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CN107904494A - 一种高强度拖车臂 - Google Patents

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CN107904494A
CN107904494A CN201711219510.8A CN201711219510A CN107904494A CN 107904494 A CN107904494 A CN 107904494A CN 201711219510 A CN201711219510 A CN 201711219510A CN 107904494 A CN107904494 A CN 107904494A
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CN
China
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steel
tow arm
high intensity
intermediate layer
ceramic layer
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Application number
CN201711219510.8A
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李光龙
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NINGBO YINZHOU LONGTENG TOOLS FACTORY
Original Assignee
NINGBO YINZHOU LONGTENG TOOLS FACTORY
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Abstract

本发明涉及一种拖车臂，具体涉及一种高强度拖车臂，属于机械材料领域。本发明高强度拖车臂包括由钢材制成的主体、涂覆于主体上的中间层及通过自蔓延高温合成涂覆在中间层上的陶瓷层，所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：40‑45％，TiO2：15‑20％，C:2‑8％，Al：5‑10％，余量为NiO。本发明高强度拖车臂通过涂覆于主体上的中间层及通过自蔓延高温合成涂覆在中间层上的陶瓷层，能提高得到的拖车臂的抗拉强度等机械性能；同时，本发明高强度拖车臂通过在合金钢材料中加入Cr、Ni等金属元素，能够提高钢的疲劳抗力，减小合金钢对缺口的敏感性，从而显著提高钢的热塑性，降低了钢连铸过程的裂纹敏感性。

Description

一种高强度拖车臂
发明领域
本发明涉及一种拖车臂，具体涉及一种高强度拖车臂，属于机械材料领域。
背景技术
拖车臂用于牵引车连接被牵引车。由于不同的车辆球罩大小不同，因此拖车臂常设计成拖车球是可拆卸的，使用时便于更换不同规格的拖车球。与此同时带来的问题时，可拆卸的拖车球在使用时有转动现象，当拖车球与扁铁之间频繁发生转动时，会导致两者之间的配合性能下降，螺纹损坏，螺栓和螺帽装配松动，产生安全隐患，使用寿命减短。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种材质可靠、强度高、使用寿命长的拖车臂。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种高强度拖车臂，所述高强度拖车臂包括由钢材制成的主体、涂覆于主体上的中间层及通过自蔓延高温合成涂覆在中间层上的陶瓷层，所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：40-45％，TiO2：15-20％，C:2-8％，Al：5-10％，余量为NiO。
在上述一种高强度拖车臂中，所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:40-50％，C:10-15％，Al:5-10％，余量为Ni。本发明通过在涂覆陶瓷层之前进行中间层涂覆，能够使燃烧合成复合管陶瓷/钢界面结合良好，并形成了以含富钛碳化物的CrNi合金过渡层，且过渡层中富钛碳化物呈梯度分布，得到的钢材中应力分布合理，提高得到的拖车臂的抗拉强度等机械性能。作为优选，本发明中间层的厚度为1.5-2.0mm，陶瓷层的厚度为1.8-2.2mm。
在上述一种高强度拖车臂中，所述钢材包括如下质量百分比的成分：C：0.95-1.05％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.2-0.4％，Cr：1.3-1.65％，Ni：0.25-0.34％，Nb：0.12-0.24％，Cu：0.2-0.25％，纤维素：1.2-1.5％，S：≤0.02％，P：≤0.027％，余量为Fe。
在本发明高强度拖车臂中，通过在钢材中加入Si，能够提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合性能特别是弹性模量有利，还可以增强钢在自然条件下的耐腐蚀能力，但合金钢中Si含量过高，则对钢的焊接性能不利，有损焊缝质量，并易导致冷脆，因此本发明选用上述含量的Si。
另外，锰是好的脱氧剂和脱硫剂，显著提高淬透性。锰对钢的硬度和冲击韧度影响很大，硬度随锰含量的提高而上升，冲击韧度则随之下降。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰还能显著降低钢的心温度和奥氏体分解速度。但是作为合金元素锰也有它不利的一面。锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆性敏感性。冶炼浇铸和锻轧后冷却不当时，容易使钢产生白点。
在钢中加入Cr、Ni元素主要作用有三：一是提高钢的电极电位，防止原电池的反应产生；二是提高淬透性，保证固溶冷却后得到马氏体组织；三是固溶于马氏体基体组织中，为时效做好准备。在此基础上，本发明还加入了Cu元素，加入Cu元素主要作用是Cu元素能在不锈钢表面沉积下来，作为附加微电极，促使不锈钢在很小的阳极电流下就达到钝化状态。当Cu元素含量低于0.25％时，可锻性良好；当Cu元素含量高于0.3％时，锻造易开裂，须烧透，先小锻造比轻锤快锻打，后大锻造比重锤锻打。加入Nb元素主要作用有二：一是形成碳化物NbC，起化化晶粒作用，另外防止Cr元素与C元素形成碳化物而降低Cr元素在晶界中的含量，导致晶界腐蚀；二是与Ni形成金属间化合物，在时效时析出。
本发明的另一个目的在于提供一种上述高强度拖车臂的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.7-0.8％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为400-420℃，时间为3-3.5h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为600-650MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为1300-1350℃中，烧结2-2.5h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至95-100℃；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品。
本发明通过对Cu、Fe粉进行预混合，能够使得钢材的粉末具有高的均匀性和一致性，不会发生合金元素的偏析。其中硬脂酸作为润滑剂加入，粉末之间相对滑动的阻力减小，粉末的流动性好，松装密度相对较大。纤维素作为钢材中的粘结剂，能很好的铺展在合金元素表面，形成一层紧密的包覆层，两相之间具有较强的粘附的作用，在高的剪切力作用下合金元素粉末与粘结剂不易分离，能具有较高的粘结率，从而制得钢材成分均匀形、一致性增加。
在上述一种高强度拖车臂的制备方法中，所述球磨过程的球料比为20-22:1，球磨时间为48-50h，球磨自转转速为220-240r/min，每0.5h自转换向一次。
在上述一种高强度拖车臂的制备方法中，所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.7-0.9MPa，喷射时间为5-7min，喷丸介质为30-35目的棕刚玉喷丸。经过高能喷丸处理时，高速喷丸喷射到钢材表面，发生冲蚀，后弹射脱离，其中有些直接从压力场边界逸出，但仍会有部分喷丸受高速气体压力的影响，将重新返回，再次冲蚀样品表面并脱离，如此反复，经过喷丸的多次冲击，高能喷丸处理在钢材表面形成了较多的微米级凹坑，并形成绒毛状的纳米结构，增强表面的粗糙度，也增加了空气的捕获量，因此能提高钢材表面的疏水性能，从而提高制得的拖车臂的性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明高强度拖车臂通过涂覆于主体上的中间层及通过自蔓延高温合成涂覆在中间层上的陶瓷层，能提高得到的拖车臂的抗拉强度等机械性能；
2、本发明高强度拖车臂通过在合金钢材料中加入Cr、Ni等金属元素，能够提高钢的疲劳抗力，减小合金钢对缺口的敏感性，从而显著提高钢的热塑性，降低了钢连铸过程的裂纹敏感性；
3、本发明高强度拖车臂采用配伍合理的合金钢并采用特定的制备工艺，使制得的拖车臂具有高强度。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.7-0.8％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；其中，所述钢材由如下质量百分比的成分组成：C：0.95％，Si：0.15％，Mn：0.2％，Cr：1.3％，Ni：0.254％，Nb：0.12％，Cu：0.2％，纤维素：1.2％，S：0.009％，P：0.015％，余量为Fe。
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；所述球磨过程的球料比为20:1，球磨时间为48h，球磨自转转速为220r/min，每0.5h自转换向一次；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为400℃，时间为3h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为600MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为1300℃中，烧结2h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.7MPa，喷射时间为5min，喷丸介质为30目的棕刚玉喷丸；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至95℃；所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:40％，C:10％，Al:5％，余量为Ni；中间层的厚度为1.5mm；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品；所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：40％，TiO2：15％，C:2％，Al：5％，余量为NiO；陶瓷层的厚度为1.8mm。
实施例2
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.72％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；其中，所述钢材由如下质量百分比的成分组成：C：0.98％，Si：0.2％，Mn：0.25％，Cr：1.4％，Ni：0.27％，Nb：0.15％，Cu：0.21％，纤维素：1.25％，S：0.01％，P：0.02％，余量为Fe。
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；所述球磨过程的球料比为20.5:1，球磨时间为48.5h，球磨自转转速为225r/min，每0.55h自转换向一次；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为405℃，时间为3.1h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为615MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为1315℃中，烧结2.1h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.75MPa，喷射时间为5.5min，喷丸介质为31目的棕刚玉喷丸；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至96℃；所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:42％，C:11％，Al:6％，余量为Ni；中间层的厚度为1.6mm；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品；所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：41％，TiO2：16％，C:4％，Al：6％，余量为NiO；陶瓷层的厚度为1.9mm。
实施例3
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.75％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；其中，所述钢材由如下质量百分比的成分组成：C：1％，Si：0.25％，Mn：0.2-0.4％，Cr：1.48％，Ni：0.3％，Nb：0.18％，Cu：0.23％，纤维素：1.35％，S：0.01％，P：0.01％，余量为Fe。
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；所述球磨过程的球料比为21:1，球磨时间为49h，球磨自转转速为230r/min，每0.6h自转换向一次；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为410℃，时间为3.3h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为625MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为1325℃中，烧结2.3h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.8MPa，喷射时间为6min，喷丸介质为33目的棕刚玉喷丸；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至98℃；所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:45％，C:12％，Al:7％，余量为Ni；中间层的厚度为1.8mm；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品；所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：42％，TiO2：17％，C:6％，Al：8％，余量为NiO；陶瓷层的厚度为2mm。
实施例4
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.7-0.8％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；其中，所述钢材由如下质量百分比的成分组成：C：1.03％，Si：0.3％，Mn：0.35％，Cr：1.55％，Ni：0.32％，Nb：0.22％，Cu：0.23％，纤维素：1.4％，S：0.02％，P：0.025％，余量为Fe。
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；所述球磨过程的球料比为21.5:1，球磨时间为49.5h，球磨自转转速为235r/min，每0.65h自转换向一次；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为415℃，时间为3.4h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为640MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为1340℃中，烧结2.4h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.85MPa，喷射时间为6.5min，喷丸介质为33目的棕刚玉喷丸；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至98℃；所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:48％，C:13％，Al:8％，余量为Ni；中间层的厚度为1.8mm；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品；所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：43％，TiO2：18％，C:7％，Al：8％，余量为NiO；陶瓷层的厚度为2.1mm。
实施例5
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.7-0.8％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；其中，所述钢材由如下质量百分比的成分组成：C：1.05％，Si：0.35％，Mn：0.4％，Cr：1.65％，Ni：0.34％，Nb：0.24％，Cu：0.25％，纤维素：1.5％，S：0.01％，P：0.025％，余量为Fe。
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；所述球磨过程的球料比为22:1，球磨时间为50h，球磨自转转速为240r/min，每0.7h自转换向一次；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为420℃，时间为3.5h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为650MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为13050℃中，烧结2.5h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.9MPa，喷射时间为7min，喷丸介质为35目的棕刚玉喷丸；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至100℃；所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:50％，C:15％，Al:10％，余量为Ni；中间层的厚度为2mm；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品；所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：45％，TiO2：20％，C:8％，Al：10％，余量为NiO；陶瓷层的厚度为2.2mm。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，该实施例高强度拖车臂在制备过程中，采用普通磨粉工艺，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，该实施例高强度拖车臂在制备过程中采用普通喷丸处理，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度拖车臂采用普通市售钢材制成，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度拖车臂所用钢材表面没有涂覆中间层，其他与实施例1相同，此处不再赘述，
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度拖车臂所用钢材表面没有涂覆陶瓷层，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度拖车臂所用钢材表面没有涂覆中间层和陶瓷层，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度拖车臂所用钢材涂覆的陶瓷层为普通陶瓷层，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
将实施例1-7及对比例1-5中的高强度拖车臂进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1：实施例1-7及对比例1-5中的高强度拖车臂测试结果
从上述结果可以看出，本发明高强度拖车臂通过涂覆于主体上的中间层及通过自蔓延高温合成涂覆在中间层上的陶瓷层，能提高得到的拖车臂的抗拉强度等机械性能；同时，本发明高强度拖车臂采用配伍合理的合金钢并采用特定的制备工艺，使制得的拖车臂具有高强度。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (7)

1.一种高强度拖车臂，其特征在于，所述高强度拖车臂包括由钢材制成的主体、涂覆于主体上的中间层及通过自蔓延高温合成涂覆在中间层上的陶瓷层，所述陶瓷层由如下质量百分比的成分组成：CrO3：40-45％，TiO2：15-20％，C:2-8％，Al：5-10％，余量为NiO。
2.根据权利要求1所述的一种高强度拖车臂，其特征在于，所述中间层由如下质量百分数的成分组成：TiO2:40-50％，C:10-15％，Al:5-10％，余量为Ni。
3.根据权利要求1所述的一种高强度拖车臂，其特征在于，所述中间层的厚度为1.5-2.0mm，所述陶瓷层的厚度为1.8-2.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度拖车臂，其特征在于，所述钢材由如下质量百分比的成分组成：C：0.95-1.05％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.2-0.4％，Cr：1.3-1.65％，Ni：0.25-0.34％，Nb：0.12-0.24％，Cu：0.2-0.25％，纤维素：1.2-1.5％，S：≤0.02％，P：≤0.027％，余量为Fe。
5.一种如权利要求1所述的高强度拖车臂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
预混：将钢材原料中的Cu、Fe和质量为钢材质量0.7-0.8％的硬脂酸进行干混得预混合钢粉；
球磨：将钢材的剩余成分与预混合钢粉置于行星式球磨机上进行机械合金化；
氢气退火：球磨后的粉末在烧结炉中进行氢气退火，温度为400-420℃，时间为3-3.5h；
压制成型：将退火后的粉末在压力为600-650MPa的模压成形机上压制成型；
真空烧结：压制成型后在烧结温度为1300-1350℃中，烧结2-2.5h；
后处理：进行高能微米喷丸处理得拖车臂半成品；
中间层涂覆：用中间层涂覆剂在拖车臂半成品表面进行中间层涂覆并预热至95-100℃；
自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成的方法将陶瓷层涂覆到中间层上得拖车臂成品。
6.根据权利要求5所述的一种高强度拖车臂的制备方法，其特征在于，所述球磨过程的球料比为20-22:1，球磨时间为48-50h，球磨自转转速为220-240r/min，每0.5-0.7h自转换向一次。
7.根据权利要求5所述的一种高强度拖车臂的制备方法，其特征在于，所述高能微米喷丸处理的喷射压力为0.7-0.9MPa，喷射时间为5-7min，喷丸介质为30-35目的棕刚玉喷丸。
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