权利要求
1.无磁自润滑金具材料，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组分构成：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%，余量为Fe，以上各组分含量的总和为100%。
2.无磁自润滑金具材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照以下材料质量百分比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%，余量为Fe，以上各组分含量的总和为100%，称取面包铁、硅铁、
镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
步骤2、将所述步骤1中称取的原材料置于中频炉中高温融化得第一液体;
步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向保温炉中加入硅钡孕育剂和
稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得到第一金属件;
步骤5、将第一金属件置于真空炉中，并通入氩气，保温后水冷至室温，得到第二金属件;
步骤6、将第二金属件置于马弗炉中低温回火，得到第三金属件;
步骤7、将第三金属件机加工成金具形状，即得。
3.根据权利要求2所述的无磁自润滑金具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中硅钡孕育剂的添加量为第一液体质量的1.0%～1.5%，稀土镁球化剂的添加量为第一液体质量的1.0%～2.0%。
4.根据权利要求2所述的无磁自润滑金具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中真空炉内的真空压力不大于-0.1MPa，第一金属从真空炉中取出水淬的间隔时间不大于30s。
5.根据权利要求2所述的无磁自润滑金具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中真空炉的温度为1050℃～1150℃，保温时间为4h～8h。
6.根据权利要求2所述的无磁自润滑金具材料的制备方法，其特征在于，所述步骤6中马弗炉的保温温度为100℃～200℃，保温时间1h～4h。
7.根据权利要求2所述的无磁自润滑金具材料的制备方法，其特征在于，所述第二金属件和第三金属件基体组织均为奥氏体+Mo、V碳化物。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于金具材料技术领域，具体涉及无磁自润滑金具材料，本发明还涉及无磁自润滑金具材料的制备方法。
背景技术
[0002]金具在输变电工程中起着十分重要的作用，其质量稳定性及可靠性直接决定电网系统的安全运行。近年来，我国电力行业的迅速发展，伴随着我国输电线路输送量大、跨越距离长，以及需经过多种复杂的气候及地貌地区等特点，电力系统对架空输电线路电力金具的电气性能、机械性能、可靠性、耐久性、节能性、经济性等都提出了更高的要求。当前，输电线路金具常用材料主要有可锻铸铁、耐候钢材、
铝及
铝合金。可锻铸铁及钢材制金具机械性能优异，但存在安装不便、不耐腐蚀、磁滞及涡流损耗大等痛点。铝制金具很好解决了上述问题，但铝制金具价格较高，铝及铝合金强度较低，难以满足电力行业要求，仅可应用于对力学性能要求不苛刻的环境中。
[0003]铁制金具占比份额最多，但铁制金具面临三大痛点：1.不耐蚀;2.不耐磨;3.电损大。铁制金具在运行过程中产生的损耗约占输电容器的0.01-0.03%。据统计，在运行电流400A下，铁制悬垂线夹的磁滞涡流功率损耗达39W。全国高压线路因铁制悬垂线夹引起的总电能损耗超过3.4亿kW·h/年，总电费损失达1.3亿元/年。
发明内容
[0004]本发明的目的是提供无磁自润滑金具材料，解决了现有铁制金具材料因强磁性而磁滞损耗大问题。
[0005]本发明的另一目的是提供无磁自润滑金具材料的制备方法。
[0006]本发明所采用的技术方案是，无磁自润滑金具材料，按照质量百分比由以下原料组成：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%，余量为Fe，以上各组分含量的总和为100%。
[0007]本发明所采用的另一种技术方案是，无磁自润滑金具材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0008]步骤1、按照以下材料质量百分比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%，余量为Fe，以上各组分含量的总和为100%，称取面包铁、硅铁、镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
[0009]步骤2、将步骤1中称取的原材料置于中频炉中高温融化得第一液体;
[0010]步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向保温炉中加入硅钡孕育剂和稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
[0011]步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得到第一金属件;
[0012]步骤5、将第一金属件置于真空炉中，并通入氩气，保温后水冷至室温，得到第二金属件;
[0013]步骤6、将第二金属件置于马弗炉中低温回火，得到第三金属件;
[0014]步骤7、将第三金属件机加工成金具形状，即得。
[0015]本发明另一技术方案的特点还在于：
[0016]步骤3中硅钡孕育剂的添加量为第一液体质量的1.0%～1.5%，稀土镁球化剂的添加量为第一液体质量的1.0%～2.0%。
[0017]步骤5中真空炉内的真空压力不大于-0.1MPa，第一金属从真空炉中取出水淬的间隔时间不大于30s。
[0018]步骤5中真空炉的温度为1050℃～1150℃，保温时间为4h～8h。
[0019]步骤6中马弗炉的保温温度为100℃～200℃，保温时间1h～4h。
[0020]第二金属件和第三金属件基体组织均为奥氏体+Mo、V碳化物。
[0021]本发明的有益效果是：
[0022]1)无磁自润滑金具材料中含不低于10%体积分数的球形石墨，其可在服役过程中形成自润滑膜提高了金具耐磨性;
[0023]2)无磁自润滑金具的基体组织为奥氏体，磁性低，能够大幅降低电磁损耗;
[0024]3)无磁自润滑金具基体组织中奥氏体提供了高的塑韧性，Mo、V碳化物提供了高强度，保证材料优异的力学性能;
[0025]4)无磁自润滑金具基体组织中奥氏体具有高耐蚀性，避免了传统铁制金具采用表面热镀
锌提高腐蚀性能的工艺，减少了环境污染;
[0026]5)无磁自润滑金具在服役过程中，如风沙冲击，其中的奥氏体可通过应变诱发马氏体相变提高了材料的硬度，进一步提高了其耐磨性。
附图说明
[0027]图1是本发明中实施例1制备的铸铁材料中球墨分布状态的显微组织照片图;
[0028]图2是本发明中实施例2制备的铸铁材料的扫描显微组织图片;
[0029]图3是本发明中实施例3中经热处理后材料的XRD图片扫描显微组织图片;
[0030]图4是本发明实施例4中经热处理后材料的扫描显微组织图片;
[0031]图5是本发明中实施例4中经热处理后材料的EDS图片。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0033]无磁自润滑金具材料，按照质量百分比由以下原料组成：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%，余量为Fe，以上各组分含量的总和为100%。
[0034]无磁自润滑金具材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0035]步骤1、按照以下材料质量百分比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%，余量为Fe，以上各组分含量的总和为100%，称取面包铁、硅铁、镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
[0036]步骤2、将步骤1中称取的原材料置于中频炉中高温融化得第一液体;
[0037]步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向保温炉中加入硅钡孕育剂和稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
[0038]步骤3中硅钡孕育剂的添加量为第一液体质量的1.0%～1.5%，稀土镁球化剂的添加量为第一液体质量的1.0%～2.0%，控制最终材料中残镁含量为第一液体质量的0.02～0.05%，稀土元素含量为第一液体质量的0.02～0.05%;
[0039]加入球化剂和孕育剂是为了促进石墨化，改善石墨形态和分布状况，获得分布均匀的球形石墨;
[0040]步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得到第一金属件;
[0041]步骤5、将第一金属件置于真空炉中，并通入氩气，保温后水冷至室温，得到第二金属件;
[0042]步骤5中真空炉内的真空压力不大于-0.1MPa，第一金属从真空炉中取出水淬的间隔时间不大于30s，目的是为了防止固溶在γ相中的碳析出;
[0043]步骤5中真空炉的温度为1050℃～1150℃，保温时间为4h～8h;
[0044]Ni是奥氏体稳定元素，1050℃～1150℃可以使Ni元素分布更均匀，以获得全奥氏体组织，以获得无磁，耐蚀基体;Mo、V元素可形成弥散碳化物，提高材料强度;
[0045]步骤6、将第二金属件置于马弗炉中低温回火，回火目的是为了消除应力，得到第三金属件;
[0046]步骤6中马弗炉的保温温度为100℃～200℃，保温时间1h～4h;
[0047]第二金属件和第三金属件基体组织均为奥氏体+Mo、V碳化物;
[0048]步骤7、将第三金属件机加工成金具形状，即得。
[0049]实施例1
[0050]无磁自润滑金具材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0051]步骤1、按照材料质量百分比称取原料：C3.4%，Si2.0%，Ni11%，Mo0.6%，V0.6%，Mn0.15%，P 0.03%，S0.01%，余量为Fe，称取原料为面包铁、硅铁、镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
[0052]步骤2、将称取的原材料于中频炉中高温融化得第一液体;
[0053]步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向其中加入第一液体质量1.3%的硅钡孕育剂和第一液体质量1.8%的稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
[0054]步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得铸件，即第一金属;
[0055]步骤5、将第一金属件置于1100℃的真空炉中，真空压力为-0.2MPa，并通入氩气，保温6小时后水冷至室温，得到第二金属件;
[0056]步骤6、将第二金属件置于200℃马弗炉中保温2h后空冷至室温，得到第三金属件;
[0057]步骤7、第三金属件机加工成金具形状，即得。
[0058]实施例2
[0059]无磁自润滑金具材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0060]步骤1、按照材料质量百分比称取原料：C3.6%，Si2.2%，Ni10%，Mo0.6%，V0.6%，Mn0.12%，P 0.02%，S0.01%，余量为Fe，称取原料为面包铁、硅铁、镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
[0061]步骤2、将称取的原材料于中频炉中高温融化得第一液体;
[0062]步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向其中加入第一液体质量1.0%的硅钡孕育剂和第一液体质量1.0%的稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
[0063]步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得铸件，即第一金属;
[0064]步骤5、将第一金属件置于1050℃的真空炉中，真空压力为-0.2MPa，并通入氩气，保温8小时后水冷至室温，得到第二金属件;
[0065]步骤6、将第二金属件置于200℃马弗炉中保温4h后空冷至室温，得到第三金属件;
[0066]步骤7、第三金属件机加工成金具形状，即得。
[0067]实施例3
[0068]无磁自润滑金具材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0069]步骤1、按照材料质量百分比称取原料：C3.5%，Si2.6%，Ni12%，Mo0.7%，V0.5%，Mn0.1%，P0.02%，S0.01%，余量为Fe，称取原料为面包铁、硅铁、镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
[0070]步骤2、将称取的原材料于中频炉中高温融化得第一液体;
[0071]步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向其中加入第一液体质量1.5%的硅钡孕育剂和第一液体质量2.0%的稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
[0072]步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得铸件，即第一金属;
[0073]步骤5、将第一金属件置于1120℃的真空炉中，真空压力为-0.2MPa，并通入氩气，保温5小时后水冷至室温，得到第二金属件;
[0074]步骤6、将第二金属件置于150℃马弗炉中保温3h后空冷至室温，得到第三金属件;
[0075]步骤7、第三金属件机加工成金具形状，即得。
[0076]实施例4
[0077]无磁自润滑金具材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0078]步骤1、按照材料质量百分比称取原料：C3.5%，Si2.5%，Ni13%，Mo0.5%，V0.8%，Mn0.13%，P 0.03%，S0.01%，余量为Fe，称取原料为面包铁、硅铁、镍板、铬铁、钼铁、钒铁、增碳剂;
[0079]步骤2、将称取的原材料于中频炉中高温融化得第一液体;
[0080]步骤3、将第一液体倒入保温炉，并向其中加入第一液体质量1.4%的硅钡孕育剂和第一液体质量1.7%的稀土镁球化剂充分搅拌得第二液体;
[0081]步骤4、将第二液体浇注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸方法得铸件，即第一金属;
[0082]步骤5、将第一金属件置于1080℃的真空炉中，真空压力为-0.2MPa，并通入氩气，保温6小时后水冷至室温，得到第二金属件;
[0083]步骤6、将第二金属件置于180℃马弗炉中保温3h后空冷至室温，得到第三金属件;
[0084]步骤7、第三金属件机加工成金具形状，即得。
[0085]本发明制备出的无磁自润滑金具材料，材料组织内嵌有大量细小均匀分布的球形石墨，如图1所示，其可在服役过程中在金具表面形成石墨膜，降低金具服役过程中的摩擦系数，提高抗磨损性能，实现自润滑特性。制备出材料的铸态显微组织如图2所示，组织为贝氏体+马氏体。金属铸件经热处理后其XRD检测结果如图3所示，组织为全奥氏体。除此外，基体组织中还弥散有Mo、V碳化物，如图4所示，其碳化物EDS能谱如图5所示。过饱和奥氏体和Mo、V碳化物提供高强度，奥氏体提供高塑韧性，从而保证材料良好的力学性能。奥氏体具备优异的耐蚀性，可有效避免传统铁制金具采用表面热镀锌防腐的现状，可降低成本，减少环境污染。另一方面，奥氏体的无磁特性可大幅降低磁滞损耗，节约能源。综上，本发明的无磁自润滑金具可解决现铁制金具所面临：(1)不耐磨;(2)不耐蚀;(3)电损大等问题，有效提高其服役寿命。
说明书附图(5)
声明：
“无磁自润滑金具材料及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：西安理工大学
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2025年03月21日 ~ 23日 
