權(quán)利要求

1.無磁自潤滑金具材料，其特征在于，按照質(zhì)量百分比由以下原料組分構(gòu)成：C3.3%～3.8%，Si2.0%～2.6%，Ni10%～14%，Mo0.5%～1.0%，V0.5%～1.0%，Mn 0.1%～0.2%，P≤0.1%，S≤0.015%，余量為Fe，以上各組分含量的總和為100%。

2.無磁自潤滑金具材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、按照以下材料質(zhì)量百分比C3.3%～3.8%，Si2.0%～2.6%，Ni10%～14%，Mo0.5%～1.0%，V0.5%～1.0%，Mn 0.1%～0.2%，P≤0.1%，S≤0.015%，余量為Fe，以上各組分含量的總和為100%，稱取面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

步驟2、將所述步驟1中稱取的原材料置于中頻爐中高溫融化得第一液體;

步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向保溫爐中加入硅鋇孕育劑和稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得到第一金屬件;

步驟5、將第一金屬件置于真空爐中，并通入氬氣，保溫后水冷至室溫，得到第二金屬件;

步驟6、將第二金屬件置于馬弗爐中低溫回火，得到第三金屬件;

步驟7、將第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無磁自潤滑金具材料的制備方法，其特征在于，所述步驟3中硅鋇孕育劑的添加量為第一液體質(zhì)量的1.0%～1.5%，稀土鎂球化劑的添加量為第一液體質(zhì)量的1.0%～2.0%。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無磁自潤滑金具材料的制備方法，其特征在于，所述步驟5中真空爐內(nèi)的真空壓力不大于-0.1MPa，第一金屬從真空爐中取出水淬的間隔時間不大于30s。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無磁自潤滑金具材料的制備方法，其特征在于，所述步驟5中真空爐的溫度為1050℃～1150℃，保溫時間為4h～8h。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無磁自潤滑金具材料的制備方法，其特征在于，所述步驟6中馬弗爐的保溫溫度為100℃～200℃，保溫時間1h～4h。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無磁自潤滑金具材料的制備方法，其特征在于，所述第二金屬件和第三金屬件基體組織均為奧氏體+Mo、V碳化物。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明屬于金具材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及無磁自潤滑金具材料，本發(fā)明還涉及無磁自潤滑金具材料的制備方法。

背景技術(shù)

[0002]金具在輸變電工程中起著十分重要的作用，其質(zhì)量穩(wěn)定性及可靠性直接決定電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。近年來，我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展，伴隨著我國輸電線路輸送量大、跨越距離長，以及需經(jīng)過多種復(fù)雜的氣候及地貌地區(qū)等特點，電力系統(tǒng)對架空輸電線路電力金具的電氣性能、機(jī)械性能、可靠性、耐久性、節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性等都提出了更高的要求。當(dāng)前，輸電線路金具常用材料主要有可鍛鑄鐵、耐候鋼材、鋁及鋁合金?？慑戣T鐵及鋼材制金具機(jī)械性能優(yōu)異，但存在安裝不便、不耐腐蝕、磁滯及渦流損耗大等痛點。鋁制金具很好解決了上述問題，但鋁制金具價格較高，鋁及鋁合金強(qiáng)度較低，難以滿足電力行業(yè)要求，僅可應(yīng)用于對力學(xué)性能要求不苛刻的環(huán)境中。

[0003]鐵制金具占比份額最多，但鐵制金具面臨三大痛點：1.不耐蝕;2.不耐磨;3.電損大。鐵制金具在運行過程中產(chǎn)生的損耗約占輸電容器的0.01-0.03%。據(jù)統(tǒng)計，在運行電流400A下，鐵制懸垂線夾的磁滯渦流功率損耗達(dá)39W。全國高壓線路因鐵制懸垂線夾引起的總電能損耗超過3.4億kW·h/年，總電費損失達(dá)1.3億元/年。

發(fā)明內(nèi)容

[0004]本發(fā)明的目的是提供無磁自潤滑金具材料，解決了現(xiàn)有鐵制金具材料因強(qiáng)磁性而磁滯損耗大問題。

[0005]本發(fā)明的另一目的是提供無磁自潤滑金具材料的制備方法。

[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，無磁自潤滑金具材料，按照質(zhì)量百分比由以下原料組成：C3.3%～3.8%，Si2.0%～2.6%，Ni10%～14%，Mo0.5%～1.0%，V0.5%～1.0%，Mn0.1%～0.2%，P≤0.1%，S≤0.015%，余量為Fe，以上各組分含量的總和為100%。

[0007]本發(fā)明所采用的另一種技術(shù)方案是，無磁自潤滑金具材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

[0008]步驟1、按照以下材料質(zhì)量百分比C3.3%～3.8%，Si2.0%～2.6%，Ni10%～14%，Mo0.5%～1.0%，V0.5%～1.0%，Mn0.1%～0.2%，P≤0.1%，S≤0.015%，余量為Fe，以上各組分含量的總和為100%，稱取面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

[0009]步驟2、將步驟1中稱取的原材料置于中頻爐中高溫融化得第一液體;

[0010]步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向保溫爐中加入硅鋇孕育劑和稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

[0011]步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得到第一金屬件;

[0012]步驟5、將第一金屬件置于真空爐中，并通入氬氣，保溫后水冷至室溫，得到第二金屬件;

[0013]步驟6、將第二金屬件置于馬弗爐中低溫回火，得到第三金屬件;

[0014]步驟7、將第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

[0015]本發(fā)明另一技術(shù)方案的特點還在于：

[0016]步驟3中硅鋇孕育劑的添加量為第一液體質(zhì)量的1.0%～1.5%，稀土鎂球化劑的添加量為第一液體質(zhì)量的1.0%～2.0%。

[0017]步驟5中真空爐內(nèi)的真空壓力不大于-0.1MPa，第一金屬從真空爐中取出水淬的間隔時間不大于30s。

[0018]步驟5中真空爐的溫度為1050℃～1150℃，保溫時間為4h～8h。

[0019]步驟6中馬弗爐的保溫溫度為100℃～200℃，保溫時間1h～4h。

[0020]第二金屬件和第三金屬件基體組織均為奧氏體+Mo、V碳化物。

[0021]本發(fā)明的有益效果是：

[0022]1)無磁自潤滑金具材料中含不低于10%體積分?jǐn)?shù)的球形石墨，其可在服役過程中形成自潤滑膜提高了金具耐磨性;

[0023]2)無磁自潤滑金具的基體組織為奧氏體，磁性低，能夠大幅降低電磁損耗;

[0024]3)無磁自潤滑金具基體組織中奧氏體提供了高的塑韌性，Mo、V碳化物提供了高強(qiáng)度，保證材料優(yōu)異的力學(xué)性能;

[0025]4)無磁自潤滑金具基體組織中奧氏體具有高耐蝕性，避免了傳統(tǒng)鐵制金具采用表面熱鍍鋅提高腐蝕性能的工藝，減少了環(huán)境污染;

[0026]5)無磁自潤滑金具在服役過程中，如風(fēng)沙沖擊，其中的奧氏體可通過應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變提高了材料的硬度，進(jìn)一步提高了其耐磨性。

附圖說明

[0027]圖1是本發(fā)明中實施例1制備的鑄鐵材料中球墨分布狀態(tài)的顯微組織照片圖;

[0028]圖2是本發(fā)明中實施例2制備的鑄鐵材料的掃描顯微組織圖片;

[0029]圖3是本發(fā)明中實施例3中經(jīng)熱處理后材料的XRD圖片掃描顯微組織圖片;

[0030]圖4是本發(fā)明實施例4中經(jīng)熱處理后材料的掃描顯微組織圖片;

[0031]圖5是本發(fā)明中實施例4中經(jīng)熱處理后材料的EDS圖片。

具體實施方式

[0032]下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

[0033]無磁自潤滑金具材料，按照質(zhì)量百分比由以下原料組成：C3.3%～3.8%，Si2.0%～2.6%，Ni10%～14%，Mo0.5%～1.0%，V0.5%～1.0%，Mn0.1%～0.2%，P≤0.1%，S≤0.015%，余量為Fe，以上各組分含量的總和為100%。

[0034]無磁自潤滑金具材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

[0035]步驟1、按照以下材料質(zhì)量百分比C3.3%～3.8%，Si2.0%～2.6%，Ni10%～14%，Mo0.5%～1.0%，V0.5%～1.0%，Mn0.1%～0.2%，P≤0.1%，S≤0.015%，余量為Fe，以上各組分含量的總和為100%，稱取面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

[0036]步驟2、將步驟1中稱取的原材料置于中頻爐中高溫融化得第一液體;

[0037]步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向保溫爐中加入硅鋇孕育劑和稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

[0038]步驟3中硅鋇孕育劑的添加量為第一液體質(zhì)量的1.0%～1.5%，稀土鎂球化劑的添加量為第一液體質(zhì)量的1.0%～2.0%，控制最終材料中殘鎂含量為第一液體質(zhì)量的0.02～0.05%，稀土元素含量為第一液體質(zhì)量的0.02～0.05%;

[0039]加入球化劑和孕育劑是為了促進(jìn)石墨化，改善石墨形態(tài)和分布狀況，獲得分布均勻的球形石墨;

[0040]步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得到第一金屬件;

[0041]步驟5、將第一金屬件置于真空爐中，并通入氬氣，保溫后水冷至室溫，得到第二金屬件;

[0042]步驟5中真空爐內(nèi)的真空壓力不大于-0.1MPa，第一金屬從真空爐中取出水淬的間隔時間不大于30s，目的是為了防止固溶在γ相中的碳析出;

[0043]步驟5中真空爐的溫度為1050℃～1150℃，保溫時間為4h～8h;

[0044]Ni是奧氏體穩(wěn)定元素，1050℃～1150℃可以使Ni元素分布更均勻，以獲得全奧氏體組織，以獲得無磁，耐蝕基體;Mo、V元素可形成彌散碳化物，提高材料強(qiáng)度;

[0045]步驟6、將第二金屬件置于馬弗爐中低溫回火，回火目的是為了消除應(yīng)力，得到第三金屬件;

[0046]步驟6中馬弗爐的保溫溫度為100℃～200℃，保溫時間1h～4h;

[0047]第二金屬件和第三金屬件基體組織均為奧氏體+Mo、V碳化物;

[0048]步驟7、將第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

[0049]實施例1

[0050]無磁自潤滑金具材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

[0051]步驟1、按照材料質(zhì)量百分比稱取原料：C3.4%，Si2.0%，Ni11%，Mo0.6%，V0.6%，Mn0.15%，P 0.03%，S0.01%，余量為Fe，稱取原料為面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

[0052]步驟2、將稱取的原材料于中頻爐中高溫融化得第一液體;

[0053]步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向其中加入第一液體質(zhì)量1.3%的硅鋇孕育劑和第一液體質(zhì)量1.8%的稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

[0054]步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得鑄件，即第一金屬;

[0055]步驟5、將第一金屬件置于1100℃的真空爐中，真空壓力為-0.2MPa，并通入氬氣，保溫6小時后水冷至室溫，得到第二金屬件;

[0056]步驟6、將第二金屬件置于200℃馬弗爐中保溫2h后空冷至室溫，得到第三金屬件;

[0057]步驟7、第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

[0058]實施例2

[0059]無磁自潤滑金具材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

[0060]步驟1、按照材料質(zhì)量百分比稱取原料：C3.6%，Si2.2%，Ni10%，Mo0.6%，V0.6%，Mn0.12%，P 0.02%，S0.01%，余量為Fe，稱取原料為面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

[0061]步驟2、將稱取的原材料于中頻爐中高溫融化得第一液體;

[0062]步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向其中加入第一液體質(zhì)量1.0%的硅鋇孕育劑和第一液體質(zhì)量1.0%的稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

[0063]步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得鑄件，即第一金屬;

[0064]步驟5、將第一金屬件置于1050℃的真空爐中，真空壓力為-0.2MPa，并通入氬氣，保溫8小時后水冷至室溫，得到第二金屬件;

[0065]步驟6、將第二金屬件置于200℃馬弗爐中保溫4h后空冷至室溫，得到第三金屬件;

[0066]步驟7、第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

[0067]實施例3

[0068]無磁自潤滑金具材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

[0069]步驟1、按照材料質(zhì)量百分比稱取原料：C3.5%，Si2.6%，Ni12%，Mo0.7%，V0.5%，Mn0.1%，P0.02%，S0.01%，余量為Fe，稱取原料為面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

[0070]步驟2、將稱取的原材料于中頻爐中高溫融化得第一液體;

[0071]步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向其中加入第一液體質(zhì)量1.5%的硅鋇孕育劑和第一液體質(zhì)量2.0%的稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

[0072]步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得鑄件，即第一金屬;

[0073]步驟5、將第一金屬件置于1120℃的真空爐中，真空壓力為-0.2MPa，并通入氬氣，保溫5小時后水冷至室溫，得到第二金屬件;

[0074]步驟6、將第二金屬件置于150℃馬弗爐中保溫3h后空冷至室溫，得到第三金屬件;

[0075]步驟7、第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

[0076]實施例4

[0077]無磁自潤滑金具材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

[0078]步驟1、按照材料質(zhì)量百分比稱取原料：C3.5%，Si2.5%，Ni13%，Mo0.5%，V0.8%，Mn0.13%，P 0.03%，S0.01%，余量為Fe，稱取原料為面包鐵、硅鐵、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、增碳劑;

[0079]步驟2、將稱取的原材料于中頻爐中高溫融化得第一液體;

[0080]步驟3、將第一液體倒入保溫爐，并向其中加入第一液體質(zhì)量1.4%的硅鋇孕育劑和第一液體質(zhì)量1.7%的稀土鎂球化劑充分?jǐn)嚢璧玫诙后w;

[0081]步驟4、將第二液體澆注入預(yù)熱后的水平連鑄爐中，采用水平連鑄方法得鑄件，即第一金屬;

[0082]步驟5、將第一金屬件置于1080℃的真空爐中，真空壓力為-0.2MPa，并通入氬氣，保溫6小時后水冷至室溫，得到第二金屬件;

[0083]步驟6、將第二金屬件置于180℃馬弗爐中保溫3h后空冷至室溫，得到第三金屬件;

[0084]步驟7、第三金屬件機(jī)加工成金具形狀，即得。

[0085]本發(fā)明制備出的無磁自潤滑金具材料，材料組織內(nèi)嵌有大量細(xì)小均勻分布的球形石墨，如圖1所示，其可在服役過程中在金具表面形成石墨膜，降低金具服役過程中的摩擦系數(shù)，提高抗磨損性能，實現(xiàn)自潤滑特性。制備出材料的鑄態(tài)顯微組織如圖2所示，組織為貝氏體+馬氏體。金屬鑄件經(jīng)熱處理后其XRD檢測結(jié)果如圖3所示，組織為全奧氏體。除此外，基體組織中還彌散有Mo、V碳化物，如圖4所示，其碳化物EDS能譜如圖5所示。過飽和奧氏體和Mo、V碳化物提供高強(qiáng)度，奧氏體提供高塑韌性，從而保證材料良好的力學(xué)性能。奧氏體具備優(yōu)異的耐蝕性，可有效避免傳統(tǒng)鐵制金具采用表面熱鍍鋅防腐的現(xiàn)狀，可降低成本，減少環(huán)境污染。另一方面，奧氏體的無磁特性可大幅降低磁滯損耗，節(jié)約能源。綜上，本發(fā)明的無磁自潤滑金具可解決現(xiàn)鐵制金具所面臨：(1)不耐磨;(2)不耐蝕;(3)電損大等問題，有效提高其服役壽命。

說明書附圖(5)