纳米变质技术在离心铸造高锰钢衬套上的应用

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1、6纳米变质技术在离心铸造高锰钢衬套上的应用姚永茂1张芬红1李明喜2孙平3黄勇1徐伟1（1合肥开尔纳米科技有限公司2安徽工业大学材料科学与工程学院3青岛蓝鼎华昆耐磨钢有限公司）摘要：采用纳米TiN和SiC两种粉体，用特殊溶液对纳米进行分散处理，喷涂在离心铸造金属型表面，浇注时高锰钢水与纳米充分混合，作为外加异质晶核细化晶粒，以提高高锰钢的综合机械性能。结果表明：纳米粉体的加入使晶粒明显细化；加入0.06%TiN时冲击吸收功提高达16%；屈服强度提高54.7%，抗拉强度提高22.5%，断后伸长率提高82.8%,断面收缩率提高51.4%；试样磨损率降低36.4%。关键词

2、：纳米TiN、高锰钢衬套、力学性能、磨损率1、纳米变质技术在金属中的就用基本情况纳米粒径一般在1-100nm的粒子,同种物质当其尺寸小到纳米级时，其表现的性质会有很大改变，将纳米粒子这种特殊性质应用到钢中，在钢水凝固过程中作为异质形核核心，可以促进钢水的结晶，同时由于纳米粒子的钉扎作用，会阻碍金属晶粒的长大，达到细化晶粒，提高钢的强度、韧性、硬度和使用寿命。国外纳米应用在钢铁产品方面已有很多成果，如日本日本川崎制铁已经利用纳米粒子的这种特点，研发出新型HLSA纳米钢,由于其铁基体上弥散分布着纳米级碳化物产生了强化的效果，使得这种钢不但具有高达780MPa的强度，同

3、时具有很高的凸宽缘成型能力.也有研究表明向普通碳钢中加入1.7%的纳米颗粒，可以将其屈服强度从200-300MPa增加到1800MPa纳米超级钢（1）。国内在这方面还处在研发阶段，很多高校在试验室内进行纳米在金属材料中的应用研究并取得一些成果。但达到工业实际应用还有一段距离，因为对纳米加入方法、加入条件、不同金属加入纳米种类和加入数量、最佳纳米粒径、如何解决纳米分散、避免二次团聚、纳米应用的经济效益和性价比等因素还需要进行研究。合肥开尔纳米能源科技有限公司是国内最大的纳米材料生产厂，从2010年就开展纳米材料在金属中的应用试验，历时5年我们取得一些成果，也经历大量

4、的失败，我们已经看到光明、看到希望,逐步达到工业实际应用阶段。纳米变质技术在金属材料中的应用是关系到我国由钢铁大国变为钢的强国的大事，是需要所有金属材料研究者共同努力才能完成。2、试验的基本情况青岛蓝鼎华昆耐磨钢有限公司采用卧式离心机铸造各种高锰钢同心衬套和偏心衬套，其中几种偏心衬套因壁厚相差1倍以上，在厚壁部份存在缩松、热裂等铸造缺陷，铸件废品率高达90%，基本上铸件浇注后都存在明显裂纹，如图1、图2。通过与合肥开尔纳米能源科技公司和安工大合作，对原冶炼、浇注工艺进行调整和完善，使废品率大幅度下降，为进一步提高产质量，提高衬套的耐磨损性能，在工艺稳定的情况下开展

5、在高锰钢中加入纳米试验。前两次试验的目的是了解高锰钢中加入纳米是否有效果？采用纳米喷涂方法是否可行？在前两试验成功的基础上进行第三次试验，第三次试验的目的是:通过试验确定加入纳米种类和纳米最佳加入量，以达到既提高综合机械性能又能最大限度的降低成本。通过四个月工业试验基本上达到预期目标，为青岛蓝鼎华昆耐磨钢有限公司稳定国外客户、增加出口奠定了坚实的技术和工艺基础。作者简介：姚永茂（1940），男，汉族，安徽宁国人，高级工程师.现任开尔纳米公司技术顾问。E-mailyaoym40@163.com6图1图23、试验材质和方法本次试验采用纳米TiN和SiC两种材料，经特殊

6、溶液将纳米分散后做成含量5%浓度的溶液，喷涂在离心铸造的的铁模上，利用模具自身余热烘干后浇注。冶炼采用工厂正常生产的0.5吨中频电炉，采用大包一次出钢，在包底加入钢水重量0.4%的净化剂，先净化钢水再经纳米变质处理。铸件经1050C0奥氏体化后水韧处理，在铸件本体上经线切割成Ф20×150园型试棒，再加工成标准抗拉试棒，冲击试样切割成10×10×55U型缺口的标准试样，铸件和切割试样如图3、图4图3铸件图图4试样加工图3.1化学成份和浇注温度元素CMnSiCrSP出钢温度浇注温度设计1.05-1.3011-140.3-0.8≤0.15≤0.04≤0.03≤1500

7、≤1420实际1.1811.770.340.1070.0010.001150014193.2纳米加入量编号毛坯重量Kg纳米比例%纳米溶液喷涂量g备注12800原样不喷纳米2280.04224TiN63280.063364380.03228SiC5440.054406470.07329+329=658TiN和SiC各一半4、性能检测金相试样采用苦味酸酒精溶液腐蚀后，在德国蔡司Axiophot2型数码金相显微镜进行金相分析。利用HB3000型布氏硬度计、EHF-EM200KN-70LH型电动液压伺服材料实验机、NI300C型动态冲击试验机、HT4001型POD销盘摩擦

8、磨损实验仪