專利名稱：合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金粉芯管絲生成耐磨復(fù)合材料的制備工藝，特別涉 及合金粉芯管絲在金屬基體上原位生成耐磨復(fù)合材料制備工藝。
技術(shù)背景在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，很多重要的機(jī)械設(shè)備及其零部件處在高速、 高溫、高壓、重載等惡劣的工況條件下，對(duì)材料性能的要求不斷提高， 單一材料的性能很難滿足使用要求。利用表面工程技術(shù)在金屬材料表 面生成一層性能優(yōu)異并與基體結(jié)合牢固的復(fù)合材料，既保持了金屬材 料韌性、塑性優(yōu)良的特點(diǎn)，又能發(fā)揮增強(qiáng)材料耐磨性好的特點(diǎn)，既滿 足了在惡劣工況下對(duì)材料的性能要求，又降低了成本，具有很好的應(yīng) 用前景。目前，金屬基復(fù)合材料已成為各國(guó)高新技術(shù)研究開發(fā)的重要領(lǐng) 域，制備方法主要有粉末冶金、熱擠壓、熔滲、攪拌鑄造、熱噴涂、 原位生成等。粉末冶金是通過粉末壓制或注射成形，然后在一定的溫 度下進(jìn)行燒結(jié)，通過物質(zhì)原子的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)顆粒之間的固結(jié)，燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，能耗高；熱擠壓是通過施加外壓使液態(tài)金屬滲入增強(qiáng)材料的預(yù) 制件縫隙中凝固成形，主要用于鋁、鎂等低熔點(diǎn)有色金屬材料復(fù)合， 對(duì)于高熔點(diǎn)鋼鐵金屬材料很難應(yīng)用；熔體浸滲是將金屬液體浸滲入多 孔的粉末預(yù)制塊中，這種方法存在一個(gè)金屬液與粉末的潤(rùn)濕性問題， 同時(shí)預(yù)制塊多用粘結(jié)劑制作，在高溫下產(chǎn)生氣體，容易形成氣孔；攪 拌鑄造法是將陶瓷粉末直接加入到基體金屬液中，并進(jìn)行一定方式的 攪拌，然后澆鑄成形，由于顆粒細(xì)小，不易進(jìn)入和均勻分散到金屬液 體中；熱噴涂工藝存在對(duì)材料的選擇較窄、耐磨層太薄、界面結(jié)合強(qiáng) 度偏低等缺陷；原位自生成是增強(qiáng)體在基體金屬內(nèi)部自己生成和生長(zhǎng)的方法，基體與增強(qiáng)材料間的相容性好，界面清潔干凈、結(jié)合牢固， 有較優(yōu)異的力學(xué)性能，但可選擇的材料體系有限，共晶增強(qiáng)材料的體 積分?jǐn)?shù)也無法調(diào)整。金屬基耐磨復(fù)合材料優(yōu)異的綜合性能，己經(jīng)顯示 出在許多領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，但是由于制造成本還太高，工藝復(fù)雜 等因素的影響，應(yīng)用范圍還受到很大限制。有人利用合金粉芯管絲進(jìn) 行堆焊復(fù)合，在金屬基體表面堆焊一層耐磨層，但必須配備專用的堆 焊設(shè)備，作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，效率低，二者不能形成良好的冶金結(jié)合，耐 磨層容易剝落開裂，適用范圍也有限。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種合金粉芯管絲原位生成耐 磨復(fù)合材料的制備工藝，該工藝在金屬基體表面形成一層高合金耐磨 材料，使其具有優(yōu)良的耐磨性能，同時(shí)與金屬基體冶金結(jié)合融為一體， 保留了金屬基體的良好韌性。為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括以下步驟1) 、選用直徑為4)2mm d)5mm的合金粉芯管絲(4)，其外皮為 低碳軟鋼，內(nèi)部為高合金粉末，高合金粉末粒度為50 200目，填充 率為30%~60%，按照工件結(jié)構(gòu)，將管絲剪切、彎制、固定成形；2) 、按照鑄造工藝要求制作砂型(7)和澆冒口系統(tǒng)(6)，并將 成形管絲(4),按照占耐磨層20%~50%的體積比例，預(yù)埋在砂型型 腔(5)內(nèi)；3) 、將砂型(7)進(jìn)行烘干預(yù)熱，溫度100°C~400°C;4) 、冶煉基體金屬(3)，待達(dá)到1300。C 1550。C出爐，通過澆注 系統(tǒng)(6)，將基體金屬液(3)澆入型腔(5)內(nèi)，注滿為止；5) 、室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即 制成由高合金耐磨層(1)、冶金過渡層(2)和基體金屬層(3)組成的耐磨復(fù)合材料。所述砂型(7)是采用樹脂砂或水玻璃砂制作。 所述基體金屬(3)選用普通碳鋼、合金鋼、高錳鋼等。 所述基體金屬(3)采用中頻感應(yīng)電爐或電弧爐熔煉。 本發(fā)明的有益效果是1、 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)"用合金粉芯管絲進(jìn)行堆焊復(fù)合"技術(shù)相 比，由于本發(fā)明采用鑄造法復(fù)合，復(fù)合過程中由于基體金屬液的高溫 作用，合金粉末溶解彌散，與基體金屬液發(fā)生冶金化合反應(yīng)，同時(shí)由 于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了結(jié)晶過程，阻礙 了合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而使合金元素在原位富集，晶粒顯著細(xì) 化，析出大量彌散的高硬度的硬質(zhì)化合物，凝固后便形成了高合金耐 磨層，并與基體金屬形成良好的冶金過渡結(jié)合，界面結(jié)合牢固，耐磨 性與韌性有機(jī)統(tǒng)一，整體性能顯著提高。2、 合金粉末可根據(jù)工件的使用要求進(jìn)行配比，成分可調(diào)，適應(yīng) 性廣。3、 由于采用了較純的合金粉末，不含粘結(jié)劑等雜質(zhì)，因此不會(huì) 產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷，內(nèi)部組織性能優(yōu)良。4、 可根據(jù)工件的工作面磨損要求，設(shè)置耐磨層厚度，達(dá)到最佳 使用效果，節(jié)約大量貴重金屬。5、 制成的復(fù)合材料可根據(jù)使用要求，進(jìn)行二次加工或處理，工 藝性能好。6、 由于管絲具有一定的塑性，成型性好，可適用于多種形狀結(jié) 構(gòu)的產(chǎn)品。7、 采用冶金鑄造法制備，不存在潤(rùn)濕性問題，工藝簡(jiǎn)便，成本 較低。


圖1為合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料制備工藝示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1、附圖2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā) 明并不限于以下實(shí)例。實(shí)施例l:制作35鋼與高鉻合金的耐磨復(fù)合材料。本發(fā)明制造工藝按照以下步驟進(jìn)行A、 選用3.2mm直徑的合金粉芯管絲(4)，合金粉為高碳鉻鐵粉， 粒度80 120目，填充率50%，按照工件結(jié)構(gòu)，將管絲剪切、彎制、 固定成形；B、 采用樹脂砂，按照鑄造工藝要求制作砂型(7)和澆冒口系 統(tǒng)(6)，并將成形管絲(4)，按照占耐磨層40。/。的體積比例，預(yù)埋在 砂型型腔(5)內(nèi)；C、 將砂型(7)進(jìn)行烘干預(yù)熱，溫度200'C;D、 選用35鋼材質(zhì)，用電弧爐冶煉，待達(dá)到150(TC出爐，通過 澆注系統(tǒng)(6)，將35鋼液澆入型腔(5)內(nèi)，注滿為止；E、 室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即 制成由高鉻合金耐磨層(1)、冶金過渡層(2)和35鋼基體金屬層(3) 組成的耐磨復(fù)合材料。實(shí)施例2:制作高錳鋼與高鉻鉬合金的耐磨復(fù)合材料。 本發(fā)明制造工藝按照以下步驟進(jìn)行A、 選用4.0mm直徑的合金粉芯管絲(4)，合金粉為高碳鉻鐵粉 與鉬鐵粉，粒度60 100目，填充率40%，按照工件結(jié)構(gòu)，將管絲剪 切、彎制、固定成形；B、 采用玻璃砂，按照鑄造工藝要求制作砂型(7)和澆冒口系 統(tǒng)(6)，并將成形的管絲(4)，按照占耐磨層50%的體積比例，預(yù)埋在砂型型腔(5)內(nèi)；C、 將砂型(7)烘干預(yù)熱，溫度300'C;D、 選用高錳鋼材質(zhì)，用中頻感應(yīng)電爐冶煉，待達(dá)到145(TC出爐， 通過澆注系統(tǒng)(6)，將高錳鋼液澆入型腔(5)內(nèi)，注滿為止；E、 室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即 制成由高鉻鉬合金耐磨層(1)、冶金過渡層(2)、高錳鋼基體金屬層(3)組成的耐磨復(fù)合材料。 實(shí)施例3:制作20鋼與高鉻釩合金的耐磨復(fù)合材料。 本發(fā)明制造工藝按照以下步驟進(jìn)行A、 選用2.0mm直徑的合金粉芯管絲(4)，合金粉為高碳鉻鐵粉 與釩鐵粉，粒度100-150目，填充率30%，按照工件結(jié)構(gòu)，將管絲剪 切、彎制、固定成形；B、 采用樹脂砂，按照鑄造工藝要求制作砂型(7)和澆冒口系 統(tǒng)(6)，并將成形的管絲(4)，按照占耐磨層30%的體積比例，預(yù)埋 在砂型型腔(5)內(nèi)；C、 將砂型(7)烘干預(yù)熱，溫度150'C;D、 選用20鋼材質(zhì)，用電弧爐冶煉，待達(dá)到140(TC出爐，通過 澆注系統(tǒng)(6)，將20鋼液澆入型腔(5)內(nèi)，注滿為止；E、 室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即 制成由高鉻釩合金耐磨層(1)、冶金過渡層(2)、 20鋼基體金屬層(3)組成的耐磨復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1、一種合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料的制備工藝，其特征是它包括以下步驟1)、選用直徑為φ2mm～φ5mm的合金粉芯管絲(4)，其外皮為低碳軟鋼，內(nèi)部為高合金粉末，高合金粉末粒度為50～200目，填充率為30％～60％，按照工件結(jié)構(gòu)，將管絲剪切、彎制、固定成形；2)、按照鑄造工藝要求制作砂型(7)和澆冒口系統(tǒng)(6)，并將成形管絲(4)，按照占耐磨層20％～50％的體積比例，預(yù)埋在砂型型腔(5)內(nèi)；3)、將砂型(7)進(jìn)行烘干預(yù)熱，溫度100℃～400℃；4)、冶煉基體金屬(3)，待達(dá)到1300℃～1550℃出爐，通過澆注系統(tǒng)(6)，將基體金屬液(3)澆入型腔(5)內(nèi)，注滿為止；5)、室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制成由高合金耐磨層(1)、冶金過渡層(2)和基體金屬層(3)組成的耐磨復(fù)合材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料的制 備工藝，其特征是所述砂型(7)是采用樹脂砂或水玻璃砂制作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料的制 備工藝，其特征是所述基體金屬(3)選用普通碳鋼、合金鋼、高 錳鋼等。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料的制 備工藝，其特征是所述基體金屬(3)采用中頻感應(yīng)電爐或電弧爐熔煉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合金粉芯管絲原位生成耐磨復(fù)合材料的制備工藝，本發(fā)明由于采用鑄造法復(fù)合，復(fù)合過程中由于基體金屬液的高溫作用，合金粉末溶解彌散，與基體金屬液發(fā)生冶金化合反應(yīng)，同時(shí)由于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了結(jié)晶過程，阻礙了合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而使合金元素在原位富集，晶粒顯著細(xì)化，析出大量彌散的高硬度的硬質(zhì)化合物，凝固后便形成了高合金耐磨層，并與基體金屬形成良好的冶金過渡結(jié)合，界面結(jié)合牢固，耐磨性與韌性有機(jī)統(tǒng)一，整體性能顯著提高。
文檔編號(hào)B22F7/04GK101239396SQ20081001728
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者宏 武, 許云華 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)