一种用于运动器材的高硬度高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高硬度高耐磨金属材料，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％；Y：0.2～1.0％；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高硬度高耐磨金属材料的制备方法，采用四段升温法和硝酸盐浴淬火得到产品。产品耐磨性能好，硬度高，综合性能优良，使用寿命长且工艺步骤简单易行。
【专利说明】
一种用于运动器材的高硬度高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高硬度高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高硬度高耐磨金属材料及其制备方法，产品耐磨性能好，硬度高，综合性能优良，使用寿命长且工艺步骤简单易行。
[0004]本发明提出的一种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，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:0.1?0.3% ;Cr:15?25%;P: 0?0.05% ;S:0?0.05% ;A1:0.10?0.20% ;B:0.10?0.26% ;V:0.32?0.48%;M〇:0.18? 0.25% ;Y:0.2?1.0% ;Nb:0.02?0.12% ;余量为Fe。
[0005]优选地，所述用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括: C:0.50?2.30%;S1:0.12?0.65%;N:0.15?0.25%;Mn:0.15?0.25%;Cr:17?23%;P:0 ?0.05%; S:0?0.05%;A1:0.13?0.16% ;B:0.14?0.20% ;V:0.30?0.45% ;Mo:0.20? 0.25% ;Y:0.23?0.89% ;Nb:0.05?0.10% ;余量为Fe。
[0006]优选地，Cr元素、Mn元素、Mo元素及Y元素满足关系式:nGr = 9.836 X (5.6nMn+ 0.49随。)2+14.18nY,其中ncr、nMn、nM。和m分别表示Cr元素、Mn元素、Mo元素和Y元素在原料中所占重量百分比。
[0007]本发明还提出了一种用于运动器材的高硬度高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473-505°C，保温1.0-2.0h;二次升温至695-748°C， 保温1.5-2.5h;三次升温至860-935°C，保温2-3.5h;四次升温至1024-1137°C，保温l_2h;得到第一预制料；
[0010]S3、将第一预制料降温至840-890°C，保温1.5-2.5h，得到第二预制料；[〇〇11]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为275-330°C，淬火时间为0.1-〇.3h，得到用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料。
[0012]优选地，在S2中，在一次升温过程中，升温速度为1-5°C/min。[〇〇13]优选地，在S2中，在二次升温过程中，温度与时间满足线性方程T = 2.685t+5.72。
[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 = 2.036X(t-6.82t)2-2.71t+0.269。
[0015]优选地，在S2中，在四次升温过程中，升温速度为12°C/6min。
[0016]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)的关系满足方程:T=K X (t2-0 ? 36t)2+2 ? 56，其中K值范围为0 ? 026-1 ? 287。[〇〇17]本发明中通过控制Cr元素、Mn元素、Mo元素及Y元素的重量函数关系，使得原料重量比更加优化，Cr元素、Mn元素、Mo元素及Y元素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，延长耐磨材料的使用寿命。相互协同之后，能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高耐磨材料的抗氧化性和耐腐蚀性，使得加工能力得到提升。[〇〇18]另外，本发明还采用四段式升温方式，合理控制四段升温温度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，得到的耐磨材料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Cr元素、Mn元素、Mo元素及Y元素重量比满足一定函数关系式相协同，使得耐磨铸球的硬度、冲击韧性进一步增强，综合性能极为优异。【具体实施方式】
[0019]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0020]实施例1
[0021]—种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 0.42%；Si:0.7%；N:0.10%；Mn:0.3%；Cr:15%；P:0.05%；S:0.05%；Al:0.20%；B: 0.10% ;V:0.48% ;Mo:0.18% ;Y: 1.0% ;Nb:0.02% ;余量为Fe。[〇〇22] 实施例2
[0023]—种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C:2.78% ；Si:0.1% ；N:0.35% ；Mn:0.1% ；Cr:25% ；P:0.05% ；S:0.04% ；A1:0.10% ；B: 0.26% ;V:0.32% ;Mo:0.25% ;Y:0.2% ;Nb:0.12% ;余量为Fe。[〇〇24] 实施例3
[0025]—种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 1.26% ；S1:0.46% ；N:0.23% ；Mn:0.21% ；Cr:21.36% ；P:0.04% ；S:0.04% ；A1:0.16%；B: 0.22% ;V:0.38% ;Mo:0.20% ;Y:0.56% ;Nb:0.08% ;余量为Fe。
[0026]上述用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0027]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；[〇〇28] S2、将半成品入炉，一次升温至473 °C，保温2.0h;二次升温至748°C，保温2.5h;三次升温至861°C，保温2h;四次升温至1137°C，保温2h;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，温度与时间满足线性方程T = 2.685t+5.72， 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 = 2.036\(丨-6.82〇2-2.711+0.269;在四次升温过程中，升温速度为12 °C /6min;[〇〇29]S3、将第一预制料降温至841°C，保温2.5h，得到第二预制料;在降温过程中，温度T(°(:)与时间以!^11)的关系满足方程:了=1(\(#-0.36〇2+2.56，其中1(值范围为1.287;
[0030]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为330 °C，淬火时间为0.lh，得到用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料。
[0031]实施例4
[0032]—种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 0.51% ；S1:0.65% ；N:0.15% ；Mn:0.25% ；Cr:17.05% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.16% ；B: 0.14% ;V:0.44% ;Mo:0.21 % ;Y:0.89% ;Nb:0.05% ;余量为Fe。
[0033]上述用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0034]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；[〇〇35]S2、将半成品入炉，一次升温至505 °C，保温2 ? Oh;二次升温至695°C，保温1 ? 5h;三次升温至935°C，保温3.5h;四次升温至1024°C，保温lh;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，温度与时间满足线性方程T = 2.685t+ 5.72，在三次升温过程中，温度!'(°〇与时间以1^11)的关系满足方程4 = 2.036\(卜6.82七 )2-2.711+0.269，在四次升温过程中，升温速度为12 °C/6min;[〇〇36]S3、将第一预制料降温至890°C，保温1.5h，得到第二预制料;在降温过程中，温度T(°(:)与时间以!^11)的关系满足方程:了=1(\(#-0.36〇2+2.56，其中1(值范围为0.026;[〇〇37]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为275 °C，淬火时间为0.3h，得到用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料。
[0038]实施例5
[0039]—种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 2.31% ；S1:0.13% ；N:0.25% ；Mn:0.16% ；Cr:22.99% ；P:0.03% ；S:0.04% ；A1:0.13%；B: 0.20% ;V:0.31% ;Mo:0.24% ;Y:0.23% ;Nb:0.09% ;余量为Fe。
[0040]上述用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:[0041 ]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；[〇〇42]S2、将半成品入炉，一次升温至495 °C，保温1.5h;二次升温至728°C，保温2.0h;三次升温至883°C，保温2.5h;四次升温至1169°C，保温1.5h;得到第一预制料;其中，在一次升温过程中，升温速度为2.5°C/min，在二次升温过程中，温度与时间满足线性方程T = 2.685t + 5.72，在三次升温过程中，温度!'(°〇与时间丨(1^11)的关系满足方程4 = 2.036 \(七-6.82t) 2-2.711+0.269，在四次升温过程中，升温速度为12 °C/6min;[〇〇43]S3、将第一预制料降温至867°C，保温2.2h，得到第二预制料;在降温过程中，温度T(°(:)与时间以!^11)的关系满足方程:1=1(\(#-0.36〇2+2.56，其中1(值范围为1.055;[〇〇44]S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为290°C，淬火时间为0.2h，得到用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料。
[0045]实施例6
[0046]—种用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 1.78% ；S1:0.53% ；N:0.19% ；Mn:0.17% ；Cr:19.63% ；P:0.05% ；S:0.03% ；A1:0.15% ；B: 0.18% ;V:0.38% ;Mo:0.22% ;Y:0.59% ;Nb:0.07% ;余量为Fe。
[0047]上述用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0048]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；[〇〇49]S2、将半成品入炉，一次升温至485 °C，保温1.2h;二次升温至700 °C，保温2.0h;三次升温至890°C，保温2.5h;四次升温至1125°C，保温2h;得到第一预制料；
[0050]S3、将第一预制料降温至872°C，保温2.3h，得到第二预制料；[〇〇511 S4、将第二预制料在硝酸盐浴中淬火，淬火温度为298°C，淬火时间为0.lh，得到用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料。[〇〇52]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高硬度高耐磨金属材料，其特征在于，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:0.1?0.3%;Cr:15?25%;P:0 ?0.05%; S:0?0.05%;A1:0.10?0.20% ;B:0.10?0.26% ;V:0.32?0.48% ;Mo:0.18? 0.25% ;Y:0.2?1.0% ;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高硬度高耐磨金属材料，其特征在于，其原料 按重量百分比包括:C:0.50?2.30% ; S1:0.12?0.65% ;N:0.15?0.25% ;Mn:0.15? 0.25%;Cr:17?23%;P:0?0.05%;S:0?0.05%;Al:0.13?0.16%;B:0.14?0.20%;V: 0.30?0.45% ;M〇:0.20?0.25% ;Y:0.23?0.89% ;Nb:0.05?0.10% ;余量为Fe。3.根据权利要求1或2所述的用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料，其特征在于，Cr 元素、Mn元素、Mo元素及Y元素满足关系式:ncr = 9.836 X (5.6nMn+0.49nM〇)2+14.18nY,其中 ncr、rwn、nM。和m分别表示Cr元素、Mn元素、Mo元素和Y元素在原料中所占重量百分比。4.一种根据权利要求1-3任一项所述的用于运动器材的高硬度高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473-505°C，保温1.0-2.0h;二次升温至695-748°C，保温 1.5-2.5h;三次升温至860-935 °C，保温2-3.5h;四次升温至1024-1137 °C，保温l_2h;得到第 一预制料；53、将第一预制料降温至840-890 °C，保温1.5-2.5h，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275-330°C，淬火时间为0.1_0.3h，得 到用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料。5.根据权利要求4所述的用于运动器材的高硬度高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高硬度高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，温度与时间满足线性方程T = 2.685t+5.72。7.根据权利要求4-6任一项所述的用于运动器材的高硬度高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 = 2.036X(t-6.82t)2-2.71t+0.269。8.根据权利要求4-7任一项所述的用于运动器材的高硬度高耐磨金属材料的制备方 法，其特征在于，在S2中，在四次升温过程中，升温速度为12°C/6min。9.根据权利要求4-8任一项所述的用于运动器材的高硬度高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 方程:T=K X (t2-0 ? 36t)2+2 ? 56，其中K值范围为0 ? 026-1 ? 287。
【文档编号】C22C38/26GK106011624SQ201610504539
【公开日】2016年10月12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