一种用于运动器材的耐磨金属材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括：C：0.42～2.78％；Si：0.1～0.7％；N：0.10～0.35％；Mn：0.1～0.3％；Cr：15～25％；P：0～0.05％；S：0～0.05％；Al：0.10～0.20％；B：0.10～0.26％；V：0.32～0.48％；Mo：0.18～0.25％；W：0.10～0.23％；Nb：0.02～0.12％；余量为Fe。本发明还公开了一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法。本发明所得耐磨金属材料的硬度高，耐磨性能好，综合性能优良且工艺过程简单易行。
【专利说明】
一种用于运动器材的耐磨金属材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及耐磨金属材料技术领域，尤其涉及一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]运动器材是竞技体育比赛和健身锻炼所使用的各种器械、装备及用品的总称。运动器材一般采用金属材料作为支撑、稳定结构，但往往金属材料硬度和耐磨性能不足导致运动器材受到损坏，缩短了运动器材的使用寿命，严重的使使用者受伤。
【发明内容】
[0003]本发明提出了一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料及其制备方法，其硬度高，耐磨性能好，综合性能优良且工艺过程简单易行。
[0004]本发明提出的一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 0.42?2.78%; S1:0.1?0.7% ;N:0.10?0.35% ;Mn:0.I?0.3% ; Cr: 15?25% ;P:0?0.05% ;S:0?0.05%;Α1:0.10?0.20%;Β:0.10?0.26% ; V:0.32?0.48% ；Mo:0.18?0.25% ;W:0.10?0.23% ;Nb:0.02?0.12% ;余量为Fe。
[0005]优选地，Mn和Cr的重量比为0.15?0.37:15.2?23.8 ;B、V和Mo的重量比为0.12?0.35:0.35?0.44:0.20?0.25;1和恥的重量比满足函数关系式:11?> = 6.378\_2+0.134，其中nw、nNb分别表示W元素、Nb元素在原料中所占重量百分比。
[0006]优选地，所述用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:0.45?2.50% ;S1:0.3?0.5% ;N:0.15?0.30% ;Μη:0.15?0.25% ;Cr:18?22% ；P:0?0.05%;S:0?0.05% ;Al:0.13?0.18% ;B:0.14?0.22% ;V:0.38?0.45% ；Mo:0.20—0.23% ;W:0.12?0.18% ;Nb:0.03?0.10% ;余量为Fe。
[0007]本发明还提出了一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0008]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0009]S2、将半成品入炉，一次升温至442-485 V，保温1.5-2.0h ； 二次升温至556-620 V，保温I.5-2.5h;三次升温至753-815 °C，保温2.5-3.5h;四次升温至920-1000 V，保温I.0-2.5h；五次升温至1035-1146°C，保温0.5-1.0h，得到第一预制料；
[0010]S3、将第一预制料降温至856-895°C，保温1.5-2.5h，得到第二预制料；
[0011]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为267-290°C，淬火时间为0.Ι-Ο.2h，得到用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料。
[0012]优选地，在S2中，在一次升温过程中，升温速度为l_5°C/min。
[0013]优选地，在S2中，在二次升温过程中，温度与时间满足方程T= 1.367 X (t+3.721)2。
[0014]优选地，在S2中，在三次升温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T= 1.076X(t-0.826t)2-1.256t。
[0015]优选地，在S2中，在第四次升温过程中，升温速度为120°C/h。
[0016]优选地，在S2中，在第五次升温过程中，升温速度与时间满足线性关系:T= 3.621
Xto
[0017]优选地，在S3中，在第一预制料的降温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足函数方程:T=K X (t2-0.26t)2+0.369，其中K值范围为I.326-5.164。
[0018]本发明中通过控制Mn和Cr的重量比；B、V和Mo的重量比以及W和Nb的重量比的函数关系，使得原料重量比更加优化，Mn和Cr在所述比例之下相互协同作用，不仅可提高淬透性，提尚强度、硬度和抗冲性能，还能提尚抗氧化性和耐腐蚀性。B、V和Mo在所述函数关系的比例之下相互协同作用，既可以细化晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能;还可以抑制合金由于淬火而引起的脆性。同时，减少了氧化铝对疲劳性能的危害，可降低高密度的疲劳和低密度的疲劳，延长耐磨球的使用寿命。W和Nb相互配合，能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，使得加工能力得到提升。
[0019]另外，本发明还采用五段式升温方式，合理控制五段升温温度T(°C)与时间t(min)满足的函数关系，进一步优化了升温方式和降温方式，比普通的匀速升温、匀速降温的效果更好，得到的耐磨球硬度和韧性大大提升，且破碎率明显减小，产品的机械性能好，冲击韧度强，单位磨耗较小，热处理成型与限定的各元素之间的重量比满足一定函数关系式相协同，使得产品的硬度、冲击韧性进一步增强，综合性能极为优异。
【具体实施方式】
[0020]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0021]实施例1
[0022]—种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:0.42%；Si:0.7%；N:0.11%；Mn:0.3%；Cr:15%；P:0.05%；S:0.05%；Al:0.20%；B:0.11% ；V:0.48% ；Mo:0.18% ；ff:0.23% ;Nb:0.02% ;余量为Fe。
[0023]实施例2
[0024]—种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:2.78% ；Si:0.11% ；Ν:0.35% ；Μη:0.11% ；Cr:25% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.12% ；B:0.26% ；V:0.32% ；Mo:0.25% ；ff:0.10% ；Nb:0.12% ;余量为Fe。
[0025]实施例3
[0026]—种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:2.20% ；Si:0.56% ；N:0.26% ；Mn:0.20% ；Cr:21% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.15% ；B:0.19% ；V:0.41% ；Mo:0.20% ；ff:0.17% ；Nb:0.08% ;余量为Fe。
[0027]所述用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0028]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0029]S2、将半成品入炉，一次升温至442 °C，保温1.5h; 二次升温至620 °C，保温2.5h;三次升温至753 0C，保温2.5h;四次升温至1000 °C，保温2.5h ；五次升温至1035 °C，保温0.5h，得到第一预制料;其中，在一次升温过程中，升温速度为4.5 °C/min，在二次升温过程中，温度与时间满足方程T = 1.367 X (t+3.721)2，在三次升温过程中，温度T (°C)与时间t (min)的关系满足方程:了=1.076\(卜0.82602-1.2561在第四次升温过程中，升温速度为120°(:/11，在第五次升温过程中，升温速度与时间满足线性关系:T = 3.621 X t;
[0030]S3、将第一预制料降温至856°C，保温1.5h，得到第二预制料;在降温过程中，温度T(°(:)与时间七(1^11)的关系满足函数方程4=1(\(#-0.2602+0.369，其中1(值范围为1.411;
[0031]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为2900C，淬火时间为0.2h，得到用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料。
[0032]实施例4
[0033]—种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:
0.45% ；Si:0.5% ；N:0.15% ；Mn:0.25%；Cr:18% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.18%；B:
0.14% ；V:0.45% ；Mo:0.20% ；ff:0.18% ;Nb:0.03% ;余量为Fe。
[0034]所述用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0035]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0036]S2、将半成品入炉，一次升温至485 °C，保温2.0h ； 二次升温至556°C，保温1.5h;三次升温至8150C，保温3.5h;四次升温至921 °C，保温1.0h;五次升温至1146°C，保温1.0h，得到第一预制料;其中，在一次升温过程中，升温速度为5°C/min，在二次升温过程中，温度与时间满足方程T = 1.367 X (t+3.721)2，在三次升温过程中，温度T(°C )与时间t (min)的关系满足方程:了=1.076\(卜0.82602-1.256扒在第四次升温过程中，升温速度为120°(:/11，在第五次升温过程中，升温速度与时间满足线性关系:T = 3.621 X t;
[0037]S3、将第一预制料降温至895°C，保温1.5h，得到第二预制料;在降温过程中，温度T(°(:)与时间七(1^11)的关系满足函数方程4=1(\(#-0.2602+0.369，其中1(值范围为1.326;
[0038]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为267 V，淬火时间为0.2h，得到用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料。
[0039]实施例5
[0040]—种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:2.50% ；Si:0.31% ；Ν:0.30% ；Μη:0.15% ；Cr:22% ；P:0.05% ；S:0.04% ；A1:0.13% ；B:
0.22% ；V:0.38% ；Mo:0.23% ；ff:0.12% ；Nb:0.10% ;余量为Fe。
[0041]所述用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0042]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0043]S2、将半成品入炉，一次升温至451 °C，保温1.7h; 二次升温至600°C，保温1.5h;三次升温至792 0C，保温2.0h;四次升温至953 °C，保温1.5h;五次升温至1100 °C，保温0.3h，得到第一预制料;其中，在一次升温过程中，升温速度为l°C/min，在二次升温过程中，温度与时间满足方程T = 1.367 X (t+3.721)2，在三次升温过程中，温度T(°C )与时间t (min)的关系满足方程:了=1.076\(卜0.82602-1.256扒在第四次升温过程中，升温速度为120°(:/11，在第五次升温过程中，升温速度与时间满足线性关系:T = 3.621 X t;
[0044]S3、将第一预制料降温至881°C，保温2.0h，得到第二预制料;在降温过程中，温度T(°(:)与时间七(1^11)的关系满足函数方程4=1(\(#-0.2602+0.369，其中1(值范围为1.326;
[0045]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为280°C，淬火时间为0.1h，得到用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料。
[0046]实施例6
[0047]—种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:1.56%；Si:0.42%；N:0.22%；Mn:0.19%；Cr:19%；P:0.05%；S:0.05%；Al:0.15%；B:0.18% ；V:0.39% ；Mo:0.21% ；ff:0.16% ;Nb:0.07% ;余量为Fe。
[0048]所述用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0049]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0050]S2、将半成品入炉，一次升温至478 °C，保温2.0h ； 二次升温至590°C，保温1.6h;三次升温至7980C，保温2.0h;四次升温至962°C，保温2.0h ；五次升温至1098°C，保温0.6h，得到第一预制料；
[0051 ] S3、将第一预制料降温至873°C，保温2.0h，得到第二预制料；
[0052]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为285°C，淬火时间为0.1h，得到用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料。
[0053]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括:(::0.42?2.78%;51:0.1?0.7% ;N:0.10?0.35% ;Μη:0.1?0.3% ;Cr:15?25% ；P:0?0.05%;S:0?0.05% ;Al:0.10?0.20% ;B:0.10?0.26% ;V:0.32?0.48% ；Mo:0.18—0.25% ;W:0.10?0.23% ;Nb:0.02?0.12% ;余量为Fe。2.根据权利要求1所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其特征在于，Mn和Cr的重量比为0.15?0.37:15.2?23.8;B、V和Mo的重量比为0.12?0.35:0.35?0.44:0.20?0.25;W和Nb的重量比满足函数关系式:nw=6.378 XrW+0.134，其中nw、nNb分别表示W元素、Nb元素在原料中所占重量百分比。3.根据权利要求1或2所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括:C:0.45?2.50%; S1:0.3?0.5% ;N:0.15?0.30% ;Μη:0.15?0.25% ;Cr:18?22% ;P:0?0.05%;S:0?0.05% ;A1:0.13?0.18% ;B:0.14?0.22% ；ν:0.38?0.45% ;Μο:0.20?0.23% ;W:0.12?0.18% ;Nb:0.03?0.10% ;余量为Fe。4.一种根据权利要求1-3任一项所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品； 52、将半成品入炉，一次升温至442-485°C，保温1.5_2.0h; 二次升温至556-620°C，保温I.5-2.5h;三次升温至753-815 °C，保温2.5-3.5h;四次升温至920-1000 °C，保温I.0-2.5h ；五次升温至1035-1146°C，保温0.5-1.0h，得到第一预制料； 53、将第一预制料降温至856-895°C，保温I.5-2.5h，得到第二预制料； 54、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为267-290°C，淬火时间为0.1-0.2h，得到用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料。5.根据权利要求4所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，在S2中，在一次升温过程中，升温速度为l_5°C/min。6.根据权利要求4或5所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，在S2中，在二次升温过程中，温度与时间满足方程T = 1.367X (t+3.721 )2。7.根据权利要求4-6任一项所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，在S2中，在三次升温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T= 1.076X(t-0.826t)2-1.256t。8.根据权利要求4-7任一项所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，在S2中，在第四次升温过程中，升温速度为120°C/h。9.根据权利要求4-8任一项所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，在S2中，在第五次升温过程中，升温速度与时间满足线性关系:T = 3.621Xto10.根据权利要求4-9任一项所述的用于运动器材的使用寿命长的耐磨金属材料的制备方法，其特征在于，在S3中，在第一预制料的降温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足函数方程:T=K X (t2-0.26t)2+0.369，其中K值范围为I.326-5.164。
【文档编号】C22C38/32GK106048397SQ201610503731
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】钱俊
【申请人】芜湖地心引力运动科技有限公司