納米變質技術在離心鑄造高錳鋼襯套上的應用

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1、6納米變質技術在離心鑄造高錳鋼襯套上的應用姚永茂1張芬紅1李明喜2孫平3黃勇1徐偉1（1合肥開爾納米科技有限公司2安徽工業(yè)大學材料科學與工程學院3青島藍鼎華昆耐磨鋼有限公司）摘要：采用納米TiN和SiC兩種粉體，用特殊溶液對納米進行分散處理，噴涂在離心鑄造金屬型表面，澆注時高錳鋼水與納米充分混合，作為外加異質晶核細化晶粒，以提高高錳鋼的綜合機械性能。結果表明：納米粉體的加入使晶粒明顯細化；加入0.06%TiN時沖擊吸收功提高達16%；屈服強度提高54.7%，抗拉強度提高22.5%，斷后伸長率提高82.8%,斷面收縮率提高51.4%；試樣磨損率降低36.4%

2、。關鍵詞：納米TiN、高錳鋼襯套、力學性能、磨損率1、納米變質技術在金屬中的就用基本情況納米粒徑一般在1-100nm的粒子,同種物質當其尺寸小到納米級時，其表現(xiàn)的性質會有很大改變，將納米粒子這種特殊性質應用到鋼中，在鋼水凝固過程中作為異質形核核心，可以促進鋼水的結晶，同時由于納米粒子的釘扎作用，會阻礙金屬晶粒的長大，達到細化晶粒，提高鋼的強度、韌性、硬度和使用壽命。國外納米應用在鋼鐵產(chǎn)品方面已有很多成果，如日本日本川崎制鐵已經(jīng)利用納米粒子的這種特點，研發(fā)出新型HLSA納米鋼,由于其鐵基體上彌散分布著納米級碳化物產(chǎn)生了強化的效果，使得這種鋼不但具有高達780

3、MPa的強度，同時具有很高的凸寬緣成型能力.也有研究表明向普通碳鋼中加入1.7%的納米顆粒，可以將其屈服強度從200-300MPa增加到1800MPa納米超級鋼（1）。國內在這方面還處在研發(fā)階段，很多高校在試驗室內進行納米在金屬材料中的應用研究并取得一些成果。但達到工業(yè)實際應用還有一段距離，因為對納米加入方法、加入條件、不同金屬加入納米種類和加入數(shù)量、最佳納米粒徑、如何解決納米分散、避免二次團聚、納米應用的經(jīng)濟效益和性價比等因素還需要進行研究。合肥開爾納米能源科技有限公司是國內最大的納米材料生產(chǎn)廠，從2010年就開展納米材料在金屬中的應用試驗，歷時5年我們

4、取得一些成果，也經(jīng)歷大量的失敗，我們已經(jīng)看到光明、看到希望,逐步達到工業(yè)實際應用階段。納米變質技術在金屬材料中的應用是關系到我國由鋼鐵大國變?yōu)殇摰膹妵拇笫?，是需要所有金屬材料研究者共同努力才能完成?、試驗的基本情況青島藍鼎華昆耐磨鋼有限公司采用臥式離心機鑄造各種高錳鋼同心襯套和偏心襯套，其中幾種偏心襯套因壁厚相差1倍以上，在厚壁部份存在縮松、熱裂等鑄造缺陷，鑄件廢品率高達90%，基本上鑄件澆注后都存在明顯裂紋，如圖1、圖2。通過與合肥開爾納米能源科技公司和安工大合作，對原冶煉、澆注工藝進行調整和完善，使廢品率大幅度下降，為進一步提高產(chǎn)質量，提高襯套的耐

5、磨損性能，在工藝穩(wěn)定的情況下開展在高錳鋼中加入納米試驗。前兩次試驗的目的是了解高錳鋼中加入納米是否有效果？采用納米噴涂方法是否可行？在前兩試驗成功的基礎上進行第三次試驗，第三次試驗的目的是:通過試驗確定加入納米種類和納米最佳加入量，以達到既提高綜合機械性能又能最大限度的降低成本。通過四個月工業(yè)試驗基本上達到預期目標，為青島藍鼎華昆耐磨鋼有限公司穩(wěn)定國外客戶、增加出口奠定了堅實的技術和工藝基礎。作者簡介：姚永茂（1940），男，漢族，安徽寧國人，高級工程師.現(xiàn)任開爾納米公司技術顧問。E-mailyaoym40@163.com6圖1圖23、試驗材質和方法本次試

6、驗采用納米TiN和SiC兩種材料，經(jīng)特殊溶液將納米分散后做成含量5%濃度的溶液，噴涂在離心鑄造的的鐵模上，利用模具自身余熱烘干后澆注。冶煉采用工廠正常生產(chǎn)的0.5噸中頻電爐，采用大包一次出鋼，在包底加入鋼水重量0.4%的凈化劑，先凈化鋼水再經(jīng)納米變質處理。鑄件經(jīng)1050C0奧氏體化后水韌處理，在鑄件本體上經(jīng)線切割成Ф20×150園型試棒，再加工成標準抗拉試棒，沖擊試樣切割成10×10×55U型缺口的標準試樣，鑄件和切割試樣如圖3、圖4圖3鑄件圖圖4試樣加工圖3.1化學成份和澆注溫度元素CMnSiCrSP出鋼溫度澆注溫度設計1.05-1.3011-140.3

7、-0.8≤0.15≤0.04≤0.03≤1500≤1420實際1.1811.770.340.1070.0010.001150014193.2納米加入量編號毛坯重量Kg納米比例%納米溶液噴涂量g備注12800原樣不噴納米2280.04224TiN63280.063364380.03228SiC5440.054406470.07329+329=658TiN和SiC各一半4、性能檢測金相試樣采用苦味酸酒精溶液腐蝕后，在德國蔡司Axiophot2型數(shù)碼金相顯微鏡進行金相分析。利用HB3000型布氏硬度計、EHF-EM200KN-70LH型電動液壓伺服材料實驗機、N

8、I300C型動態(tài)沖擊試驗機、HT4001型POD銷盤摩擦磨損實驗儀