[发明专利]一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法

说明书

本发明涉及新材料技术领域，公开了一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，通过对合金钢材料以及热疲劳原理的研究，解决现有合金钢铸件加工中，为了提高附加性能加入各类元素导致铸件耐疲劳性能急剧下降的问题，通过添加陶瓷合金粉末，制备得到的该陶瓷合金粉末密度小，比表面积大，形成均匀分散的层状形核作用，抑制晶粒的生长，促进平衡凝固，明显降低热敏感性，且具有细化晶粒和强化作用，对合金钢铸件的热稳定性具有重要影响；由于陶瓷合金材料与铁的亲和力强，形成规则的片层结构，在冷热循环过程中，不易产生应力集中，不会引发裂纹源，即便在外力作用下产生的裂纹，也不会因此加速裂纹扩展，显著提高了合金钢铸件的耐疲劳性。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法。

背景技术

合金钢是在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成。在高温条件下工作时，其环境温度并不恒定，而有时是急剧反复变化的。由此造成的膨胀和收缩若受到约束时，在零件内部就会产生热应力(又称温差应力)。温度反复变化，热应力也随着反复变化，从而使材料受到疲劳损伤。

为了提高钢材铸件的力学强度，往往采用添加各类功能性元素，从而获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等性能。但加入的元素单质并不能与钢材结构完美的融合，反而会引起夹杂元素越多，导致钢材的形态和尺寸越难把控的问题。尤其是在冷热循环过程中，由于各类元素的热膨胀系数、导热系数等热力学系数之间的差异，很容易产生应力集中，成为裂纹形成的不稳定因素，在裂纹形成后，扩展速度又大于纯碳钢，进一步加剧了合金钢铸件的不耐热疲劳程度。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，不会引发裂纹源，即便在外力作用下产生的裂纹，也不会因此加速裂纹扩展，显著提高了合金钢铸件的耐疲劳性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高合金钢铸件耐热疲劳性的方法，在合金钢铸件制备中，采用添加制备的陶瓷合金粉末混炼的方式提高合金钢铸件耐热疲劳性。

所述陶瓷合金粉末的制备方法为：按照质量比为3-4:1的比例称取高岭石粉和碳化硅共30-32克，放入研钵中，加入20-25毫升松香醇溶液，混合持续研磨2-3小时，将研磨得到的物料置于振动磨中，加入13-15克氧化硼和7-8克氧化铝粉，混合2-3小时，向所得混合粉料中加入50-60毫升质量浓度为18-20%的聚乙烯醇水溶液，继续在高速混炼机中混合40-50分钟，混炼速度为3500-4000转/分钟，将混炼物置于200-210℃干燥箱中干燥4-5小时，然后加热至400-420℃，保温3-4小时，除去溢出液，剩余物质置于管式炉中烧结，在氩气保护下，以12-14℃/分钟的速度升温至1850-1900℃，保温70-80分钟，随炉自然冷却至室温，置于110-120℃烘箱中烘干3-4小时，研磨得到粒径大小在1-10微米范围的粉末，即为陶瓷合金粉末；制备得到的该陶瓷合金粉末密度小，比表面积大，与铁元素的亲和力强，形成均匀分散的层状形核作用，抑制晶粒的生长，促进平衡凝固，明显降低热敏感性，且具有细化晶粒和强化作用，对合金钢铸件的热稳定性具有重要影响。

所述松香醇溶液中松香与乙醇溶剂的质量比为1.7-1.9:5-6；

所述合金钢元素组分及其质量百分比为：硅占0.30-0.34%、碳占0.20-0.23%、铬占0.30-0.35%、镍占1.20-1.30%、钼占0.45-0.55%、钒占0.10-0.12%、钇占0.01-0.02%、磷占0.010-0.015%、硫占0.008-0.010%，剩余为铁。