(biāo)。
[0033]步驟四:將步驟一中選配并稱取好的納米級(jí)碳化硅(粒徑< 100 μ m)粉體放置于上述步驟三中化驗(yàn)合格的合金液體中，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，使納米級(jí)碳化硅(粒徑(100 μ m)粉體與合金液體混合均勻。
[0034]步驟五:在1150°C -1200°C的溫度下，將上述步驟四中攪拌混合均勻的合金液體鑄造成深海石油機(jī)械設(shè)備需要的形狀；對(duì)完成的鑄件進(jìn)行低溫退火處理，退火溫度為:2500C _300°C，時(shí)間為1-1.5小時(shí)。退火完成后，將鑄件放置于空氣中進(jìn)行自然冷卻。
[0035]步驟六:將自然冷卻后的鑄件進(jìn)行銑車加工，去除鑄造留下的表面凸凹等缺陷之后進(jìn)行包裝。
[0036]實(shí)施例2
[0037]在本實(shí)施例中，納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由以下組分組成:占合金材料總體積3%的碳化娃、占合金材料總體積97%的鐵合金,該碳化娃的粒徑為100 μ m。
[0038]其中，鐵合金由以下重量配比的組分組成:1.0%的錳、1.1%的鉻、0.6%的鑰、1.5%的鎳、1.6%鋁、1.8%的銅、0.09%的鈦、0.09%的釩、0.08%的鈷、0.05%的鎢、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0039]上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料成品通過與實(shí)施例1相同的方法得到，以及仍通過與實(shí)施例1相同的方法可使用上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料制備深海石油機(jī)械設(shè)備。
[0040]實(shí)施例3
[0041]在本實(shí)施例中，納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料由以下組分組成:占合金材料總體積2%的碳化娃、占合金材料總體積98%的鐵合金,該碳化娃的粒徑為10 μ m。
[0042]其中，鐵合金由以下重量配比的組分組成:0.8%的錳、0.9%的鉻、0.45%的鑰、
1.35%的鎳、1.3%鋁、1.4%的銅、0.075%的鈦、0.075%的釩、0.07%的鈷、0.04%的鎢、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0043]上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料成品通過與實(shí)施例1相同的方法得到，以及仍通過與實(shí)施例1相同的方法可使用上述納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料制備深海石油機(jī)械設(shè)備。[0044]比較例I
[0045]添加傳統(tǒng)兀素鎘、娃的鐵合金材料，由以下組分組成:占合金材料總重量0.4%的鎘，占合金材料總重量0.6%的硅，占合金材料總重量99%的鐵合金。通過傳統(tǒng)的熱處理工藝，即反復(fù)退火、回火及蘸火等熱處理工藝，制備得到上述鐵合金材料。
[0046]比較例2
[0047]添加傳統(tǒng)元素鎘、硅的鐵合金材料，由以下組分組成:占合金材料總重量0.8%的鎘，占合金材料總重量1%的硅，占合金材料總重量98.2%的鐵合金。通過傳統(tǒng)的熱處理工藝，即反復(fù)退火、回火及蘸火等熱處理工藝，制備得到上述鐵合金材料。
[0048]本發(fā)明的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料以及上述比較例I和2的傳統(tǒng)鐵合金材料的機(jī)械性能如表I所示。
[0049]表I
【權(quán)利要求】
1.一種納米級(jí)碳化娃鑄造鐵合金材料，其特征在于，由碳化娃和鐵合金組成，所述碳化娃的粒徑< 100 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料，其特征在于，由以下組分組成:占所述合金材料總體積1%_3%的碳化硅，占所述合金材料總體積97%-99%的鐵合金，所述碳化娃的粒徑< 100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料，其特征在于，由以下組分組成:占所述合金材料總體積1.5%-2.5%的碳化硅，占所述合金材料總體積97.5%-98.5%的鐵合金，所述碳化娃的粒徑< 10 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料，其特征在于，由以下組分組成:占所述合金材料總體積2%的碳化硅，占所述合金材料總體積98%的鐵合金，所述碳化硅的粒徑< 10 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料，其特征在于，所述鐵合金由以下重量配比的組分組成:0.5%-1.0%的錳、0.6%-1.1%的鉻、0.3%-0.6%的鑰、1.1%_1.5%的鎳、1.0%-1.6% 的鋁、1.0%-1.8% 的銅、0.05%-0.09% 的鈦、0.05%-0.09% 的釩、0.05%-0.08% 的鈷、0.03%-0.05%的鎢、余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
6.一種制備權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按照配比稱取碳化硅、電解銅、電解鋁、錳、鎢鑰合金、鎳鈷合金、釩鐵合金、鈦鉻合金待用； 2)將稱取好的電解銅、釩鐵合金、`錳、鎢鑰合金置于工頻熔煉爐內(nèi)熔煉后，再依次向工頻熔煉爐內(nèi)加入稱取好的鎳鈷合金、鈦鉻合金、電解鋁，并加熱保溫以獲得成分合格的合金液體； 3)將步驟I)中稱取好的碳化硅置于步驟2)所獲得的合金液體中，并攪拌使碳化硅和合金液體混合均勻； 4)將步驟3)中攪拌均勻的合金液體在1150°C-1200°C下鑄造成工業(yè)上所需的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述將電解銅、釩鐵合金、錳、鎢鑰合金置于工頻熔煉爐內(nèi)熔煉的熔煉溫度為1330°C -1410°C，熔煉時(shí)間為2-2.5小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述加熱保溫為加熱至13000C _1380°C，保溫的保溫時(shí)間為1.5-2小時(shí)。
9.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的納米級(jí)碳化硅鑄造鐵合金材料在制備深海石油開米設(shè)備中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，在1150°c-1200°c下，將所述合金材料鑄造成深海石油機(jī)械設(shè)備需要的形狀，對(duì)鑄造完成的鑄件進(jìn)行低溫退火處理，所述退火的溫度為2500C _300°C，所述退火的時(shí)間為1-1.5小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C38/52GK103451558SQ201310422673
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】孫飛 申請(qǐng)人:蘇州金倉(cāng)合金新材料有限公司