納米變質(zhì)技術(shù)在離心鑄造高錳鋼襯套上的應(yīng)用

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1、6納米變質(zhì)技術(shù)在離心鑄造高錳鋼襯套上的應(yīng)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院3青島藍(lán)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(duì)納米進(jìn)行分散處理，噴涂在離心鑄造金屬型表面，澆注時(shí)高錳鋼水與納米充分混合，作為外加異質(zhì)晶核細(xì)化晶粒，以提高高錳鋼的綜合機(jī)械性能。結(jié)果表明：納米粉體的加入使晶粒明顯細(xì)化；加入0.06%TiN時(shí)沖擊吸收功提高達(dá)16%；屈服強(qiáng)度提高54.7%，抗拉強(qiáng)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(guān)鍵詞：納米TiN、高錳鋼襯套、力學(xué)性能、磨損率1、納米變質(zhì)技術(shù)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(zhì)當(dāng)其尺寸小到納米級(jí)時(shí)，其表現(xiàn)的性質(zhì)會(huì)有很大改變，將納米粒子這種特殊性質(zhì)應(yīng)用到鋼中，在鋼水凝固過程中作為異質(zhì)形核核心，可以促進(jìn)鋼水的結(jié)晶，同時(shí)由于納米粒子的釘扎作用，會(huì)阻礙金屬晶粒的長大，達(dá)到細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度、韌性、硬度和使用壽命。國外納米應(yīng)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(diǎn)，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(jí)碳化物產(chǎn)生了強(qiáng)化的效果，使得這種鋼不但具有高達(dá)780

3、MPa的強(qiáng)度，同時(shí)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(qiáng)度從200-300MPa增加到1800MPa納米超級(jí)鋼（1）。國內(nèi)在這方面還處在研發(fā)階段，很多高校在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行納米在金屬材料中的應(yīng)用研究并取得一些成果。但達(dá)到工業(yè)實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，因?yàn)閷?duì)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(tuán)聚、納米應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和性價(jià)比等因素還需要進(jìn)行研究。合肥開爾納米能源科技有限公司是國內(nèi)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(yīng)用試驗(yàn)，歷時(shí)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(dá)到工業(yè)實(shí)際應(yīng)用階段。納米變質(zhì)技術(shù)在金屬材料中的應(yīng)用是關(guān)系到我國由鋼鐵大國變?yōu)殇摰膹?qiáng)國的大事，是需要所有金屬材料研究者共同努力才能完成。2、試驗(yàn)的基本情況青島藍(lán)鼎華昆耐磨鋼有限公司采用臥式離心機(jī)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(dá)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(duì)原冶煉、澆注工藝進(jìn)行調(diào)整和完善，使廢品率大幅度下降，為進(jìn)一步提高產(chǎn)質(zhì)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(yàn)。前兩次試驗(yàn)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(yàn)成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行第三次試驗(yàn)，第三次試驗(yàn)的目的是:通過試驗(yàn)確定加入納米種類和納米最佳加入量，以達(dá)到既提高綜合機(jī)械性能又能最大限度的降低成本。通過四個(gè)月工業(yè)試驗(yàn)基本上達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為青島藍(lán)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(jiān)實(shí)的技術(shù)和工藝基礎(chǔ)。作者簡介：姚永茂（1940），男，漢族，安徽寧國人，高級(jí)工程師.現(xiàn)任開爾納米公司技術(shù)顧問。E-mailyaoym40@163.com6圖1圖23、試驗(yàn)材質(zhì)和方法本次試

6、驗(yàn)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)抗拉試棒，沖擊試樣切割成10×10×55U型缺口的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)成份和澆注溫度元素CMnSiCrSP出鋼溫度澆注溫度設(shè)計(jì)1.05-1.3011-140.3

7、-0.8≤0.15≤0.04≤0.03≤1500≤1420實(shí)際1.1811.770.340.1070.0010.001150014193.2納米加入量編號(hào)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(cè)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(jìn)行金相分析。利用HB3000型布氏硬度計(jì)、EHF-EM200KN-70LH型電動(dòng)液壓伺服材料實(shí)驗(yàn)機(jī)、N

8、I300C型動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)機(jī)、HT4001型POD銷盤摩擦磨損實(shí)驗(yàn)儀