专利名称：表面硬化的不锈铸造合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及可硬化不锈钢，具体地，涉及用于制造高尔夫杆头的表面硬化不锈钢。
背景技术：
当用于制造铁杆和挖起杆的高尔夫杆头时，多数钢具有一系列缺点。例如，高尔夫职业选手喜欢兼具耐腐蚀性和“手感或感觉”以及高抛光度的球杆，这种“感觉”与表面硬度和核心硬度之间的平衡有关。核心硬度一般与高尔夫球杆的手感或感觉有关，而表面硬度则与球杆的外观的美感以及其耐腐蚀性和耐划擦性有关。具有期望特性的不锈钢铸造合金的缺乏，已经迫使高尔夫球杆设计者在此应用中使用镀铬合金。然而，镀铬合金价格昂贵，而且易于污染环境。因此，需要一种解决前述问题的合金及其制备方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种表面硬化的不锈钢部件。该部件由不锈钢合金形成，其中该合金一般包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬，和优选包括占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳，占合金重量最高达约1.5％含量的锰，占合金重量约0.25％至约1.5％含量的硅，占合金重量最高达约1.0％含量的钼，基于合金总重量，以余量存在的铁。
该铸造部件优选具有一外表面和一外壳，该外壳被定义为紧靠部件外表面的第一层。该铸造部件还包括一核心，其被定义为远离外表面的第二层。该核心硬度优选为约HRB 80(洛氏硬度B标尺)至约HRC50(洛氏硬度C标尺)，更优选核心硬度为约HRC 20至约HRC 34。并且外壳优选硬度不低于相当于约HRC 30，更优选外壳硬度不低于相当于约HRC 50。还优选的是，外壳和核心的碳浓度不同，外壳的碳浓度大于核心的碳浓度。所述外壳还具有约0.002至约0.035英寸的厚度。所述部件的屈服强度不大于约125,000psi。优选所述铬的含量占合金重量的约15.5％至约18.0％。优选所述铬的含量占合金重量的约16.5％至约18.0％。所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.24％。优选所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.21％。所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约1.0％。优选所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约0.6％。所述钼的含量占合金重量的约0.25％至约0.5％。所述硅的含量占合金重量的约0.3％至约1.0％。优选所述硅的含量占合金重量的约0.3％至约0.8％。
根据本发明的一个方面，提供一种高尔夫杆头，其由上面所述的铸造部件形成。所述高尔夫杆头包括楔形撞击表面。
根据所述铸造部件的进一步的特征，所述外壳具有一碳浓度并且所述核心具有一碳浓度，所述外壳的碳浓度高于所述核心的碳浓度。
在本发明的另一个方面，提供一种由不锈钢合金形成的表面硬化的铸造部件，所述合金包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬；其中，所述铸造部件具有一外表面和一外壳，所述外壳定义为紧靠所述外表面的第一层，所述部件还包括一核心，所述核心定义为临近所述外壳而远离所述表面的所述部件的第二层，其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，并且所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30。所述合金还包括占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳。优选所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.21％。所述合金还包括占合金重量最高达约1.5％含量的锰。优选所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约0.6％。所述合金还包括占合金重量约0.25％至约1.5％含量的硅。优选所述硅的含量占合金重量的约0.3％至约0.8％。所述合金还包括占合金重量最高达约1.0％含量的钼。优选所述钼的含量占合金重量的约0.25％至约0.5％。优选所述铬的含量占合金重量的约16.5％至约18％。
根据本发明的另一个方面提供一种高尔夫杆头，其由上面所述的不锈钢铸造部件形成。所述高尔夫杆头包括楔形撞击表面。
根据所述铸造部件的进一步的特征，所述外壳具有约0.002至约0.035英寸的厚度。所述外壳具有一碳浓度并且所述核心具有一碳浓度，所述外壳的碳浓度高于所述核心的碳浓度。
根据所述铸造部件的进一步的特征，所述核心的硬度为约HRC20至约HRC34。所述外壳的硬度不低于相当于约HRC50。
在本发明的另一个方面，提供一种制造表面硬化的不锈钢铸造部件的方法，包括下列步骤提供由合金形成的铸造部件，所述合金包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬；和在约1600°F至约1900°F的温度，对所述铸造部件进行渗碳处理约1小时至短于约2小时。
根据该方法的进一步特征，包括在约1900°F至约2100°F的温度，对所述铸造部件进行均匀化处理约1至约4小时。优选所述均匀化温度约为2100°F。优选所述均匀化处理时间约为1.5小时。
根据该方法的进一步特征，包括在所述渗碳处理步骤之前，在约1100°F至约1400°F的温度，对所述铸造部件预热约30分钟至1小时。优选所述预热温度约为1200°F。优选所述预热时间约为30分钟。
根据该方法的进一步的特征，还包括用温度约100°F至约200°F的液体对所述铸造部件进行淬火约5分钟至约15分钟。所述液体是油。
根据该方法的进一步的特征，还包括在不超过约-100°F的温度，冷却所述铸造部件约1至约3小时。优选所述冷却温度约为-100°F。优选所述冷却时间约为2小时。
根据该方法的进一步特征，还包括在约200°F至约600°F的温度，对所述铸造部件进行回火处理约1至约3小时。优选所述回火温度约为300°F。
根据该方法的进一步的特征，所述合金还包括占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳。优选所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.24％。更优选所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.21％。所述合金还包括占合金重量最高达约1.5％含量的锰。优选所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约1.0％。更优选所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约0.6％。所述合金还包括占合金重量约0.25％至约1.5％含量的硅。优选所述硅的含量占合金重量的约0.3％至约1.0％。更优选所述硅的含量占合金重量的约0.3％至约0.8％。所述合金还包括占合金重量最高达约1.0％含量的钼。优选所述钼的含量占合金重量的约0.25％至约0.5％。优选所述铬的含量占合金重量的约15.5％至约18.0％。更优选所述铬的含量占合金重量的约16.5％至约18.0％。
根据该方法的进一步的特征，优选所述渗碳时间约为1小时。所述渗碳温度约为1800°F。
根据该方法的进一步的特征，所述铸造部件通过将所述合金成型为高尔夫杆头的形状制造而得。
根据本发明的另一个方面，提供一种高尔夫杆头，其由上面所述的方法制造。
根据该方法的另一个方面，所述渗碳步骤形成铸造部件的外壳，所述外壳定义为第一层，并且所述铸造部件的核心定义为第二层，其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，并且所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造高尔夫杆头的方法，其包括a.提供钢合金，所述钢合金包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬；b.将所述合金成型为具有高尔夫杆头形状的部件；c.对所述部件进行预热；d.对所述部件进行渗碳处理；e.用液体对所述部件进行淬火；f.冷却所述部件；和g.对所述部件进行回火处理。所述成型步骤通过熔模铸造进行。所述渗碳步骤在约1600°F至约1900°F的温度进行约1至约3小时。优选所述渗碳温度约为1800°F，所述渗碳时间约1小时。所述铬的含量占合金重量的约16.5％至约18％。
根据该方法的进一步的特征，还包括均匀化所述部件。所述预热步骤在约1100°F至约1400°F的温度进行约30分钟至约1小时。优选所述预热温度约为1200°F。在所述淬火步骤中，所述液体的温度为约100°F至约200°F。所述冷却步骤在不超过约-100°F的温度进行约1至约3小时。优选所述冷却温度约为-100°F，所述冷却时间约为2小时。所述回火步骤在约200°F至约600°F的温度进行约1小时至约3小时。优选所述回火温度约为300°F。
根据该方法的进一步的特征，所述合金还包括占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳。优选所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.21％。所述合金还包括占合金重量最高达约1.5％含量的锰。优选所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约0.6％。所述合金还包括占合金重量约0.25％至约1.5％含量的硅。优选所述硅的含量占合金重量的约0.3％至约0.8％。所述合金还包括占合金重量最高达约1.0％含量的钼。优选所述钼的含量占合金重量的约0.3％至约0.8％。优选所述铬的含量占合金重量的约16.5％至约18％。
根据该方法的进一步的特征，所述部件具有一外表面，并且其中所述渗碳步骤形成一外壳，所述外壳定义为紧靠所述外表面的所述部件的第一层，以及一核心，所述核心定义为临近所述外壳而远离所述表面的所述部件的第二层，并且其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，而所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30。
根据该方法的进一步的特征，还包括对所述部件进行抛光。
根据该方法的进一步的特征，将所述合金成型为具有高尔夫杆头形状的部件的步骤，包括将所述合金成型为具有楔形撞击表面的部件。
根据该方法的进一步的特征，所述液体是油。
根据该方法的进一步的特征，所述熔融铸造包括通过下列步骤制备铸造模(i)提供临时预制件，所述预制件为高尔夫杆头形状的；(ii)用耐火粉浆围住所述预制件；(iii)硬化所述耐火粉浆；(iV)熔融所述预制件；(v)从所述硬化的耐火粉浆除去所述熔融的预制件；其中，所述硬化的耐火粉浆是铸造模。成型步骤还包括加热所述合金并将它浇注到所述铸造模中。均匀化步骤在约1900°F至约2100°F温度进行约1至约4小时。优选所述均匀化步骤在约2100°F温度进行约1.5小时。
在本发明的另一方面，提供了一种制造高尔夫杆头的方法。根据该方法，将包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬的钢合金成型为具有高尔夫杆头形状的部件。优选地，该部件被预热、渗碳、淬火、冷却和回火。更优选地，它包括一外表面，和一外壳，其定义为紧靠外表面的第一层，以及一核心，其定义为临近外壳而远离外表面的第二层。其中，该核心的硬度优选为HRB约80至HRC约50，更优选硬度为HRC约20至HRC约34。外壳硬度优选不低于相当于约HRC30，更优选不低于相当于约HRC 50。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造高尔夫杆头的方法，包括a.通过下列步骤制备铸造模(i)提供临时预制件，所述预制件为高尔夫杆头形状的；(ii)用耐火粉浆围住所述预制件；(iii)硬化所述耐火粉浆；(iv)熔融所述预制件；(v)从所硬化的耐火粉浆除去所述熔融的预制件；其中，所述硬化的耐火粉浆是铸造模；b.混和含量为16.5wt.％至约18.0wt.％的铬，含量为约0.13wt.％至约0.21wt.％的碳，含量为约0.3wt.％至约0.6wt.％的锰，含量为约0.3wt.％至约0.8wt.％的硅，含量为约0.25wt.％至约0.5wt.％的钼和以余量存在的铁；c.熔融所混和的成分，以形成混合物；d.将所述混合物浇注到所述铸造模中，以形成铸造部件；e.将所述铸造部件从所述铸造模中移去，所述铸造部件具有一外表面；f.在约2100°F的温度，对所述铸造部件均匀化处理约1.5小时；g.在约1200°F的温度，对所述铸造部件预热约30分钟至约1小时；h.在约1800°F的温度，对所述铸造部件渗碳处理约1小时，从而形成具有一碳浓度的外壳，所述外壳定义为紧靠所述外表面的所述铸造部件的第一层，以及具有一碳浓度的核心，所述核心定义为临近所述外壳而远离所述表面的所述铸造部件的第二层，所述外壳碳浓度高于所述核心碳浓度；i.用温度约100°F至约200°F的液体对所述铸造部件进行淬火约5分钟至约15分钟；j.在约-100°F的温度，冷却所述铸造部件约2小时；k.在约300°F的温度，对所述铸造部件进行回火处理约1至约3小时；和1.对所述部件进行抛光；其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30，且所述部件的屈服强度不超过约125,000psi。
根据本发明的另一个方面，提供一种高尔夫杆头，其按如下步骤制备a.通过下列步骤制备铸造模(i)提供临时预制件，所述预制件为高尔夫杆头形状的；(ii)用耐火粉浆围住所述预制件；(iii)硬化所述耐火粉浆；(iv)熔融所述预制件；以及(v)从所硬化的耐火粉浆去除所述熔融的蜡模；其中，所述硬化的耐火粉浆是铸造模；b.混和含量为16.5wt.％至约18.0wt.％的铬，含量为约0.13wt.％至约0.21wt.％的碳，含量为约0.3wt.％至约0.6wt.％的锰，含量为约0.3wt.％至约0.8wt.％的硅，含量为约0.25wt.％至约0.5wt.％的钼和以余量存在的铁；c.熔融所混和的成分，以形成混合物；d.将所述混合物浇注到所述铸造模中，以形成铸造部件；e.将所述铸造部件从所述铸造模中移出，所述铸造部件具有一外表面；f.在约2100°F的温度，对所述铸造部件均匀化处理约1.5小时；g.在约1200°F的温度，对所述铸造部件预热约30分钟至约1小时；h.在约1800°F的温度，对所述铸造部件渗碳处理约1小时，从而形成具有一碳浓度的外壳，所述外壳定义为紧靠所述表面的所述铸造部件的第一层，以及具有一碳浓度的核心，所述核心定义为临近所述外壳而远离所述表面的所述铸造部件的第二层，所述外壳的碳浓度高于所述核心碳浓度；i.用温度约100°F至约200°F的液体对所述铸造部件进行淬火约5分钟至约15分钟；i.在约-100°F的温度，冷却所述铸造部件约2小时；k.在约300°F的温度，对所述铸造部件进行回火处理约1至约3小时；和1.对所述部件进行抛光；其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30，所述部件的屈服强度不超过约125,000psi。
根据本发明的另一个方面，提供一种表面硬化的不锈钢铸造部件，按如下步骤制备a.提供铸造模；b.混和重量含量为约16.5wt.％至约18.0wt.％的铬，含量为约0.13wt％至约0.21wt.％的碳，含量为约0.3wt.％至约0.6wt.％的锰，含量为约0.3wt.％至约0.8wt.％的硅，含量为约0.25wt.％至约0.5wt.％的钼和以余量存在的铁；c.熔融所混和的成分，以形成不锈钢混合物；d.将所述不锈钢混合物浇注到所述铸造模中，以形成铸造部件；e.将所述铸造部件从所述铸造模中移出，所述铸造部件具有一外表面；f.在约2100°F的温度，对所述铸造部件均匀化处理约1.5小时；g.在约1200°F的温度，对所述铸造部件预热约30分钟至约1小时；h.在约1800°F的温度，对所述铸造部件渗碳处理约1小时，从而形成具有一碳浓度的外壳，所述外壳定义为紧靠所述表面的所述铸造部件的第一层，以及具有一碳浓度的核心，所述核心定义为临近所述外壳而远离所述表面的所述铸造部件的第二层，所述外壳碳浓度高于所述核心碳浓度；i.用温度约100°F至约200°F的液体对所述铸造部件进行淬火约5分钟至约15分钟；j.在约-100°F的温度，冷却所述铸造部件约2小时；k.在约300°F的温度，对所述铸造部件进行回火处理约1至约3小时；和1.对所述部件进行抛光；其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30，所述部件的屈服强度不超过约125,000psi。
根据本发明的另一个方面，提供一种表面硬化钢铸造部件的方法，包括a.提供具有外表面的钢铸造部件；b.在约2100°F的温度，对所述铸造部件均匀化处理约1.5小时；c.在约1200°F的温度，对所述铸造部件预热约30分钟至约1小时；d.在约1800°F的温度，对所述铸造部件渗碳处理约1小时，从而形成定义为第一层的外壳和定义为第二层的核心；e.用温度约100°F至约200°F的液体对所述铸造部件进行淬火约5分钟至约15分钟；f.在约-100°F的温度，冷却所述铸造部件约2小时；g.在约300°F的温度，对所述铸造部件进行回火处理约1至约3小时；和h.对所述钢铸造部件进行抛光；其中，所述核心的硬度为约HRB 80至约HRC 50，并且所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30。
在本发明的另一方面，提供一种制备表面硬化的不锈钢部件的方法。该方法包括提供由不锈钢合金形成的铸造部件，其中，该合金包括一般占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬；并对该部件进行渗碳处理，优选在约1600°F至约1900°F的温度，进行渗碳约1至短于约2小时。
通过参考附图，本发明将更容易被理解图1是根据本发明优选实施方案的高尔夫杆头的透视图。
具体实施例方式
本发明主要涉及不锈钢合金部件及其制备方法。本发明具体关于高尔夫杆头的制造。
下面描述根据本发明的表面硬化的不锈钢部件的实施方案。根据该实施方案，该部件由不锈钢合金形成，该不锈钢合金一般包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬，占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳，占合金重量最高达约1.5％含量的锰，占合金重量约0.25％至约1.5％含量的硅，占合金重量最高达约1.0％含量的钼，除了常见于商业级不锈钢的微量或痕量杂质之外，余量为铁。例如，该合金可以包括最高达约0.03wt.％的硫，最高达约0.02wt.％的磷，最高达约0.03wt.％的氮的痕量元素。
该合金更优选包括占合金重量约16.5％至约18.5％含量的铬，占合金重量约0.13％至约0.24％含量的碳，占合金重量约0.3％至约1.0％含量的锰，占合金重量约0.25％至约0.5％含量的钼，占合金重量约0.3％至约1.0％含量的硅。特别优选的是，铬的含量占合金重量的约16.5％至约18.0％，碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.21％，锰的含量占合金重量的特别优选约0.3％至约0.6％，钼的含量占合金重量的约0.25％至约0.5％，硅的含量占合金重量的约0.3％至约0.8％。
根据本实施方案，该铸造部件包括一外表面和一外壳，该外壳定义为紧靠外表面的第一层。该铸造部件还包括一核心，其定义为远离外表面的第二层。
在该部件中包括外壳和核心的层优选定义为在约1600°F至约1900°F的温度，进行渗碳处理约1小时至短于约2小时后的层。优选渗碳处理温度约1800°F，渗碳时间约1小时。根据该实施方案，该部件优选在渗碳处理之前，在约1900°F至约2100°F的温度，均匀化处理约1至约4小时。特别优选均匀化温度约为2100°F，均匀化时间约为1.5小时。通过在紧靠部件外表面的部位提供局部高碳浓度，渗碳处理将改变部件的碳含量。然而，这里描述的碳的重量百分比是指铸造钢部件被渗碳处理之前的含量情况。
在对部件渗碳之前，该部件优选在约1100°F至约1400°F的温度，预热一段时间，该预热时间的长短与部件厚度有关，最优选在约30分钟至约1小时之间。更优选地，预热步骤在均匀化步骤之后，而在渗碳处理步骤之前。预热温度特别优选约1200°F。
该部件也优选由预热温度淬入液体中，如油中。淬火更优选在渗碳处理步骤之后，且在约100°F至约200°F的液体温度，保持约5分钟至约15分钟。特别优选，在约200°F的液体温度，淬火约10分钟。
此外，该部件优选被冷却。更优选地，冷却在淬火之后，且在不超过约-100°F的温度，冷却约1至约3小时。特别优选，在温度约-100°F冷却约2小时。特别优选地是，用已知的冷却工艺进行冷却。
根据该实施方案，该部件也优选被回火。更优选地，回火在冷却步骤之后，且在约200°F至约600°F的温度，进行约1至约3小时。特别优选在约300°F的回火温度进行约2小时。如果需要获得期望的核心和外壳硬度，该回火步骤可以在约600°F的温度反复回火部件，如果需要，可以在约1400°F的温度进行。
优选在回火之后，对该部件进行抛光。抛光一般从铸件表面除去约0.002至约0.006英寸的厚度，优选除去约0.002至约0.004英寸的厚度，更优选除去约0.002至约0.003英寸的厚度。
在此公开的方法和组分一般将产生硬度优选约为HRB 80至约HRC50的核心，更优选硬度约HRC 20至约HRC 34的核心。在回火和抛光之后，在此公开的方法和组分一般将产生硬度不低于相当于约HRC30，更优选不低于相当于约HRC 50的外壳。具有前述范围内的核心硬度的部件通常将具有不超过约125,000psi的屈服强度。不希望受限于任何理论，相信组分、渗碳程度和回火条件都影响核心硬度和屈服强度。从部件外表面量起的抛光后的外壳厚度优选约为0.002至约0.035英寸，更优选约为0.002至0.030英寸，且优选整个部件均匀一致。
如上所述，描述于此的合金及其加工方法特别适用于制造高尔夫杆头。现在描述根据本发明制造高尔夫杆头的方法的实施方案。根据该实施方案，包括一般占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬的钢合金被成型为高尔夫杆头的形状，优选具有楔-形的撞击表面。优选地，熔模铸造工艺用于形成铸模，该铸模用于将合金成型为高尔夫杆头形状。
更优选地，熔模铸造工艺包括提供临时预制件(preform)-例如，高尔夫杆头形状的蜡预制件，用耐火粉浆(slurry)和耐火灰泥(stucco)围住预制件。优选涂覆若干层粉浆和灰泥，直到获得需要的厚度。制成的壳然后置于热压罐中，以除去蜡预制件。该壳然后被置于预热炉，并提高其温度，直到达到用于浇注钢合金所需要的温度。然后，熔融钢合金，并浇注到被预热的铸模中。充分冷却后，该部件被从硬化的粉浆铸模(slurry mold)中移出。
从铸模中移出之后，该部件通过对其进行渗碳处理进行表面硬化，优选在预热之后。渗碳处理之后，该部件优选由预热温度淬入液体，优选油，然后被冷却。冷却步骤之后，该部件优选进行回火和抛光，以制成成品部件。尽管各种不同温度和时间可以用于前述的每一个步骤，上面描述的用于预热、渗碳、淬火、冷却和回火步骤的温度和时间为优选的温度和时间。进一步优选对高尔夫杆头进行均匀化处理，更优选在预热步骤之前，并使用上面描述的温度和时间对高尔夫杆头进行均匀化处理。
参考图1，示出了依据本发明优选实施方案制造的高尔夫杆头。高尔夫杆10一般包括一个头部30和一个柄20(图1只示出了一部分的柄)。头部30包括外表面40。面35构成击打高尔夫球的外表面40的一部分。根据本发明的该实施方案制造的高尔夫杆头将优选包括外壳50，其被定义为紧靠外表面40的第一层。它们也优选包括核心60，其被定义为临近壳体50并远离外表面40的第二层。核心60的硬度优选为约HRB 80至约HRC 50，更优选硬度为约HRC 20至约HRC 34。外壳50优选硬度不低于相当于约HRC 30，更优选硬度不低于相当于约HRC 50。优选地，头部30具有不超过约125,000psi的屈服强度。从部件外表面40量起的外壳50抛光后的厚度优选约0.002至约0.035英寸，更优选约0.002至约0.030英寸，且优选整个头部30均匀一致。
如上描述，用于制造本实施方案的高尔夫杆头的钢合金一般包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬。铬的含量更优选占合金重量的约15.5％至约18％，特别优选占合金重量约16.5％至约18％。优选地，该合金还包括占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳。碳含量更优选占合金重量的约0.13％至约0.24％，特别优选占合金重量约0.13％至约0.21％。
该合金还优选包括占合金重量最高达约1.5％含量的锰。锰含量更优选占合金重量的约0.3％至约1.0％，特别优选占合金重量约0.3％至约0.6％。
此外，该合金优选包括占合金重量最高达约1％含量的钼，更优选占合金重量约0.25％至约0.5％。该合金也优选包括占合金重量约0.25％至约0.5％的硅，硅的含量更优选占合金重量约0.3％至约1.0％，特别优选占合金重量约0.3％至约0.8％。
通过下面的根据本发明制造的表面硬化的不锈钢部件的具体示例，可以更好地理解本发明。下表1列出的是四个合金样品的实验结果，该合金是根据本发明的一个实施方案进行表面硬化的。这些样品在2100°F的温度，均匀化处理1.5小时，随后，在1200°F的温度，预热30分钟。这些样品然后在1800°F的温度，渗碳处理1小时。设定碳势火碳位以在由表面起0.004英寸的抛光前深度处，获得HRC 62的外壳硬度。渗碳处理之后，在-100°F的温度，冷却2小时，并在300°F温度回火2小时，以获得需要的核心硬度和表面硬度。回火后硬度显示于表1中“渗碳后的核心硬度”栏。这些部件随后加热到600°F和1400°F温度，以进一步改进核心硬度。
表1
如表2所示，渗碳之后，样品1和样品4在自铸件表面起0.004英寸深度的表面硬度为HRC 62，负荷为500g(努普硬度)。渗碳之后，样品1和4被抛光，以除去大约0.004英寸的合金。抛光之后，样品被剖开，并测量从样品表面起各个深度的样品横向显微硬度。用已知的视觉技术，测得样品1外壳深度约0.006英寸，测得样品4外壳深度为约0.035英寸。如表2所示，这些样品具有大于相当于HRC 30的外壳硬度。
表2包括横向显微硬度测量结果和它们相应的从样品表面起的深度。负号用来显示深度是抛光后从部件表面开始测量的。
表2
前述实施方案只是本发明的示例。本领域技术人员可以大量地使用上述实施方案，或修改上述实施方案，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不以任何方式受限于这些实施方案，或由这些实施方案限定，相反，本发明仅由所附权利要求书来限定。
权利要求
1.一种由不锈钢合金形成的表面硬化的铸造部件，所述合金包括占合金重量约15.5％至约18.5％含量的铬；占合金重量约0.13％至约0.29％含量的碳；占合金重量最高达约1.5％含量的锰；占合金重量约0.25％至约1.5％含量的硅；占合金重量最高达约1.0％含量的钼；和以合金的余量存在的铁；其中，所述铸造部件具有一外表面和一外壳，所述外壳定义为紧靠所述表面的所述部件的第一层，所述铸造部件还包括一核心，所述核心定义为临近所述外壳而远离所述表面的所述铸造部件的第二层，其中，所述核心的硬度为约HRB80至约HRC50，并且所述外壳的硬度不低于相当于约HRC30。
2.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述外壳还具有约0.002至约0.035英寸的厚度。
3.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述部件的屈服强度不大于约125,000psi。
4.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述铬的含量占合金重量的约15.5％至约18.0％。
5.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述铬的含量占合金重量的约16.5％至约18.0％。
6.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.24％。
7.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述碳的含量占合金重量的约0.13％至约0.21％。
8.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约1.0％。
9.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述锰的含量占合金重量的约0.3％至约0.6％。
10.如权利要求1所述的铸造部件，其中所述钼的含量占合金重量的约0.25％至约0.5％。
全文摘要
本发明公开了表面硬化的不锈钢部件及其制备方法。该部件包括一外壳，其定义为紧靠该部件外表面的第一层，以及一核心，其定义为临近外壳而远离外表面的第二层。该核心的硬度为洛氏硬度(B标尺)约80至洛氏硬度(C标尺)约50。该外壳的硬度不低于相当于洛氏硬度(C标尺)的约30。
文档编号C22C9/00GK1733959SQ20051007494
公开日2006年2月15日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年8月11日
发明者R·纳瑟－拉菲, M·怀特, J·蒙特罗萨 申请人:盖恩斯马特有限公司