碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝的製作方法
2023-07-13 18:33:51
專利名稱：碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬基複合材料技術領域，特別涉及碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料
製備工藝。
背景技術：
球墨鑄鐵是一種廣泛應用於冶金、礦山、電力、建築、機械、煤碳、汽車等行業的常 用金屬材料，由於具有較高的碳含量，經過孕育和球化處理後，碳以球狀或蠕蟲狀石墨形態 分布在組織中，使球墨鑄鐵有較好的強度和韌性。但由於球墨鑄鐵中缺少碳化物等硬質相， 其宏觀硬度只有HRC35左右，所以球墨鑄鐵不能抵制磨損工況條件下，磨料對零件表面的 切削磨損作用，這使得球墨鑄鐵很難應用到受磨損的設備零件上，極大地限制了其使用範 圍。 目前生產上提高球墨鑄鐵耐磨性方面，通過加入合金元素或熱處理，獲得貝氏體、 馬氏體等組織，只能微量提高耐磨性，仍舊不能使球墨鑄鐵廣泛應用於磨損領域；近年來出 現了陶瓷顆粒增強的複合製備工藝，例如用碳化釩或氮化釩顆粒放置在鑄型底部，然後再 澆入球墨鑄鐵，但製備工藝難以穩定控制，增強顆粒分布不均勻，仍舊難以獲得增強體分布 均勻的整體抗磨球墨鑄鐵。也有將碳化釩等硬質顆粒用粘結劑固化成形，放入鑄型內，然後 澆注金屬液，使硬質顆粒與金屬液互相滲透熔合，但由於粘結劑在高溫下分解產生大量氣 體，導致複合層內部形成許多氣孔，效果不理想。
發明內容
本發明的目的是提供一種碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，通過該工藝 在球墨鑄鐵基體中形成網狀碳化釩硬質相，並與球墨鑄鐵有效結合為一體，充分發揮了硬 質相的高耐磨特性，也保留了基體金屬的良好韌性，從而達到最佳的性能匹配，可製作成多 種結構形狀的產品，開發應用前景廣闊。
本發明的技術方案是這樣實現的 (i)用釩絲編織釩絲網(l); (2)將釩絲網(1)裁剪、多層巻制或疊加，預製成網狀立體骨架結構； (3)把預製成網狀立體骨架進行酸洗去掉油汙雜物； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型； (5)將預製的釩絲網(1)狀立體骨架放入鑄型(2); (6)冶煉球墨鑄鐵(3)，得到液態球墨鑄鐵； (7)把液態球墨鑄鐵澆入鑄型，獲得釩絲_球墨鑄鐵二元材料預製體； (8)冷卻清理後把釩絲_球墨鑄鐵二元材料預製體置入熱處理爐； (9)在碳化物形成溫度下保溫； (10)隨爐冷卻後出爐，即製成碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料(4)。 所述釩絲(1)直徑為0. 1 2. 5mm ;所述釩絲網 1)編織成單層或多層，釩絲間距為0. 2 10mm，也可根據工況需要適當增加間距。 所述步驟(2)中，根據零件的尺寸和規格來製作釩絲網(1)立體骨架結構。所述 步驟(9)碳化物形成溫度為1080°C 1350。C，保溫時間為30min 120min。
與現有技術相比，本發明具有以下優點 1、通過鑄滲的原理，把釩絲立體網狀骨架固定在球墨鑄鐵基體中製作成預製體， 保證了碳化物形成元素釩在基體中的均勻性； 2、在熱處理爐中，通過1080°C 1350°C ，保溫時間為30min 120min，使釩原子進 行中長程的充分擴散，彌散到球墨鑄鐵基體中，並與球墨鑄鐵中的碳原子發生原位反應，自 然生成碳化釩硬質相顆粒，由於1080°C 135(TC溫度區低於球墨鑄鐵的液化溫度，因此釩 原子的擴散屬於固態擴散，碳化釩也是在固態下原位反應生成的，避免了碳化釩與基體金 屬比重差異造成的漂浮和偏析，解決了硬質相難以彌散且均勻分布的複合材料製備難題， 並且可以使全部釩參與原位反應生成碳化釩。 3、碳化釩硬質相屬於內部原位化學反應生成，所以碳化釩顆粒的界面潔淨無汙 染，與球墨鑄鐵基體結合成一體，具有良好的界面結合效果，避免了外加硬質顆粒等傳統復 合材料製備工藝上的增強相界面弱化問題，獲得的複合材料既保留了球墨鑄鐵的良好韌 性，又有了碳化釩硬質相的高耐磨性，進一步提升了材料的磨損壽命。 4、根據零件的需要，既可以把釩絲網放置於鑄型的局部，澆注球墨鑄鐵後獲得局 部耐磨的零件，複合層厚度可根據工況要求任意調整；也可以把釩絲網放置於整個鑄型型 腔中，澆注球墨鑄鐵後獲得整體耐磨的零件，工藝可控性強。
圖1為本發明流程圖 圖2為預置釩絲網的鑄型截面示意圖 圖3為落料襯板預製體截面示意圖 圖4為整體碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料落料襯板截面示意圖
圖5為局部碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料落料襯板截面示意圖
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。
實施例1 :製作整體複合材料落料襯板 如圖1、圖2、圖3和圖4所示，具體操作步驟如下 (1)用0. 5mm釩絲編織釩絲網l，釩絲間距為2mm ; (2)釩絲網1按落料襯板長度和高度規格裁剪成矩形； (3)把矩形釩絲網1進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型2 ; (5)把裁剪好的釩絲網1多層疊加，並放置入水玻璃砂型2的型腔；
(6)冶煉球墨鑄鐵3，得到液態球墨鑄鐵； (7)採用重力鑄造方法把液態球墨鑄鐵3澆入鑄型，使液態球墨鑄鐵充滿網狀立 體骨架的空隙，獲得釩絲_球墨鑄鐵二元材料預製體；
(8)冷卻脫型清理後，把釩絲_球墨鑄鐵二元材料預製體置入熱處理爐； (9)在130(TC溫度左右下保溫60min ; (10)隨爐冷卻後出爐，即得到整體碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料落料襯板4。 實施例2 :製作局部複合材料落料襯板 如圖1和圖5所示，具體操作步驟如下 (1)用2. Omm釩絲編織釩絲網1，釩絲間距為10mm ; (2)釩絲網1按落料襯板長度和一半高度規格裁剪成矩形； (3)把矩形釩絲網進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型2 ; (5)把裁剪好的釩絲網1多層疊加，並放置入水玻璃砂型2的型腔； (6)冶煉球墨鑄鐵3，得到液態球墨鑄鐵； (7)採用重力鑄造方法把液態球墨鑄鐵3澆入鑄型，獲得局部釩絲-球墨鑄鐵二元 材料預製體； (8)冷卻脫型清理後，把局部釩絲_球墨鑄鐵二元材料預製體置入熱處理爐； (9)在1150。C溫度左右下保溫120min ; (10)隨爐冷卻後出爐，即得到局部碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料落料襯板4。
權利要求
碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於該製備工藝包括以下步驟(1)用釩絲編織釩絲網(1)；(2)將釩絲網(1)裁剪、多層卷制或疊加，預製成網狀立體骨架結構；(3)把預製成網狀立體骨架進行酸洗去掉油汙雜物；(4)按鑄造工藝要求製作鑄型(2)；(5)將預製的釩絲網狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉球墨鑄鐵(3)，得到液態球墨鑄鐵；(7)把液態球墨鑄鐵(3)澆入鑄型(2)，獲得釩絲-球墨鑄鐵二元材料預製體；(8)冷卻清理後把釩絲-球墨鑄鐵二元材料預製體置入熱處理爐；(9)在碳化物形成溫度下保溫；(10)隨爐冷卻後出爐，即製成碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料(4)。
2. 根據權利要求1所述的碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於所述釩絲直徑為0. 1 2. 5mm。
3. 根據權利要求1所述的碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於所述釩絲網(1)編織成單層或多層，釩絲間距為0. 2 10mm，也可根據工況需要適當增加間距。
4. 根據權利要求1所述的碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於所述步驟(2)，根據零件的尺寸和規格來製作釩絲網立體骨架結構。
5. 根據權利要求1所述的碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於所述步驟(9)碳化物形成溫度為1Q80。C 1350。C，保溫時間為30min 120min。
全文摘要
本發明公開了碳化釩增強球墨鑄鐵基複合材料製備工藝，該製備工藝主要包括以下步驟用釩絲編織釩絲網，裁剪、多層卷制或疊加製成網狀立體骨架結構；按照鑄造工藝要求製作鑄型，把釩絲立體網狀骨架預置在鑄型型腔中；冶煉球墨鑄鐵澆入鑄型中，冷卻清理後得釩絲-球墨鑄鐵二元材料預製體；把釩絲-球墨鑄鐵二元材料預製體置入熱處理爐，加溫到碳化物形成溫度進行保溫，獲得碳化釩顆粒增強球墨鑄鐵基複合材料。該方法製備的複合材料充分發揮了碳化釩硬質相的高耐磨性能和球墨鑄鐵的良好韌性，調控方便，工藝可靠，解決了複合材料反應不完全，增強相顆粒分布不均勻，增強相界面汙染弱化等難題，可廣泛應用於礦山、電力、冶金、煤炭、建材等耐磨領域。
文檔編號C22C33/08GK101705419SQ20091021884
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者葉芳霞, 岑啟宏, 牛立斌, 王發展, 蔡安江, 許雲華, 阮曉光 申請人:西安建築科技大學