一种提高耐热合金钢热疲劳性能的复合稀土变质剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于耐热钢技术领域，特指一种提高耐热合金钢热疲劳性能的复合稀±变 质剂。
【背景技术】
[0002] 很多耐热合金钢在服役过程中，其工作温度在20~90(TC范围内急剧变化，引起 热应力和热应变的产生和变化，每循环工作一个周期，工件各处都因热应力的作用经受一 次压缩和拉伸塑性变形。在送种激冷激热环境中，零部件内部存在的细小裂纹、夹杂、偏析 等缺陷，在循环应力作用下，很容易发展为裂纹，因而对各部件热疲劳性能要求苛刻。热作 模具、热交换管子和锅炉管子、燃汽发动机的轮盘和叶片、高速列车的刹车盘和汽车的刹车 穀都是热疲劳破坏的典型例子。为了满足工业部口的需要，热疲劳研究蓬勃发展。耐热钢 用途日益广泛，主要用于制作钢铁冶炼设备、热加工及热处理设备等。但普通金属材料及 普通耐热钢材在冷热交变环境中极易产生裂纹，导致零件失效。提高材料的耐热疲劳性能 对于延长零部件使用寿命和提高设备整机运行稳定性有重要意义，本发明开发出一种提高 耐热合金钢热疲劳性能的复合稀±变质剂。
【发明内容】
[0003] -种提高耐热合金钢热疲劳性能的复合稀±变质剂，其特征为，复合稀±变质剂 成分为，CelO ~15wt%、LalO ~15wt%、Yb7 ~9wt%、Dy 6 ~8wt%、Nd 4 ~6wt%、Ho 3 ~5κ?%、Υ·ι·Τ6+6(1·ι·ΕΓ+Τηι+?Λ?+5Ε+Ρ；Γ 为 8 ~16wt%、Ti2 ~4wt%，V2 ~4wt%，W 1 ~3wt〇/〇、 Bal~3wt%、余为铁。所述复合变质剂为块状合金，烙点范围1100~1300。复合变质剂加 入量范围为0. 3~0. 8wt〇/〇。
[0004] 上述成分可优选为；Cel2 ~13wt%、Lal2 ~13wt%、孔7. 5 ~8. 5wt%、Dy 6. 5 ~ 7. 5wt%、Nd 4. 5 ~5. 5wt%、Ho 3. 5 ~4. 5"?%、Υ·ι·Τ6+6(1·ι·ΕΓ+Τηι+?Λ?+5Ε+Ρ；Γ 为 11 ~13wt〇/〇、 Ti2. 5 ~3. 5wt%，V2. 5 ~3. 5wt%，W 2 ~2. 5wt%、Ba2 ~2. 5wt%、余为铁。复合变质剂加入 量范围可优选为0. 6%。
[000引【附图说明】 图1热疲劳试样尺寸图 图2普通钢耐热钢经过35000次冷热循环热疲劳实验后裂纹萌生、扩展图 图3本发明2号钢经过35000次冷热循环热疲劳实验后裂纹萌生、扩展图
【具体实施方式】。
[0006] 实施例1 在中频感应电炉中冶炼本发明耐热疲劳合金钢(记为1号钢），C为0. 2~0. 45wt%，化 为 16 ~18 wt%，Ni 为 18 ~20wt%，Μη 为 2 ~4wt%，W 为 2 ~4wt%，Mo 为 2 ~4wt%，Si 为 1. 5~2. 5wt%，N为0. 1~0. 4 wt%，复合稀±变质剂0. 3wt%，余量为铁。其冶炼工艺与普 通耐热钢相同，冶炼后德注成铸态试样，固溶处理温度为1080 - 112(TC，保温2小时后进行 空冷，时效温度为750 - 77(TC，保温2. 5小时，再降至650 - 67(TC，保温1小时，空冷。固 溶处理所用设备为箱式电组炉，时效加热采用的是井式电组炉。热处理后取样进行2(TC~ 80(TC冷热循环热疲劳实验，热疲劳性能见表1。
[0007] 采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。热疲劳试样(如图1所示） 装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致。通过传动装置上下垂 直运动，从而达到试样加热W及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温 度。试样在室温25Γ至80(TC之间进行加热与冷却的热循环。采用计数器进行自动计数。 调整并保持炉温80(TC，水温20°C (流动自来水)。快速加热试样。加热、冷却一次作为一 个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数。对于研究热疲 劳裂纹萌生的试样，每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，W 0. 1mm作为裂纹萌生长度，记下试样裂纹萌生循环次数。观察并对裂纹的萌生位置照相。对 于研究热疲劳裂纹扩展的试样，每循环200次，取下试样，抛光并观察。确定裂纹已经萌生 后，每循环200次观察裂纹并对能反映裂纹扩展路径特征的位置照相。
[0008] 每个试样经过8000次至35000次冷热循环后在裂纹最密集处沿横截面剖开，测量 裂纹深度。从表1中数据可W看出，在进行到18000次的时候，普通耐热钢热疲劳裂纹在长 度、宽度及深度等方面开始发展，但本发明2号钢尚未萌生裂纹；进行到25000次时，普通耐 热钢裂纹变得更长；到35000次时，普通耐热钢裂纹已达到9. 97mm，但本发明1号钢裂纹仅 为 1. 46mm。
[0009] 实施例2 在中频感应电炉中冶炼本发明耐热疲劳合金钢(记为2号钢），C为0. 2~0. 45wt%，化 为 16 ~18 wt%，Ni 为 18 ~20wt%，Μη 为 2 ~4wt%，W 为 2 ~4wt%，Mo 为 2 ~4wt%，Si 为 1. 5~2. 5wt%，N为0. 1~0. 4 wt%，复合稀±变质剂0. 6wt%，余量为铁。其冶炼工艺与普 通耐热钢相同，冶炼后德注成铸态试样，固溶处理温度为1080 - 112(TC，保温2小时后进行 空冷，时效温度为750 - 77(TC，保温2. 5小时，再降至650 - 67(TC，保温1小时，空冷。固 溶处理所用设备为箱式电组炉，时效加热采用的是井式电组炉。热处理后取样进行2(TC~ 80(TC冷热循环热疲劳实验，热疲劳性能见表1。
[0010] 采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。热疲劳试样(如图1所示） 装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致。通过传动装置上下垂 直运动，从而达到试样加热W及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温 度。试样在室温25°C至80(TC之间进行加热与冷却的热循环。采用计数器进行自动计数。 调整并保持炉温80(TC，水温2(TC (流动自来水)。快速加热试样。加热、冷却一次作为一 个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数。对于研究热疲 劳裂纹萌生的试样，每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，W 0. 1mm作为裂纹萌生长度，记下试样裂纹