一种强韧性弹簧钢及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种强韧性弹簧钢及其制备方法。该弹簧钢由包含以下重量份的组分制成：铁粉93.0-95.0份、Cr3.0-5.0份、Mn1.5-2.3份、石墨烯1.5-3.0份、硅藻土0.02-0.8份、B0.1-0.8份和Nb0.02-0.08份。本发明通过将上述组分球磨、压制、烧结、制坯、烧结和保温等工艺，得到强韧性弹簧钢。本发明制得的弹簧钢材料具有较高的强韧性能，可用于制备各类包装机中的弹簧部件，且使用寿命长。并且本发明的制备过程工艺简单，可实现工业化生产。
【专利说明】一种强韧性弹簧钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能材料领域，特别涉及一种强韧性弹簧钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 弹簧钢需要有好的弹性，是一种能在动载荷环境条件下反复作用工作的特殊钢 材。弹簧钢有着足够的韧性、力学强度和塑性，可以进行重复性伸缩，并在一定的冲击力作 用下不会突然脆断，因此多用于制造弹簧和弹性元件的钢制品。
[0003] 弹簧钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即使其承受一定的载荷，在载荷去除之 后，变形能恢复，不会出现永久形变。在具有良好弹性的同时，弹簧钢也需要一定的力学强 度，从而能在反复承受重载荷时，具有较长的使用寿命。
[0004] 弹簧钢需要有好的弹性，又由于它是在动载弹簧在冲击、振动或长期交应力下使 用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。
[0005] 近年来，结合由于各项新技术的不断引入，对各类弹性部件的要求也层出不穷，为 了满足这些需求，有研究着研制出在弹簧钢中加入硼、铌、钥等元素的新钢种，这样不仅延 长了弹簧的使用寿命，还提高了弹簧质量。
【发明内容】
[0006] 针对上述的需求，本发明的目的是提供一种强韧性弹簧钢及其制备方法，制得的 弹簧钢材料具有较高的强韧性能，制得的弹簧钢可用于制备各类包装机中的弹簧部件，且 具有使用寿命长的优势。并且本发明的制备过程工艺简单，可实现工业化生产。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现： 一种强韧性弹簧钢，由包含以下重量份的组分制成： 铁粉 93. 0-95. 0 份， Cr 3. 0-5. 0 份， Μη 1. 5-2. 3 份， 石墨烯 0. 05-1. 5份， 硅藻土 0. 02-0. 8 份， Β 0· 1-0. 8 份， Nb 0· 02-0. 08 份。
[0008] 所述石墨烯为单壁石墨烯。 所述娃藻土为0. 02-0. 08重量份。 一种强韧性弹簧钢的制备方法，该方法包括以下步骤： (1) 将铁粉93. 0-95. 0重量份、Cr3. 0-5. 0重量份、Μη 1. 5-2. 3重量份、石墨烯1. 5-3. 0 重量份、硅藻土 〇. 02-0. 8重量份、Β0. 1-0. 8重量份和NbO. 02-0. 08重量份加入适量水中， 送入球磨机中球磨，得到200-300目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在8-llMpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛下烧结 5-6小时，将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛； (3) 将步骤（2)的产物，搅拌30-60分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以9-12°C /分钟速率升温至350-450°C条件下烧结4-5小 时； (5) 将步骤（4)的产物，以5°C /分钟速率升温至1100-1150°C，烧结2-3小时，在 300-350°C的下保温60-90分钟，保温结束后，置于空气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
[0009] 所述步骤（2)中的烧结温度为600-650°C。
[0010] 所述步骤（3)的搅拌温度为60-80°C。
[0011] 有益效果： (1)本发明添加的碳为单壁石墨烯，单壁石墨烯具有着较高的比表面积，并且是一种薄 壁结构，外观几乎是透明，具有良好的强度和柔韧性，本发明以石墨烯作为C源，其克服了 现有技术中因为C含量的升高而对强度产生的不良影响，同时克服了因碳含量的提高对提 高塑性和易引起淬火开裂的问题。
[0012] (2)本发明加入了硅藻土，由于硅藻土中主要含有二氧化硅，此外还有一些含有少 量A1 203、Fe203、CaO、MgO、K20等物质，硅藻土的加入能提高合金的强度，具有提高抗氧化性 的作用，能提高整个弹簧钢的强度和韧性。
[0013] (3)本发明加入了 3-5重量份的Cr，其占除铁以外的弹簧钢组分中的含量为较多 的，Cr的加入有利于提高整个弹簧钢的韧性，同时加入Μη之后能有效的通过合金作用，增 加这种增韧增强效果。
[0014] (4)本发明在球磨机进行研磨，使原料中的各组分之间的比表面积增大，有利于各 组分的混合均匀，且促进了各组分之间的相互作用。
[0015] (5)本发明的采用1100-1150°C温度下进行烧结，并且烧结时间较短，不会造成过 多的有效成分的流失。
[0016] (6)同时本发明在烧结后加入了保温这道工艺，使得各组分反应充分，消除了弹簧 钢在烧结过程中存在的内应力，使得微结构的缺陷减少，从而使弹簧钢具有良好的强度和 韧性，具有较好的抗冲击强度。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0018] 实施例1 (1) 将铁粉 93. 0kg、Cr3. 0kg、Mnl. 5kg、单壁石墨烯 1. 5kg、娃藻土 0· 08kg、BO. 5kg 和 NbO. 02kg加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到300目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在8Mpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛中，在600°C 温度下烧结5小时，将烧结后的物料粉碎后过400目筛； (3) 将步骤（2)的产物，在60°C温度下，搅拌30分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以9°C /分钟速率升温至400°C条件下烧结4小时； (5) 将步骤（4)的产物，以5°C /分钟速率升温至1150°C，烧结2小时，在300°C的下保 温90分钟，保温结束后，置于空气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
[0019] 制得强韧性弹簧钢的性能测试结果如表1所示。
[0020] 实施例2 (1) 将铁粉 95. 0kg、Cr5. 0kg、Mn2. 0 kg、单壁石墨烯 3. 0kg、娃藻土 0· 02kg、B0. 8 kg 和 NbO. 08 kg加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到200目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在llMpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛中，在650°C 温度下烧结6小时，将烧结后的物料粉碎后过200目筛； (3) 将步骤（2)的产物，在80°C温度下，搅拌60分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以12°C /分钟速率升温至450°C条件下烧结5小时； (5) 将步骤（4)的产物，以5°C /分钟速率升温至1100°C，烧结3小时，在350°C的下保 温60分钟，保温结束后，置于空气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
[0021] 制得强韧性弹簧钢的性能测试结果如表1所示。
[0022] 实施例3 (1) 将铁粉 94. 0kg、Cr4. 0kg、Mnl. 5kg、单壁石墨烯 2. 0kg、娃藻土 0· 8 kg、BO. lkg 和 NbO. 06 kg加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到300目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在lOMpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛中，在650°C 温度下烧结5小时，将烧结后的物料粉碎后过300目筛； (3) 将步骤（2)的产物，在70°C温度下，搅拌50分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以10°C /分钟速率升温至350°C条件下烧结5小时； (5) 将步骤（4)的产物，以5°C /分钟速率升温至1100°C，烧结2小时，在300°C的下保 温70分钟，保温结束后，置于空气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
[0023] 制得强韧性弹簧钢的性能测试结果如表1所示。
[0024] 对比例1 (1) 将铁粉95. 0kg、Mn2.0 kg、BO. 8 kg和NbO. 08 kg加入适量水中，送入球磨机中球 磨，得到200目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在llMpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛中，在650°C 温度下烧结6小时，将烧结后的物料粉碎后过200目筛； (3) 将步骤（2)的产物，在80°C温度下，搅拌60分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以12°C /分钟速率升温至450°C条件下烧结5小时； (5) 将步骤（4)的产物，以5°C /分钟速率升温至1100°C，烧结3小时，在350°C的下保 温60分钟，保温结束后，置于空气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
[0025] 制得对比例1的产物的性能测试结果如表1所示。
[0026] 对比例2 (1) 将铁粉95. 0kg、Mn2.0 kg、BO. 8 kg和NbO. 08 kg加入适量水中，送入球磨机中球 磨，得到200目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在llMpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛中，在650°C 温度下烧结6小时，将烧结后的物料粉碎后过200目筛； (3) 将步骤（2)的产物，在80°C温度下，搅拌60分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以12°C /分钟速率升温至450°C条件下烧结5小时，置于空 气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
[0027] 制得对比例2的产物的性能测试结果如表1所示。
【权利要求】
1. 一种强韧性弹簧钢，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成： 铁粉 93. 0-95. 0 份， Cr 3. 0-5. 0 份， Μη 1. 5-2. 3 份， 石墨稀 1. 5-3. 0份， 硅藻土 0. 02-0. 8 份， Β 0· 1-0. 8 份， Nb 0· 02-0. 08 份。
2. 根据权利要求1所述的强韧性弹簧钢，其特征在于，所述石墨烯为单壁石墨烯。
3. 根据权利要求1所述的强韧性弹簧钢，其特征在于，所述硅藻土为0. 02-0. 08重量 份。
4. 一种强韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1) 将铁粉93. 0-95. 0重量份、Cr3. 0-5重量份、Mnl. 5-2. 3重量份、石墨烯1. 5-3. 0重 量份、硅藻土 〇. 02-0. 8重量份、B0. 1-0. 8重量份和NbO. 02-0. 08重量份加入适量水中，送 入球磨机中球磨，得到200-300目粉末； (2) 将步骤（1)的产物烘干，在8-llMpa压力下压制成块状，在氮气保护气氛下烧结 5-6小时，将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛； (3) 将步骤（2)的产物，搅拌30-60分钟后，装入模具，压制成坯； (4) 将压坯放在烧结炉中，以9-12°C /分钟速率升温至350-450°C条件下烧结4-5小 时； (5) 将步骤（4)的产物，以5°C /分钟速率升温至1100_1150°C，烧结2-3小时，在 300-350°C的下保温60-90分钟，保温结束后，置于空气中冷却至室温，得到强韧性弹簧钢。
5. 根据权利要求4所述的强韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（2 )中的烧 结温度为600-650°C。
6. 根据权利要求4所述的强韧性弹簧钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（3)的搅拌 温度为60-80°C。
【文档编号】C22C38/38GK104120362SQ201410295351
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】张太元 申请人:苏州市盛百威包装设备有限公司