本發明屬(shu)于(yu)金屬(shu)材料(liao)及(ji)制(zhi)造，具體涉及(ji)一(yi)種高(gao)溫服役型(xing)馬氏(shi)體鋼(gang)/球形石墨自潤滑復合材料(liao)及(ji)其(qi)制(zhi)備方法、應用。

背景技術：

1、架空輸電線(xian)(xian)路是電網的(de)重(zhong)要(yao)基礎(chu)設(she)施，關(guan)系到工業生(sheng)產(chan)與(yu)(yu)國民經濟的(de)穩(wen)定發展；其中，連(lian)(lian)(lian)接金(jin)(jin)具是保障架空輸電線(xian)(xian)路穩(wen)定運行的(de)關(guan)鍵(jian)一環。由(you)于連(lian)(lian)(lian)接金(jin)(jin)具服役環境通常為高空，受(shou)摩擦時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)磨損、熱量以及環境中風(feng)力、溫度(du)等物(wu)理因素影響，需要(yao)經受(shou)耐磨性能、高溫強度(du)的(de)考驗。球頭掛環是架空輸電線(xian)(xian)路連(lian)(lian)(lian)接金(jin)(jin)具常用的(de)連(lian)(lian)(lian)接件之一，起到連(lian)(lian)(lian)接懸式絕(jue)緣子與(yu)(yu)懸式絕(jue)緣子串的(de)作用，在服役期間需承受(shou)熱力耦合強磨損的(de)惡劣工況，若其發生(sheng)嚴重(zhong)變形或失效(xiao)，可一步引發絕(jue)緣子掉串等線(xian)(xian)路故障，威脅架空輸電線(xian)(xian)路的(de)安全運行。

2、為保證電(dian)力系統的穩定運行(xing)(xing)，需(xu)定期沿架(jia)空輸(shu)電(dian)線路(lu)進行(xing)(xing)巡(xun)(xun)檢。然而，由于(yu)電(dian)網(wang)鋪設面積廣闊、球(qiu)(qiu)頭掛(gua)環(huan)(huan)磨損程度評估(gu)難以統一等問題，巡(xun)(xun)檢需(xu)耗費大量人(ren)力物力；此(ci)(ci)外，即使發現(xian)球(qiu)(qiu)頭掛(gua)環(huan)(huan)劣化失(shi)效，更(geng)(geng)換部件也(ye)極為麻煩。因此(ci)(ci)，在二者共同作用(yong)下，顯著增加(jia)了電(dian)力系統的運維成本(ben)。若從提(ti)高材(cai)料本(ben)征性能角度出(chu)發，制備出(chu)性能更(geng)(geng)加(jia)優良(liang)的球(qiu)(qiu)頭掛(gua)環(huan)(huan)，則(ze)能夠在保障架(jia)空輸(shu)電(dian)線路(lu)安全運行(xing)(xing)的同時減(jian)少所需(xu)的巡(xun)(xun)檢頻率，降(jiang)低運維成本(ben)、提(ti)高運行(xing)(xing)效率。

3、高(gao)溫合(he)金(jin)中含有碳(tan)化(hua)物(wu)形成元(yuan)(yuan)素(su)，經固溶(rong)時(shi)效(xiao)處理后，合(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)析(xi)出形成時(shi)效(xiao)碳(tan)化(hua)物(wu)，合(he)金(jin)碳(tan)化(hua)物(wu)作為(wei)硬質相(xiang)(xiang)可強(qiang)化(hua)材料力學性(xing)能(neng)；同時(shi)，經固溶(rong)時(shi)效(xiao)處理后基體(ti)金(jin)屬為(wei)穩定的時(shi)效(xiao)馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)，不會在(zai)(zai)溫度升高(gao)后發生(sheng)微觀相(xiang)(xiang)變(bian)導致宏(hong)觀型材或鑄(zhu)(zhu)件(jian)變(bian)形。然而，盡管高(gao)溫合(he)金(jin)中合(he)金(jin)碳(tan)化(hua)物(wu)提升了型材或鑄(zhu)(zhu)件(jian)的強(qiang)度，但在(zai)(zai)摩(mo)擦磨(mo)損(sun)(sun)時(shi)會受摩(mo)擦副影響在(zai)(zai)基體(ti)金(jin)屬上滑動，產生(sheng)磨(mo)粒(li)磨(mo)損(sun)(sun)并在(zai)(zai)型材或鑄(zhu)(zhu)件(jian)基體(ti)上留下(xia)微觀溝(gou)壑，增(zeng)大了型材或鑄(zhu)(zhu)件(jian)磨(mo)損(sun)(sun)率。

4、球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄鐵作(zuo)為一種(zhong)經典(dian)自潤滑(hua)材(cai)(cai)料(liao)，摩(mo)擦時表面石墨(mo)在剪切應力作(zuo)用下可形(xing)成覆(fu)蓋工作(zuo)面的(de)潤滑(hua)膜、降(jiang)低(di)型材(cai)(cai)或鑄件摩(mo)擦系(xi)數，有助于減小球(qiu)(qiu)頭(tou)掛(gua)環(huan)磨(mo)損率(lv)。然(ran)而，傳統球(qiu)(qiu)墨(mo)鑄鐵及其等(deng)溫淬火(huo)強(qiang)韌化熱處理(li)無法使材(cai)(cai)料(liao)滿足(zu)球(qiu)(qiu)頭(tou)掛(gua)環(huan)服役所需力學性(xing)能，特別(bie)是(shi)高溫力學性(xing)能。

技術實現思路

1、針對現有(you)技術中球(qiu)頭掛環維護成本較高的問題，本發明提(ti)出(chu)一種高溫(wen)服役(yi)型馬(ma)氏體鋼/球(qiu)形石墨(mo)自(zi)潤滑復合材料及其制備方法、應用(yong)。

2、本發明還提(ti)供了(le)一(yi)種高溫服(fu)役型馬氏體鋼/球形石(shi)墨自潤滑復合材料的制備(bei)方(fang)法(fa)。

3、本發明另(ling)一目的(de)為提供了上述高溫服役(yi)型馬氏體鋼/球形石(shi)墨自潤(run)滑復(fu)合(he)材料在制備馬氏體鋼/球形石(shi)墨復(fu)合(he)材料球頭掛環中(zhong)的(de)應用。

4、為(wei)達到上述目的，本(ben)發明采(cai)用(yong)以下(xia)技術方案予以實現：

5、本發(fa)明提供了一種高(gao)溫服役型馬氏(shi)體(ti)鋼/球形(xing)石(shi)墨自潤滑復合材料，按質(zhi)量百分(fen)(fen)比計包括以下組分(fen)(fen)：c?3.5%～3.9%、si?2.8%～3.0%、al?1.2%～1.4%、cr?0.3%～0.5%、mo2.6%～3.3%、v?0.9%～1.0%、ni?1.8%～2.0%、mn≤0.1%、p≤0.1%、ce?0.03%～0.05%、s≤0.02%，0.05%～0.1%的mg殘留、余量為fe和不可避免(mian)的雜質(zhi)。

6、優選的(de)，cr、mo、v總和不小于(yu)3.85%；?si、al、ni總和不小于(yu)5.9%。

7、本發明還提供了上述(shu)高溫服役型馬氏體鋼/球形石墨(mo)自潤滑復(fu)合材料(liao)的(de)制備方法(fa)，包括以下(xia)步驟：

8、s1：將孕育球化處理的富合金元素(su)鐵水進行快冷，得(de)到(dao)完(wan)全共(gong)晶(jing)組(zu)織的型材或鑄件；

9、s2：對型材或鑄件(jian)進行固溶(rong)處理，獲(huo)得固溶(rong)后的(de)型材或鑄件(jian)；

10、s3：對固(gu)溶后(hou)的型材或鑄件進行時效(xiao)處理(li)，獲得高溫服役型馬氏(shi)體鋼/球(qiu)形石(shi)墨(mo)自(zi)潤滑復合材料。

11、優選的(de)，s1中(zhong)，所述快冷(leng)的(de)冷(leng)卻速率≥50?℃/s。

12、優選的，s2中，固(gu)溶處理的方法為：將型材或鑄(zhu)件升溫至1010～1050℃并保溫1～3h，隨后出(chu)爐淬火至室溫。

13、優(you)選的，所述升溫(wen)的速率為360～480?℃/h。

14、優選的(de)(de)，s3中，所述時(shi)效處理的(de)(de)方法為：將固溶處理后(hou)的(de)(de)型(xing)材或(huo)鑄件再次(ci)升(sheng)溫(wen)(wen)至500～550℃，保溫(wen)(wen)1～2?h，然(ran)后(hou)出爐空冷至室(shi)溫(wen)(wen)。

15、本發明提供的(de)高溫服役型(xing)馬氏(shi)體鋼/球(qiu)形石墨自潤滑復合(he)(he)材料(liao)的(de)最(zui)終態組織室溫下(xia)為時效(xiao)馬氏(shi)體、球(qiu)狀(zhuang)石墨、合(he)(he)金碳化物與殘余奧氏(shi)體，最(zui)終態組織的(de)室溫洛氏(shi)硬度(du)為55±5?hrc，高溫壓縮強度(du)為2150±100?mpa。

16、本發明還提供了(le)利(li)用上述(shu)制備(bei)方法制備(bei)得到的高溫(wen)服役(yi)型馬氏體(ti)鋼/球(qiu)形石墨自潤滑復合材料在制備(bei)球(qiu)頭掛環中(zhong)的應用。

17、本發明制備的復合材料(liao)在受到(dao)熱(re)力耦合強磨(mo)損時(shi)，工作面出現自生(sheng)成的石墨(mo)膜。

18、本發(fa)明通過(guo)合(he)(he)(he)(he)理設計球(qiu)(qiu)墨鑄鐵(tie)的合(he)(he)(he)(he)金(jin)成分(fen)及其熱(re)處理工藝(yi)，利用(yong)水平(ping)連鑄技(ji)術制備出高(gao)溫服(fu)役型馬氏體鋼(gang)/球(qiu)(qiu)形石(shi)墨自(zi)潤滑復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料，并對其進行固溶-時效熱(re)處理調性(xing)，獲得具(ju)有穩定相(xiang)結(jie)構(gou)的馬氏體鋼(gang)基體，且合(he)(he)(he)(he)金(jin)基體內(nei)鑲嵌有石(shi)墨球(qiu)(qiu)的復合(he)(he)(he)(he)材(cai)料。該(gai)材(cai)料同時具(ju)有優良的高(gao)溫力(li)學性(xing)能(neng)(neng)和球(qiu)(qiu)墨帶來(lai)的自(zi)潤滑性(xing)能(neng)(neng)，能(neng)(neng)夠有效改善高(gao)溫合(he)(he)(he)(he)金(jin)易磨損、球(qiu)(qiu)墨鑄鐵(tie)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)不足的難題，將在(zai)以架空(kong)輸電線路連接金(jin)具(ju)為代表的工程領域(yu)具(ju)備廣闊的應用(yong)空(kong)間和重要的使用(yong)價值。

19、與現有技(ji)術相比(bi)，本發(fa)明具有以下有益效果：

20、（1）本發明提供一(yi)種高(gao)溫服役型(xing)(xing)(xing)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)/球(qiu)形石(shi)墨(mo)(mo)自潤滑復合材(cai)料的(de)(de)制備方法，該(gai)方法通過將孕育球(qiu)化(hua)處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)富合金(jin)元(yuan)素(su)鐵(tie)水快冷到偽(wei)共(gong)(gong)(gong)晶(jing)區(qu)，得(de)到完全共(gong)(gong)(gong)晶(jing)組織的(de)(de)型(xing)(xing)(xing)材(cai)或(huo)鑄件(jian)(jian)，此時(shi)型(xing)(xing)(xing)材(cai)或(huo)鑄件(jian)(jian)的(de)(de)鑄態(tai)組織為金(jin)屬基(ji)體(ti)加快冷到偽(wei)共(gong)(gong)(gong)晶(jing)區(qu)過程中形成(cheng)的(de)(de)大塊(kuai)共(gong)(gong)(gong)晶(jing)碳化(hua)物(wu)與共(gong)(gong)(gong)晶(jing)石(shi)墨(mo)(mo)球(qiu)；然(ran)后(hou)對型(xing)(xing)(xing)材(cai)或(huo)鑄件(jian)(jian)進行(xing)固溶(rong)處(chu)理(li)，使(shi)(shi)型(xing)(xing)(xing)材(cai)或(huo)鑄件(jian)(jian)中的(de)(de)大塊(kuai)一(yi)次合金(jin)碳化(hua)物(wu)分解為合金(jin)元(yuan)素(su)原子與碳原子固溶(rong)進入(ru)金(jin)屬基(ji)體(ti)；最后(hou)，對固溶(rong)處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)型(xing)(xing)(xing)材(cai)或(huo)鑄件(jian)(jian)進行(xing)時(shi)效處(chu)理(li)，使(shi)(shi)固溶(rong)的(de)(de)合金(jin)元(yuan)素(su)重新以(yi)時(shi)效碳化(hua)物(wu)形式析出，獲(huo)得(de)由石(shi)墨(mo)(mo)球(qiu)、時(shi)效馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)與細小時(shi)效碳化(hua)物(wu)組成(cheng)的(de)(de)混合組織，獲(huo)得(de)高(gao)溫服役型(xing)(xing)(xing)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)/球(qiu)形石(shi)墨(mo)(mo)自潤滑復合材(cai)料；

21、（2）本發(fa)明通(tong)過固溶處(chu)理使鑄態的(de)(de)(de)大塊共晶碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物部(bu)分(fen)分(fen)解，并通(tong)過時效(xiao)處(chu)理獲得重(zhong)新析(xi)出的(de)(de)(de)細小合(he)金碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物與(yu)時效(xiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，使最終得到(dao)高溫(wen)服(fu)役型馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)/球(qiu)(qiu)形(xing)石(shi)墨自潤滑復合(he)材(cai)(cai)料組織包括石(shi)墨球(qiu)(qiu)、時效(xiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)與(yu)細小時效(xiao)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物。由于(yu)通(tong)過該方法制(zhi)備的(de)(de)(de)高溫(wen)服(fu)役型馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)/球(qiu)(qiu)形(xing)石(shi)墨自潤滑復合(he)材(cai)(cai)料內部(bu)產生了彌(mi)散的(de)(de)(de)時效(xiao)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物與(yu)熱穩定(ding)性較好(hao)的(de)(de)(de)時效(xiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，故金屬(shu)高溫(wen)力學性能較好(hao)；且鑲嵌在金屬(shu)基體(ti)(ti)中的(de)(de)(de)石(shi)墨球(qiu)(qiu)可在摩擦(ca)時形(xing)成石(shi)墨膜，因(yin)而具(ju)有高溫(wen)強(qiang)硬(ying)性好(hao)、免潤滑及摩擦(ca)系(xi)數低(di)等優點，是球(qiu)(qiu)頭掛環等部(bu)件(jian)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)備選材(cai)(cai)料，具(ju)備在電力工程領域開展試點應用的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)價值。

22、（3）本發明提供的(de)復合(he)材(cai)料(liao)，通過提升c含量(liang)確保鐵基體(ti)(ti)中形(xing)成(cheng)(cheng)足夠的(de)石墨(mo)球(qiu)與(yu)合(he)金碳化(hua)(hua)物(wu)；利用ni、si、al的(de)石墨(mo)化(hua)(hua)作(zuo)用保證石墨(mo)以球(qiu)狀鑲嵌在(zai)金屬(shu)基體(ti)(ti)中，確保擠壓(ya)時石墨(mo)膜的(de)覆(fu)蓋率(lv)；利用cr、mo、v等碳化(hua)(hua)物(wu)形(xing)成(cheng)(cheng)元素獲得(de)共晶碳化(hua)(hua)物(wu)，使(shi)其在(zai)固溶處理中分解固溶入金屬(shu)基體(ti)(ti)，并在(zai)時效處理中獲得(de)高碳時效馬(ma)氏體(ti)(ti)與(yu)時效碳化(hua)(hua)物(wu)，實現型材(cai)或鑄件的(de)強硬化(hua)(hua)，提高型材(cai)或鑄件的(de)高溫(wen)力(li)學性(xing)能。

23、（4）本發明提(ti)供的(de)高(gao)溫(wen)服役(yi)型馬(ma)氏(shi)體鋼/球(qiu)形(xing)石(shi)墨(mo)自(zi)潤滑復(fu)合材(cai)料(liao)的(de)金(jin)相(xiang)組織內部含有石(shi)墨(mo)球(qiu)、時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)馬(ma)氏(shi)體與(yu)(yu)細小(xiao)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)碳化(hua)物，金(jin)屬內部產(chan)生了彌散分布(bu)的(de)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)碳化(hua)物與(yu)(yu)熱(re)穩(wen)定性較好的(de)時(shi)(shi)效(xiao)(xiao)馬(ma)氏(shi)體，且鑲嵌在(zai)金(jin)屬基體中的(de)石(shi)墨(mo)球(qiu)摩擦(ca)時(shi)(shi)可以形(xing)成石(shi)墨(mo)膜(mo)，故滿足球(qiu)頭掛環材(cai)料(liao)對其提(ti)出的(de)自(zi)潤滑與(yu)(yu)高(gao)溫(wen)力學性能的(de)要求。

24、（5）本發(fa)明通(tong)過(guo)高溫服役型馬氏體(ti)鋼(gang)/球(qiu)形石墨自潤滑復(fu)合材料制備得到的球(qiu)頭掛環(huan)，該球(qiu)頭掛環(huan)具有摩擦系(xi)數(shu)小、免潤滑和高溫強硬性好等優點。