專利名稱：一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于礦漿、泥漿、煤粉、石油等的物料輸送領域的送物料機械設 備的葉輪部件的制備，特別涉及一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的制 備方法。
背景技術：
煤炭、冶金、礦山、電力等工業(yè)行業(yè)廣泛應用漿泵、粉煤泵等來輸送礦 漿、泥漿、粉煤等，而且用量巨大。傳統(tǒng)的葉輪的制造通常采用高合金鋼、 鑄鐵、陶瓷及聚氨酯有機體等材料制作，由于葉輪在泵高速運轉中受到物料 的強烈沖刷作用而磨損嚴重，而且多數(shù)工況都存在腐蝕環(huán)境，從而加大了材 料的損耗。葉輪存在的嚴重磨損和腐蝕，破壞了葉輪的平穩(wěn)性，產(chǎn)生強烈振 動和噪聲，降低了泵的物料輸送效率，甚至使整個物料輸送系統(tǒng)由于壓力不 夠而不能正常工作，給用戶帶來了巨大的備件費用和檢修費用。因此，多種 工況下都對葉輪的耐磨性和耐蝕性提出了較高要求。目前，制作葉輪的材料 有高合金、鑄鐵、陶瓷及聚氨酯有機體等材料。高合金葉輪耐磨性一般，抗 腐蝕性較差，且成本較高，其使用壽命短，通常為2-4個月；高鉻鑄鐵材料 雖耐磨性能，但難以進行機械加工；陶瓷葉輪耐磨性能好，但容易在運輸、 安裝和使用過程中受到?jīng)_擊而發(fā)生脆裂而報廢，并且生產(chǎn)工藝要求高，產(chǎn)品 質量不穩(wěn)定且成品率低，所以很少有實際應用。聚氨酯葉輪由于重量輕、成 型好，耐磨性和耐腐蝕性較高而在近年來有所應用，但使用中發(fā)現(xiàn)，聚氨酯 葉輪在輸送細顆粒的物料時，使用效果較好，當物料中存在對大顆粒尖銳棱 角的顆粒時，由于葉輪的高速運轉，將受到高應力沖擊，導致葉輪被撕裂破 壞。因此單一材料無法滿足對葉輪強度、韌性、耐磨性、易加工性等多方面的性能要求，必須開發(fā)出新型的復合材料來生產(chǎn)葉輪，以滿足各行業(yè)對葉輪 的生產(chǎn)實際需要。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種原 生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的制備方法，該方法明制備的原生柱/帶狀硬 質相復合耐磨葉輪，其綜合性能顯著優(yōu)于高合金、鑄鐵、陶瓷及聚氨酯有機 體等材料制成的葉輪，其規(guī)?；茝V將顯著提高行業(yè)相關企業(yè)的經(jīng)濟效益。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案
一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的制備方法，其特征在于，制得 的該原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的前蓋板、后蓋板和葉片的表面為復 合材料，所述的復合材料為高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬冶金結 合而成，具體制備至少包括下列步驟
步驟一，用合金粉芯絲/帶材按照葉輪的前蓋板、后蓋板和葉片形狀編 織成前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架；
步驟二，采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作前蓋板、后蓋板和葉片鑄型； 步驟三，將前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架放置在鑄型 的型腔中，合金粉芯絲/帶材骨架5的實際體積占表面復合層總體積的20% 80%;
步驟四，將冶煉熔化的高溫基體金屬鋼液澆入到鑄型的型腔內，利用高 溫基體金屬鋼液的熱量，對編制前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材 骨架進行鑄滲、燒結或溶化，合合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體 金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質
相；
步驟五，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質 相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，制得以高韌性高強度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的前蓋板、
后蓋板和葉片；
步驟六，對前蓋板、后蓋板和葉片進行機加工，達到規(guī)定尺寸精度要求； 步驟七，機加工完成后，將前蓋板、后蓋板和葉片通過焊接或連接到葉 輪的軸箍上，形成高耐磨的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪。
本發(fā)明的方法制成的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪具有以下優(yōu)點
1、 由于采用合金粉芯絲/帶材，內部填充合金粉末，在基體金屬液的高 溫作用下，合金粉芯絲/帶材中的合金粉末燒結、溶解、擴散，與基體金屬 液發(fā)生冶金化合反應，同時由于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度， 縮短了結晶過程，阻礙了合金元素的進一步擴散，從而使合金元素在原位富 集，晶粒顯著細化，析出大量彌散的高硬度的硬質化合物，凝固后便形成了 鑲嵌在基體金屬中的宏觀上呈柱/帶狀的硬質相，并與基體金屬形成良好的 冶金過渡結合，界面結合牢固，解決了硬質相脫落、碎裂的難題，耐磨性與 韌性有機統(tǒng)一，且復合體的抗拉性能和抗壓性能好。本法制備的高耐磨原生 柱/帶狀硬質相復合葉輪的整體性能優(yōu)良，顯著優(yōu)于高合金鋼、鑄鐵、陶瓷 及聚氨酯有機體等材料制成的各種葉輪。
2、 合金粉末可根據(jù)工件的使用要求進行配比，成分可調，適應性廣。
3、 由于合金粉芯絲/帶材不含粘結劑等雜質，因此不會產(chǎn)生夾渣氣孔等 缺陷，內部組織性能優(yōu)良，明顯優(yōu)于一般的粉末冶金方法制備硬質合金葉輪 的組織結構。
4、 本發(fā)明的復合成型工藝可控性強、成品率高、生產(chǎn)質量穩(wěn)定，便于 大規(guī)模生產(chǎn)。
5、 柱/帶狀硬質點為整體原位反應生成，相界面達到冶金結合，材料組 織致密且無明顯缺陷。
6、 可根據(jù)使用工礦，柱/帶狀硬質點在基體中的比例可調，并分布均勻；7、根據(jù)具體使用要求，可調整柱/帶狀硬質點的直徑或形狀大小以及分 布形式，絲/帶材尺寸可從毫米級向微米級調整，以進一步提高復合材料的 耐磨性能；
9、本方法制備的耐磨復合葉輪具有高耐磨和韌性，使用壽命可為鑄鐵 葉輪的IO倍以上，能為行業(yè)相關企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。


圖l為合金粉芯絲材的結構示意圖2是柱狀硬質相復合前蓋板、后蓋板和葉片的制備工藝示意圖； 圖3為本實施例制作的復合葉輪機構示意圖； 圖4為圖3的A-A剖面示意圖； 圖5為耐磨復合材料的結構示意圖； 圖6耐磨復合材料的金相組織圖。
下面結合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參見附圖，按照本發(fā)明的技術方案，首先制備一定直徑和合金粉末配 比的合金粉芯絲材3，合金粉芯絲材3的制備是，將合金粉末l包裹于低碳鋼 管皮2中，形成合金粉芯絲材3;也可以將合金粉芯絲材3制成壓制帶材使用。 本實施例選用截面尺寸為03mm的合金粉芯絲/和或帶材，按照葉輪的前蓋 板、后蓋板和葉片形狀編織成前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨 架4;并采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作前蓋板、后蓋板和葉片鑄型5;將 前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架4放置在鑄型5的型腔中，合 金粉芯絲/帶材骨架5的實際體積占表面復合層總體積的20% 80%;將冶煉熔 化的基體金屬8的高溫鋼液澆入到鑄型5的型腔內，利用高溫基體金屬鋼液的 熱量，對編制前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架4進行鑄滲、燒 結或溶化，合合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相；室溫冷卻，待 金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質相與基體金屬冶金過渡結合 融為一體，取出鑄件，清砂處理，制得以高韌性高強度的金屬為基體、內含 冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的前蓋板、后蓋板和葉片。對前蓋板、 后蓋板和葉片進行機加工，達到規(guī)定尺寸精度要求后，通過焊接或連接到葉 輪的軸箍上，形成高耐磨的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪。
合金粉芯絲/帶材截面可為圓形或方形或長方形(圓截面直徑范圍 ①2mm ①10mm，方形截面邊長范圍2mm 10mm;長方形截面尺寸由絲材壓制 成相應帶材截面形狀決定)，包裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為O. 1 mm lmm;芯部為粒度為50 300目的合金粉末。
上述合金粉芯絲/帶材芯部的合金粉末由高碳鉻鐵粉構成，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成。
上述基體金屬是高錳鋼、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)明人給出的實施例，但本發(fā)明并不限于以下實施例。 實施例制備高鉻合金為硬質相、A3鋼為基體的高耐磨柱狀硬質相復合葉輪
1、取合金粉1包裹于低碳鋼管皮2中，形成合金粉芯絲材3 (圖l);合金 粉芯絲材3也可以制成壓制帶材使用，合金粉芯絲/和或帶材截面為圓形或方 形或長方形(圓截面直徑范圍①2mm cD 10mm，方形截面邊長范圍2mm 10mm; 長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶材截面形狀決定)，包裹合金粉末1的低 碳鋼管2皮壁厚為0. 1 mm lmm;合金粉芯絲/帶材3的芯部灌裝有合金粉末， 粒度為50 300目；合金粉芯絲材3具有良好柔軟度，可機械化編制成各種形 狀的骨架結構。選用直徑為3mm的合金粉芯絲材/和或帶材，合金粉末為高碳鉻鐵粉，粒度100 150目；將合金粉芯絲材編織成葉輪的前蓋板5、后蓋板6 和葉片7形狀的合金粉芯絲/帶材骨架4;
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作前蓋板5、后蓋板6和葉片7的 鑄型5;
3、 將前蓋板5、后蓋板6和葉片7的合金粉芯絲/帶材骨架4放置在鑄 型5腔中；
4、 選用A3鋼作為基體金屬8，用中頻爐冶煉熔化后，達到160(TC出爐， 將鋼液從澆道9澆入鑄型5的型腔內，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，即制成高 鉻合金為柱狀硬質相IO、 A3鋼為基體金屬(8)的前蓋板、后蓋板和葉片；
6、 對前蓋板、后蓋板和葉片進行機加工，達到規(guī)定尺寸精度要求；
7、 機加工完成后，將前蓋板、后蓋板和葉片通過焊接或連接到葉輪的 軸箍上，形成高耐磨的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪。
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合耐磨葉輪。
權利要求
1、一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的制備方法，其特征在于，制得的該原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的前蓋板、后蓋板和葉片的表面為復合材料，所述的復合材料為高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬冶金結合而成，具體制備至少包括下列步驟步驟一，用合金粉芯絲/帶材按照葉輪的前蓋板、后蓋板和葉片形狀編織成前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架；步驟二，采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作前蓋板、后蓋板和葉片鑄型；步驟三，將前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架放置在鑄型的型腔中，合金粉芯絲/帶材骨架5的實際體積占表面復合層總體積的20％～80％；步驟四，將冶煉熔化的高溫基體金屬鋼液澆入到鑄型的型腔內，利用高溫基體金屬鋼液的熱量，對編制前蓋板、后蓋板和葉片的合金粉芯絲/帶材骨架進行鑄滲、燒結或溶化，合合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相；步驟五，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即制得以高韌性高強度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的前蓋板、后蓋板和葉片；步驟六，將前蓋板、后蓋板和葉片進行機加工，達到規(guī)定尺寸精度要求；步驟七，機加工完成后，將前蓋板、后蓋板和葉片通過焊接或連接到葉輪的軸箍上，形成高耐磨的原生柱/帶狀硬質相復合葉輪。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯絲/帶材截 面為圓形或方形或長方形，其中圓形直徑范圍①2mm-①10mm，方形截面邊長范圍2mm-10mm;長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶材截面形狀決定；包 裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0.1mm lmm，合金粉芯絲材的芯部灌裝有 合金粉末，粒度為50目 300目。
3、 如權利要求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)明公開了一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨葉輪的制備方法，這種復合葉輪的復合材質由高硬度柱狀硬質相和韌性金屬基體復合而成。它是由前蓋板、后蓋板、葉片和軸箍組成。軸箍上固定的前蓋板、后蓋板、葉片是由合金粉芯絲/帶材緊密編織骨架與韌性金屬基體復合而成。本發(fā)明特點是柱/帶狀硬質相為高溫下原位反應生成；柱/帶狀硬質相中的合金元素與基體組織進行短程擴散，形成冶金結合界面；可根據(jù)使用工礦，柱/帶狀硬質相在基體中的比例可調，由于骨架編織可控，所以復合層中硬質相可達到均勻分布；具有設備投入少、成本低、操作簡單等特點；具有高耐磨性和韌性，綜合使用性能明顯優(yōu)于高合金鋼、鑄鐵、陶瓷及聚氨酯有機體等材料制成的葉輪。
文檔編號B22D19/08GK101417333SQ20081023256
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 彭建洪, 宏 武, 牛立斌, 許云華 申請人:西安建筑科技大學