專利名稱：一種提高鑄滲合金層厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在制品上，制品內(nèi)，制品周圍鑄造，該制品成為產(chǎn)品的一部份;用于制造襯套或包覆層，如耐磨金屬的鑄造。
直接用鑄造法制成表面合金化的鑄件，為提高鑄件的耐磨性、耐蝕性及耐熱性開創(chuàng)了一條新的途徑，具有許多優(yōu)越性。常用的方法是將合金粉末粘附、貼固或涂刷在鑄型的特定表面上，然后澆注母材金屬熔液，利用其熱量使表面合金粉末熔化而與母材金屬結(jié)合，從而在鑄件表面形成特殊性能的合金層。采用粘貼工藝必須事先制備合金預(yù)制件，該預(yù)制件由合金粉末、熔劑、粘結(jié)劑/合金粉末、粘結(jié)劑組成，制成片狀/其他形狀。
制備合金預(yù)制件用的合金粉末，參照抗磨材料合金化原則，抗磨鑄件表面合金化選用的合金元素以Cr為主，加入W、Mo、V、Ti、Mn、B等;提高耐蝕性的元素為Cr、Ni、Cu，其中Cr、Cu同時兼有耐熱性能。通常以Cr-Fe作為研究對象。合金粉末除采用鐵合金和純元素外，還有用碳化物、硼化物、氮化物等粉末。粉末粒度為0.06～1.4mm，粒度對浸透深度有顯著的影響，粒度細(xì)浸透深度淺，直徑小于0.06mm的合金粉末不能形成合金層，粒度過大則不能被母材熔液完全熔化。
粘結(jié)劑的作用是將合金顆粒粘結(jié)在一起，并使合金預(yù)制件具有一定的強(qiáng)度，避免在澆注時被母材熔液沖散，同時改善母材熔液與合金預(yù)制件之間的浸潤性。常用的粘結(jié)劑如水玻璃、粉狀酚醛樹脂等。
熔劑的作用是在澆注初期包裹合金顆粒使之不被氧化，受熱熔化時能去除合金粉末表面的氧化膜，清潔合金粉末表面，以增加母材熔液對合金預(yù)制件的浸潤能力。常用的熔劑有硼砂、氟化銨等。
鑄件表面在凝固過程中形成的合金層厚度與合金預(yù)制件的組成(配比、粒度、粘結(jié)劑、熔劑等)及其厚度、澆注溫度、鑄件大小和壁厚、金屬靜壓力、合金粉末的種類有關(guān)。
日本專利59-147769提供一種復(fù)合鑄件的制造方法，合金粉末采用耐磨耐熱的碳化物、氧化物等，粘結(jié)劑采用泡沫樹脂，加入適量的水或酒精制成某種形狀的合金預(yù)制件，預(yù)先設(shè)置在鑄型的特定部位，注入母材熔液(如鑄鐵、鑄鋼、鋁合金等)，凝固后熱處理得到耐磨耐熱的鑄件。
已有方法制造的鑄件存在以下缺陷1、其合金層的厚度一般不超過10mm，由于厚度限制而影響鑄件的使用壽命，不能滿足某些工況要求。
2、所用的合金粉末粒度必須大于0.06mm，否則不能形成合金層，致使粒度小于0.06mm的合金粉末無法利用而造成浪費(fèi)。其原因是合金粉末過細(xì)，合金預(yù)制件內(nèi)孔隙小且曲折，流動阻力大，無法滲進(jìn)。
3、合金層中易產(chǎn)生氣孔、夾渣的缺陷。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種增大鑄件表面合金層厚度、且可充分利用粒度小于0.06mm的合金粉末，提高鑄滲合金層厚度的方法，所制成的鑄件具有較長的使用壽命。
圖面說明圖1為由合金粉末、熔劑、粘結(jié)劑組成的小球體放大圖。圖中A-小球體，A1-合金粉末，A2-熔劑及粘結(jié)劑。
圖2為合金預(yù)制件成型示意圖，圖中1-模型，2-壓模，B-合金預(yù)制件，B1-粘結(jié)劑。
圖3為鑄件澆注示意圖，圖中3-砂箱，4-鑄型腔體，B-合金預(yù)制件。
圖4為實(shí)施例所述的錘頭。圖5為表面合金層金相圖。
以下結(jié)合


詳細(xì)描述本發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明的方案是通過采用以下措施實(shí)現(xiàn)的由合金粉末、熔劑、粘結(jié)劑/合金粉末、粘結(jié)劑組成片狀/其他形狀的合金預(yù)制件，置于鑄型腔體內(nèi)壁上，注入母材熔液，形成表面為合金層的鑄件，經(jīng)熱處理后，其合金層的厚度顯著地大于已有方案所能形成的厚度，以提高鑄件的使用壽命。置于鑄型腔體內(nèi)壁的合金預(yù)制件B，必要時可采用細(xì)鐵絲或鐵絲網(wǎng)支撐。片狀/其他形狀的合金預(yù)制件采用下列工藝制成a、如圖1所示，可采用粒度為0.006～0.05mm的合金粉末A1加入(重量百分比)2～5%的硼砂混勻攤平，噴上適量的比重為1.08～1.15的水玻璃/濃度為0.4～0.7%的聚乙烯醇，搖蕩形成粒度0.15～2.0mm的小球體A并烘干;采用水玻璃為粘結(jié)劑制作的小球體A，其烘干溫度為250～270℃，烘干時間為2～3小時;以聚乙烯醇為粘結(jié)劑制作的小球體A，其烘干溫度為180～210℃，烘干時間為2～3小時。
b、如圖2所示，烘干后的小球體A加入(相對于小球體A重量百分比)10～16%、比重為1.20～1.35的水玻璃/4～10%的粉狀酚醛樹脂、0.2～0.5%烏托品和適量的溶劑如酒精，混勻置于模型1內(nèi)壓制成片狀/其他形狀的合金預(yù)制件B，取出合金預(yù)制件B烘干備用。采用水玻璃為粘結(jié)劑制成的合金預(yù)制件B必須在50～90℃下保溫約1小時，再升溫到280～300℃保溫約3小時;加入粉狀酚醛樹脂、烏托品及酒精制成的合金預(yù)制件B必須在50～90℃下保溫約1小時，再升溫到220～250℃保溫1～2小時。在制造合金預(yù)制件B時，最好將小球體A按其粒度大小分檔使用。
將上述合金預(yù)制件B布置在鑄型腔體4的特定部位，按常規(guī)的鑄造工藝制成表面具有合金層的鑄件，該合金層的厚度可達(dá)到15～20mm，選擇不同種類的合金粉末，合金層的性能各不相同，具體視工況要求而定，其中最常用的是Cr-Fe粉末。根據(jù)母材材質(zhì)和工況要求，對澆注后的鑄件采用相應(yīng)的熱處理工藝進(jìn)行熱處理。
相對而言，若將合金粉末、粘結(jié)劑、熔劑等進(jìn)行一次成型制成合金預(yù)制件稱為一步法工藝，則本發(fā)明通過先制成小球體，再制成合金預(yù)制件的工藝可稱為兩步法工藝。對于粒度為0.06～0.10mm的合金粉末，采用兩步法工藝也能產(chǎn)生積極的效果。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本方案具有如下優(yōu)點(diǎn)1、用現(xiàn)有技術(shù)制造表面合金化的鑄件，合金粉末越細(xì)其合金化層厚度越薄，當(dāng)合金粉末粒度小于0.06mm時，無法形成合金層;本方案則相反，用兩步法制成的合金預(yù)制件內(nèi)具有較多較大的孔隙，細(xì)合金粉末熔點(diǎn)相對較低，熔化時母材熔液與合金粉末間相互浸透性大且熔化完全，形成的合金層厚度可提高一倍。
2、可充分利用粒度小于0.06mm的合金粉末，而現(xiàn)有技術(shù)對這部份過細(xì)的粉末是棄之不用的。
3、由于采用細(xì)粒度的合金粉末，在合金化過程中能形成更多組織核心，使合金層組織致密，合金層與母材之間呈冶金結(jié)合。
4、基上述原因，用本方法制成的鑄件，其使用壽命可提高一倍左右。
實(shí)施例應(yīng)用本發(fā)明的方法制造一種用于粉碎礦料的粉碎機(jī)錘頭，該錘頭含有1個面積為60×170mm彎板狀的工作面。圖4中的陰影部份為合金層。采用Cr-Fe粉末，其粒度為0.006～0.05mm，重1250克，加入硼砂40克混勻攤平，噴上濃度為0.5%聚乙烯醇形成1.5mm的小球體，在200℃下烘干2小時。以烘干后的小球體加入比重為1.326的水玻璃190克，混勻并壓制成厚度為20mm、面積為60×170mm的合金預(yù)制件，該預(yù)制件在50℃下保溫1小時，再升溫到280℃烘干2小時。
將烘干后的合金預(yù)制件置于鑄型腔體內(nèi)的相應(yīng)部位，澆注溫度為1320℃的球鐵熔液，冷卻后經(jīng)900℃保溫1小時，380℃等溫淬火1.5小時。經(jīng)測試，本鑄件工作面處合金層厚度為21mm，表面硬度為HRC68，本產(chǎn)品的使用壽命比現(xiàn)有工藝制成的錘頭提高1倍以上。表面合金層截面金相結(jié)構(gòu)示于圖5。
權(quán)利要求
1.一種提高鑄滲合金層厚度的方法，包括由合金粉末、熔劑及粘結(jié)劑組成的片狀/其他形狀的合金預(yù)制件，置于鑄型腔體的特定內(nèi)壁上，注入母材熔液制成鑄件，經(jīng)熱處理其特征在于合金預(yù)制件采用下列工藝制成a、可采用粒度為0.006～0.05mm的合金粉末A1加入(重量百分比)2～5%的硼砂混勻攤平，噴上適量的比重為1.08～1.15的水玻璃/濃度為0.4～0.7%的聚乙烯醇、搖蕩形成粒度為0.15～2.0mm的小球體A并烘干；b、所述的小球體A加入(相對于小球體A重量百分比)10～16%比重為1.20～1.35的水玻璃/4～10%的粉狀酚醛樹脂、0.2～0.5%烏托品及適量的溶劑如酒精，混勻置于模型1內(nèi)壓制成片狀/其他形狀的合金預(yù)制件B并烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于采用水玻璃作為粘結(jié)劑制作的小球體A烘干溫度為250～270℃，烘干時間為2～3小時;以聚乙烯醇為粘結(jié)劑制作的小球體A，烘干溫度為180～210℃，烘干時間為2～3小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于采用水玻璃作為粘結(jié)劑制成的合金預(yù)制件B，該預(yù)制件必須在50～90℃下保溫約1小時，再升溫到280～300℃保溫約3小時;加入酚醛樹脂、烏托品及酒精制成的合金預(yù)制件B，必須在50～90℃下保溫約1小時，再升溫到220～250℃保溫1～2小時。
全文摘要
一種提高鑄滲合金層厚度的方法，其特征是采用細(xì)粒度的合金粉末，加熔劑和粘結(jié)劑/粘結(jié)劑預(yù)先制成粒度為0.15-2.0mm的小球體并烘干，再用烘干的小球體和粘結(jié)劑制成片狀或其他形狀的合金預(yù)制件并烘干，置于鑄型內(nèi)壁上，澆注母材熔液制造表面為合金層的鑄件。同現(xiàn)有技術(shù)相比，該鑄件表面合金層厚度及使用壽命均提高一倍左右。
文檔編號B22D19/08GK1039747SQ8910606
公開日1990年2月21日 申請日期1989年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月19日
發(fā)明者楊高明, 姜振雄 申請人:浙江大學(xué)