[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度低密度鋼的制備方法及高強(qiáng)度低密度鋼

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010586439.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111593263A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃華欽;唐木生;黃貞益;光劍鋒;吳金泉;張寧飛;侯清宇;吳朝陽
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C22C38/12;C22C38/08;C22C38/06;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/02;B22F1/00;B22F9/04;B22F3/03;B22F3/105
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 李湘群

本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度低密度鋼的制備方法及高強(qiáng)度低密度鋼。該方法包括設(shè)計材料組成、混料、研磨、填粉、壓燒五個步驟。通過向鋼中添加一定量的Ni元素、SI元素、Ti元素和Mo元素，在合金成分與粉末冶金工藝的基礎(chǔ)上，得到了具有高強(qiáng)度的低密度鋼，在減輕鋼材的重量的同時，也具有良好的強(qiáng)度和韌性。采用本發(fā)明的方法，可以控制低密度鋼中的元素成分，避免其他雜質(zhì)元素的干擾；粉末燒結(jié)法制備的原料利用率高，生產(chǎn)流程短，且鉬、鈦元素有效釘扎在晶界處，從而增加位錯滑移難度，提高了鋼的強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低密度合金鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度低密度鋼的制備方法及高強(qiáng)度低密度鋼。

背景技術(shù)

當(dāng)前社會，隨著綠色發(fā)展，節(jié)能減排的提倡，人們在追求安全性的前提下對汽車的輕量化展開了研究，目前最有效的途徑則是應(yīng)用新材料、新工藝以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化這三種途徑。其中，低密度鋼由于廣泛應(yīng)用于車身的制造，被人們越來越重視。Fe-Mn-Al-C系低密度鋼在具備良好強(qiáng)塑性優(yōu)點的同時，密度又較低，更加輕便。但鋼中添加的Al元素含量較高時，會導(dǎo)致鋼材的韌性急劇下降，難以滿足汽車領(lǐng)域?qū)︿摬捻g性的要求；鋼中添加的C含量較高時，會使鋼的脆性上升，難以滿足汽車領(lǐng)域?qū)τ阡摬膹?qiáng)度的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低密度高強(qiáng)度鋼及其制備方法，通過向鋼中添加一定量的Ni元素、SI元素、Ti元素和Mo元素，在合金成分與粉末冶金工藝的基礎(chǔ)上，得到了具有高強(qiáng)度的低密度鋼，在減輕鋼材的重量的同時，也具有良好的強(qiáng)度和韌性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種高強(qiáng)度低密度鋼的制備方法，包括以下步驟：

(1)設(shè)計材料組成：按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比計，所用材料包括Mn：18％～20％、Al：5％～7％、C：0.03％～0.04％、Ni：7％～8％、Si：1.0％～1.2％、Mo：1.0～1.5％、Ti：1.0％～1.2％，余量為Fe。

(2)混料：按照步驟(1)的材料組成，將各組分進(jìn)行混合得到混合粉末；所述混合粉末的微觀結(jié)構(gòu)為近球形，純度均在99.5％以上，其中鐵粉的粒度在75-100μm，錳粉的粒度在60-80μm，鋁粉的粒度在75-100μm，鎳粉的粒度在60-80μm，硅粉的粒度在20-40μm，鈦粉的粒度在20-30μm，鉬粉的粒度在60-80μm，碳粉的粒度在20-30μm。

(3)研磨：將步驟(2)中得到的混合粉末進(jìn)行研磨，研磨時長為10-15小時，同時填充保護(hù)氣氛；

(4)填粉：通過一套石墨模具來固定粉末成形，該模具的成分為石墨，無其他雜質(zhì)，其包括上壓頭、下壓頭和具有測溫孔的中空陰模，上壓頭和下壓頭的結(jié)構(gòu)相同，均為柱狀結(jié)構(gòu)，石墨陰模為套筒狀中空結(jié)構(gòu)，石墨陰模的側(cè)壁上開設(shè)有測溫孔；將下壓頭先塞入陰模內(nèi)孔中，放入石墨片，然后將步驟(3)中得到的混合粉末填充到陰模內(nèi)部中的下壓頭上，同樣放入石墨片，再將上壓頭從陰模上方塞入內(nèi)孔中，通過上壓頭和下壓頭將混合金屬粉末壓緊；

(5)壓燒：將步驟(4)中得到的待燒結(jié)模具置入放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)的爐膛中，抽取爐內(nèi)空氣至真空狀態(tài)；接著，調(diào)整壓力系統(tǒng)，使壓頭對模具保持恒定壓力；隨后通入電流對金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)，得到高強(qiáng)度低密度鋼合金。

更進(jìn)一步的，所述上壓頭和下壓頭均為直徑60mm、高35mm的圓柱狀結(jié)構(gòu)，石墨陰模為外徑90mm、內(nèi)徑60mm、高50mm的套筒狀中空結(jié)構(gòu)，石墨陰模在中間高度位置開設(shè)有直徑4mm、深度5mm的測溫孔，所述石墨片為直徑60mm的石墨圓片。

更進(jìn)一步的，研磨時球料比為10：1，球磨速度為200-300r/min，正反交互球磨。

更進(jìn)一步的，在研磨過程中加入無水乙醇。

更進(jìn)一步的，所述石墨模具與石墨圓片的成分相同，均不含有其他雜質(zhì)。