一种用于运动器材的高硬度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金属材料，其原料按重量百分比包括：C：1.1～2.9％；Si：0.1～0.7％；Mn：0.2～1.6％；Cr：20～23％；N：0.12～0.2％；P：0～0.05％；S：0～0.05％；Al：0.13～0.16％；Y：0.2～0.5％；余量为Fe。本发明还公开了一种用于运动器材的高硬度金属材料的制备方法，包括如下步骤：将原料按配比称取并熔炼浇注，入炉，一次升温至420?465℃，保温1.5?2.5h；二次升温至685?780℃，保温1.5?2.5h；三次升温至935?1055℃，保温1.5?2.5h，降温至825?930℃，保温1.5?2h，淬火，得到用于运动器材的高硬度金属材料。
【专利说明】
一种用于运动器材的高硬度金属材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种用于运动器材的高硬度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金属材料及其制备方法，产品硬度高，耐磨性能好，综合性能高且操作简单易行。
[0004]本发明提出的一种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C:l.l?2.9%;S1:0.1?0.7% ;Mn: 0.2?I.6 % ; Cr: 20?23 % ;Ν:0.12?0.2% ;Ρ:0?0.05%;S:0?0.05% ;Α1:0.13?0.16% ;Υ:0.2?0.5% ;余量为Fe。
[0005]优选地，Mn与Cr的重量比为0.22?I.15:20.2?21.7 ;Μη与Y的重量比为0.22?1.15:0.22?0.45。
[0006]优选地，所述用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C:1.5?2.1% ;S1:0.3?0.5% ;Μη:0.3?1.3% ;Cr:21 ?22% ;N:0.16?0.19% ;P:0?0.05% ;S:O?0.05% ;A1:0.13?0.16% ;Υ:0.3?0.4% ;余量为Fe。
[0007]本发明还提出了一种用于运动器材的高硬度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420-465 V，保温1.5-2.5h ； 二次升温至685-780 V，保温1.5-2.5h ；三次升温至935-1055°C，保温1.5-2.5h，得到第一预制料；
[0010]S3、将第一预制料降温至825-930°C，保温1.5-2h，得到第二预制料；
[0011]S4、将第二预制料淬火，淬火温度为255-315°C，淬火时间为0.2-0.5h，得到用于运动器材的高硬度金属材料。
[0012]优选地，在S2中，在一次升温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T= 0.24(t2-9t)2-8.6t+15.44。
[0013]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，且平均的升温速度为 5-10°C/min。
[0014]优选地，在S2中，在三次升温过程中，升温速度为l_5°C/min。
[0015]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4=1((0-1.1七+13.2)，其中1(值范围为5.21-5.53。
[0016]本发明中通过控制Mn与Cr的重量比和Mn与Y的重量比，使得原料重量比更加优化，Mn与Cr在所述比例之下相互协同作用，不仅可提高淬透性，提高强度、硬度和抗冲性能，还能提高抗氧化性和耐腐蚀性，Mn与Y在所述比例下相互配合，减少了 Al2O3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。另外，本发明还采用三段式升温方式，合理控制三段升温温度T(°C)与时间t(min)满足的函数关系，进一步改善了升温方式和降温方式，比普通的匀速升温效果好，得到的耐磨球硬度和韧性大大提升，且破碎率明显减小，得到的耐磨铸球的机械性能好，冲击韧度强，单位磨耗较小，与限定的Mn与Cr及Mn与Y的重量比处于一定范围相协同，使得耐磨铸球的耐磨性能极为优异，且硬度、冲击韧性进一步增强。
【具体实施方式】
[0017]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0018]实施例1
[0019]—种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 1.1% ;S1:0.7% ；Mn:0.2% ；Cr:23% ；N:0.12% ；P:0.05% ；S:0.04% ；A1:0.16% ；Y:0.2% ;余量为Fe。
[0020]实施例2
[0021]—种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C:2.9% ;S1:0.1% ；Mn 1.6% ；Cr:20% ；N:0.2% ；P:0.05% ；S:0.05% ；A1:0.13% ；Y:0.5% ;余量为Fe。
[0022]实施例3
[0023]—种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 1.78% ;S1:0.52% ；Mn:0.53%；Cr:21% ；N:0.15% ；P:0.05% ；S:0.04% ；A1:0.14% ；Y:0.35% ;余量为
Fe0
[0024]上述用于运动器材的高硬度金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0025]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0026]S2、将半成品入炉，一次升温至421°C，保温1.5h; 二次升温至779 °C，保温2.5h;三次升温至936°C，保温1.5h，得到第一预制料;在一次升温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T = 0.24(t2-9t)2-8.6t+15.44;在二次升温过程中，温度与时间满足线性方程，且平均的升温速度为5°C/min;在三次升温过程中，升温速度为5°C/min;
[0027]S3、将第一预制料降温至826°C，保温1.5，得到第二预制料；降温过程中，温度T(°(:)与时间七(11^11)的关系满足方程4=1((#-1.1七+13.2)，其中1(值范围为5.21;
[0028]S4、将第二预制料淬火，淬火温度为256°C，淬火时间为0.2h，得到用于运动器材的高硬度金属材料。
[0029]实施例4
[0030]—种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 1.5% ;S1:
0.5% ；Mn:0.3% ； Cr:22% ；N: 0.16%； P: 0.05%； S: 0.05% ； Al:0.16% ;Y:0.31% ;余量为
Fe0
[0031]上述用于运动器材的高硬度金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0032]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0033]S2、将半成品入炉，一次升温至465 °C，保温2.5h ； 二次升温至686°C，保温1.5h;三次升温至1055°C，保温2.5h，得到第一预制料;在一次升温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T = 0.24(t2-9t)2-8.6t+15.44;在二次升温过程中，温度与时间满足线性方程，且平均的升温速度为10°C/min;在三次升温过程中，升温速度为rC/min;
[0034]S3、将第一预制料降温至931°C，保温2h，得到第二预制料;降温过程中，温度T(°C)与时间七(11^11)的关系满足方程4=1((#-1.1七+13.2)，其中1(值范围为5.53;
[0035]S4、将第二预制料淬火，淬火温度为315 V，淬火时间为0.5h，得到用于运动器材的高硬度金属材料。
[0036]实施例5
[0037]—种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C:2.1%;S1:0.31% ；Mn:1.3% ；Cr:21% ；N:0.19%；P:0.05%；S:0.05% ；A1:0.13% ；Y:0.4% ;余量为
Fe0
[0038]上述用于运动器材的高硬度金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0039]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0040]S2、将半成品入炉，一次升温至425°C，保温2h; 二次升温至715°C，保温1.Sh;三次升温至1000°C，保温1.5h，得到第一预制料;在一次升温过程中，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T = 0.24(t2-9t)2-8.6t+15.44;在二次升温过程中，温度与时间满足线性方程，且平均的升温速度为6°C/min;在三次升温过程中，升温速度为2.5°C/min;
[0041]S3、将第一预制料降温至900°C，保温2h，得到第二预制料;降温过程中，温度T(°C)与时间七(11^11)的关系满足方程4=1((#-1.1七+13.2)，其中1(值范围为5.25;
[0042]S4、将第二预制料淬火，淬火温度为295°C，淬火时间为0.2h，得到用于运动器材的高硬度金属材料。
[0043]实施例6
[0044]一种用于运动器材的高硬度金属材料，其原料按重量百分比包括:C: 1.89% ;S1:0.4%；Mn:0.82%；Cr:21.6%；N:0.18%；P:0.05%；S:0.05% ；A1:0.14% ；Y:0.35% ;余量为Fe。
[0045]上述用于运动器材的高硬度金属材料的制备方法，包括如下步骤:
[0046]S1、将原料按配比称取并熔炼浇注，得到半成品；
[0047]S2、将半成品入炉，一次升温至436°C，保温2.1h; 二次升温至732°C，保温2h;三次升温至985°C，保温2.5h，得到第一预制料；
[0048]S3、将第一预制料降温至912°C，保温1.8h，得到第二预制料；
[0049]S4、将第二预制料淬火，淬火温度为276°C，淬火时间为0.3h，得到用于运动器材的高硬度金属材料。
[0050]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金属材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括:c:1.1?2.9%; S1:0.1?0.7% ;Μη:0.2?1.6% ;Cr:20 ?23% ;Ν:0.12?0.2% ;Ρ:0?0.05% ；S:0?0.05% ;A1:0.13?0.16% ;Υ:0.2?0.5% ;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金属材料，其特征在于，Mn与Cr的重量比为0.22?1.15:20.2?21.7;Μη与Y的重量比为0.22?1.15:0.22?0.45。3.根据权利要求1或2所述的用于运动器材的高硬度金属材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括:C: 1.5?2.1% ;S1:0.3?0.5% ;Mn:0.3?1.3% ;Cr:21 ?22% ;Ν:0.16?0.19% ;P:0?0.05%;S:0?0.05% ;A1:0.13?0.16% ;Υ:0.3?0.4% ;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高硬度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420-465°C，保温1.5_2.5h; 二次升温至685-780°C，保温1.5-2.5h;三次升温至935-1055°C，保温1.5-2.5h，得到第一预制料； 53、将第一预制料降温至825-930°C，保温1.5-2h，得到第二预制料； 54、将第二预制料淬火，淬火温度为255-315°C，淬火时间为0.2-0.5h，得到用于运动器材的高硬度金属材料。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，温度T(°C)与时间t(min)的关系满足方程:T = 0.24(t2-9t)2-8.6t+15.44ο6.根据权利要求4或5所述的用于运动器材的高硬度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，且平均的升温速度为5-10°C/mino7.根据权利要求4-6任一项所述的用于运动器材的高硬度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，升温速度为l_5°C/min。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=1((#-1.1七+13.2)，其中1(值范围为5.21-5.53。
【文档编号】C22C38/06GK106011625SQ201610505253
【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