專利名稱：一種復(fù)合耐磨鎬頭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎬頭的制備，特別是涉及一種鐵路搗固機(jī)械用復(fù)合耐磨 鎬頭的制備方法，該方法制備的復(fù)合耐磨鎬頭，其中含有柱狀硬質(zhì)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn) 了耐磨性與強(qiáng)韌性的有機(jī)統(tǒng)一，使鎬頭的整體機(jī)械性能顯著提高。
背景技術(shù)：
鐵軌是鋪設(shè)在枕木上的，而枕木下面鋪墊的是碎石。列車在高速運(yùn)行時(shí) 產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，是碎石發(fā)生移動(dòng)，從而導(dǎo)致枕木甚至是鐵軌發(fā)生位移，進(jìn)而 威脅到列車運(yùn)行的安全。為了保障鐵路軌道穩(wěn)固、安全，必須對(duì)鐵路路軌、 路基進(jìn)行及時(shí)地養(yǎng)護(hù)，其中一項(xiàng)重要的工作就是將碎石搗固。
目前使用的搗固機(jī)械是一種鎬體，其前端為鎬頭，后部為鎬把，鎬頭與 鎬把之間采用整體鑄造或鍛造而成為一體。為了控制成本，鎬頭與鎬把采用 同樣的材料制成，選用材料強(qiáng)度較差，導(dǎo)致鎬頭極易磨損。反而影響了鎬體 整體的使用壽命，提高了養(yǎng)護(hù)搗固機(jī)械的成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種復(fù) 合耐磨鎬頭的制備方法，該方法制備的復(fù)合耐磨鎬頭，由高硬度柱狀硬質(zhì)點(diǎn) 和高韌性基體金屬兩部分復(fù)合而成，既具有基體金屬的高強(qiáng)度和高韌性，又 具有硬質(zhì)相的高硬度和高抗磨性，能夠同時(shí)承受高沖擊和強(qiáng)烈磨損，具有使 用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉、制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能夠大幅降低鐵軌養(yǎng)護(hù)搗固機(jī)械成 本。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 一種復(fù)合耐磨鎬頭的制備方法，其特征在于，該方法將合金粉芯棒材扎制成捆，布置于鎬頭鑄型的型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占鎬頭總體積的20% 60%，然后把熔化的基體金屬液澆入鎬頭的鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬的熱作 用下，合金粉芯棒材發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素與基 體金屬液產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后冷卻凝 固形成棒狀硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性高強(qiáng)度 的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨鎬 頭。
采用本發(fā)明的方法制備的復(fù)合耐磨鎬頭具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 由于采用合金粉芯棒材，內(nèi)部填充合金粉末，在基體金屬液的高溫 作用下，合金粉芯棒材中的合金粉末燒結(jié)、溶解、擴(kuò)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，凝固后便形成了鑲嵌在 基體金屬中的宏觀上呈棒狀的硬質(zhì)相，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，解決了硬質(zhì)相脫落、碎裂的難題，耐磨性與強(qiáng)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)鎬頭的使用要求進(jìn)行配比，成分可調(diào)，適應(yīng)性廣。
3、 由于合金粉芯棒材不含粘結(jié)劑等雜質(zhì)，因此不會(huì)產(chǎn)生夾渣氣孔等缺 陷，內(nèi)部組織性能優(yōu)良。
4、 本發(fā)明的復(fù)合成型工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，便于 大規(guī)模生產(chǎn)。
5、 根據(jù)使用工況，柱狀硬質(zhì)點(diǎn)在基體中的比例可調(diào)，并分布均勻；
6、 根據(jù)鎬頭的結(jié)構(gòu)，可對(duì)鎬頭實(shí)現(xiàn)表面復(fù)合、區(qū)域局部復(fù)合或整體復(fù)合.
7、 根據(jù)搗固介質(zhì)，可調(diào)整柱狀硬質(zhì)點(diǎn)的直徑大小和分布間距，可從毫米級(jí)向微米級(jí)調(diào)整，鎬頭的整體力學(xué)性能大幅提高。


圖l是復(fù)合耐磨鎬頭制備工藝示意圖； 圖2是復(fù)合耐磨鎬頭結(jié)構(gòu)剖視圖。 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
具體實(shí)施例方式
參見附圖，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，制備一定直徑和合金粉末配比的 合金粉芯棒材l,以一定尺寸和一定比例的合金芯棒材扎制成捆，布置于鎬 頭鑄型2的型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占鎬頭總體積的20% 60%，然后把熔化 的基體金屬3液澆入鎬頭的鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬3的熱作用下，合金粉芯 棒材l發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材1中的大量合金元素與基體金屬液3產(chǎn) 生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后冷卻凝固形成棒狀 硬質(zhì)相4與基體金屬3冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性高強(qiáng)度的金屬為 基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨鎬頭。
上述合金粉芯棒材l直徑為①2mm ①10mm，其外皮為低碳鋼管壁厚為 0.1 lrnm，芯部為粒度為50 200目的合金粉末。
上述合金粉芯棒材l芯部的合金粉末由高碳鉻鐵粉構(gòu)成，根據(jù)需要可添 加鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉等合金粉。
上述合金粉末也可以由碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅、氮 化鈦粉末中的一種或幾種構(gòu)成。
上述基體金屬3是高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公 知的鑄鋼或鑄鐵中的一種。
以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例，本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。 實(shí)施例l:制備高鉻合金為硬質(zhì)相、A3鋼為基體的棒狀復(fù)合耐磨鎬頭
1、選用3mm直徑的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1內(nèi)裝入的合金粉末為高碳鉻鐵粉，粒度100 150目，裁剪成與鎬頭高度相同的高 度；
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作鎬頭鑄型2;
3、 將合金粉芯棒材捆按照占鎬頭的50%的體積比例，布置于鎬頭鑄型 2的型腔內(nèi)；
4、 選用A3鋼作為基體金屬3，用中頻爐冶煉熔化后，達(dá)到1600'C出爐， 將鋼液澆入鎬頭鑄型2的型腔內(nèi)，注滿為止；
5、 室溫冷卻，待基體金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制 成高鉻合金為棒狀硬質(zhì)相4、 A3鋼為基體金屬3的復(fù)合耐磨鎬頭。
當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，合金粉末也可以選擇高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵 粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
實(shí)施例2:制備碳化鉤為硬質(zhì)相、A3鋼為基體的棒狀復(fù)合耐磨鎬頭
1、 選用5mm直徑的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1內(nèi)裝入 的合金粉末為碳化鴇合金粉，粒度150目，裁剪成與鎬頭高度相同的長(zhǎng)度；
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作鎬頭鑄型2;
3、 將合金粉芯棒材1按照占鎬頭40%的體積比例，預(yù)置在鎬頭型腔內(nèi)；
4、 選用A3鋼作為基體金屬3，用中頻爐冶煉熔化后，達(dá)到1600'C出爐， 將鋼液澆入鑄型2的型腔內(nèi)，注滿為止；
5、 室溫冷卻，待基體金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制 成碳化鎢為棒狀硬質(zhì)相4、 A3鋼組織為基體組織3的復(fù)合耐磨鎬頭。 實(shí)施例3:制備碳化鉤為硬質(zhì)相、高錳鋼為基體的棒狀復(fù)合耐磨鎬頭
1、 選用8mm直徑的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1內(nèi)裝入 的合金粉末為碳化鎢合金粉，粒度50-80目，裁剪成與鎬頭高度相同的長(zhǎng)度;
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作鎬頭鑄型2;
3、 將合金粉芯棒材1按照占鎬頭60%的體積比例，預(yù)置在鎬頭型腔內(nèi)；4、 選用高錳鋼Mnl3作為基體金屬3，用中頻爐冶煉熔化后，達(dá)到1650 "C出爐，將鋼液澆入鑄型2的型腔內(nèi)，注滿為止；
5、 室溫冷卻，待基體金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制 成碳化鎢為棒狀硬質(zhì)相4、高錳鋼組織為基體組織3的復(fù)合耐磨鎬頭。
上述實(shí)施例2、 3中，按照不同的需求，合金粉末還可以選擇碳化硅、碳
化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
上述實(shí)施例中，按照不同的需求，基體金屬3還可以選擇灰口鑄鐵或球
墨鑄鐵，均能夠制成合格的復(fù)合耐磨鎬頭。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合耐磨鎬頭的制備方法，其特征在于，該方法將合金粉芯棒材扎制成捆，布置于鎬頭鑄型的型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占鎬頭總體積的20％～60％，然后把熔化的基體金屬液澆入鎬頭的鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬的熱作用下，合金粉芯棒材發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素與基體金屬液產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后冷卻凝固形成棒狀硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性高強(qiáng)度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨鎬頭。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯棒材為直 徑0)lmm O10mm，壁厚0.1~1.0mm的低碳鋼管，芯部灌裝有粒度為50目 200目的合金粉末。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為碳化鎢、 碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為高碳鉻 鐵粉，或者是高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基體金屬是鑄鋼或 鑄鐵。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鋼是高錳鋼、低 碳鋼或合金鋼。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鐵是灰口鑄鐵或 球墨鑄鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合耐磨鎬頭的制備方法，該方法將合金粉芯棒材扎制成捆，布置于鎬頭鑄型的型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占鎬頭總體積的20％～60％，然后把熔化的基體金屬液澆入鎬頭的鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬的熱作用下，合金粉芯棒材發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素與基體金屬液產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后冷卻凝固形成棒狀硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性高強(qiáng)度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨鎬頭。既具有基體金屬的高強(qiáng)度和高韌性，又具有硬質(zhì)相的高硬度和高抗磨性，能夠同時(shí)承受高壓和強(qiáng)烈磨損，具有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉、制備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D19/08GK101412091SQ20081023249
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 宏 武, 牛立斌, 王永平, 許云華 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)