碳化鎢增強高錳鋼基複合材料製備工藝的製作方法

2023-07-13 01:35:11 1

專利名稱：碳化鎢增強高錳鋼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，特別涉及碳化鎢增強高錳鋼基複合材料制
備工藝。
背景技術：
高錳鋼具有高的強度、塑性、低溫韌性、加工硬化性、以及抗衝擊安全性。作為耐磨 材料，在抵抗強衝擊、大壓力作用下的磨料磨損或鑿削磨損方面，其高衝擊應力工況下耐磨 性是其他材料所無法比擬的。利用高錳鋼製作的襯板、錘頭、篩條、顎板等耐磨產品長期廣 泛應用於冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機械裝備中。但在使用實踐中發現，高錳鋼的 耐磨性是有條件的，只有在衝擊大、應力高、磨料硬的情況下，高錳鋼的高耐磨性才得到體 現。在受到較大衝擊的條件下，高錳鋼的奧氏體組織表層會因變形而產生形變馬氏體，表面 硬度會從HB180 220迅速提高至HB500 550，從而獲得高的耐磨性；但在低衝擊或無衝 擊的工況下，高錳鋼的加工硬化效果不明顯，表層硬度較低，所以耐磨性很差。同時由於高 錳鋼的屈服強度低、抗剪切能力差，初次使用時易於變形並發生剪切破壞，而造成較大的磨 損° 為了進一步提高高錳鋼的耐磨性能，並能滿足中、低應力載荷等不同工況條件 下使用，國內外開展了大量的研發工工作。專利[91106820. 1]向高錳鋼中加入稀土、 鉬、鈦、鎢等多元合金元素，經過強化孕育處理得到一種多元合金強韌化高錳鋼。專利 [200810058345.7]對高錳鋼採取稀土變質處理改善高錳鋼的組織和力學性能。由於釔基 稀土的加入增加了形核核心和抑制奧氏體晶粒長大，奧氏體晶粒得到細化，抗拉強度和衝 擊韌性提高。專利[200610048665.5]通過加入鉻、稀土，調整原高錳鋼中錳、碳、矽、鐵的 重量比而合成一種改性高錳鋼。專利[200710135682. 7]採用高碳、高錳、02、稀土的成 分配方，經水韌處理使高錳鋼內的奧氏體組織均勻化。專利[200510045639.2]發明了一 種稀土硼微合金化高錳鋼，其工藝過程包括配料、熔煉、出鋼、加變質劑、澆注步驟。專利 [200810232313. 4]發明了用高碳鋼絲加入到高錳鋼基體中，經過後續熱處理，利用高碳鋼 絲的淬硬性來增強高錳鋼基體的一種製備工藝，其強化性能低於原位化學反應合成碳化 物。 可見，目前關於高錳鋼的專利主要集中在採用傳統工藝對高錳鋼進行合金化和稀 土變質處理，高錳鋼性能提升幅度非常有限，也不能完全適應中、低衝擊應力工況。

發明內容
本發明的目的是提供碳化鎢增強高錳鋼基複合材料製備工藝，通過該工藝在高錳 鋼基體中形成大量原位反應生成的碳化鎢硬質相，在高錳鋼基體中彌散均勻分布，並與高 錳鋼有效結合為一體，增強相界面清潔無汙染，結合強度高，可充分發揮硬質相的高耐磨特 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，可以把高錳鋼的耐磨性提高 6倍左右，並且可使高錳鋼廣泛應用於高、中、低衝擊應力工況。該工藝可製作多種結構形狀
3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 (1)用鎢絲編織鎢絲網(1); (2)將鎢絲網(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)將預製的鎢絲網(1)狀立體骨架放入鑄型(2);
(6)冶煉高錳鋼(3)，得到液態高錳鋼； (7)把液態高錳鋼澆入鑄型，獲得鎢絲_高錳鋼二元材料預製體；
(8)冷卻清理後把鴇絲_高錳鋼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，即製成碳化鎢增強高錳鋼基複合材料(4)。 所述鴇絲(1)直徑為0. 1 2. 5mm ;所述鴇絲網(1)編織成單層或多層，鴇絲間距
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鎢絲網(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，把鎢絲立體網狀骨架固定在高錳鋼基體中製作成預製體，保 證了碳化物形成元素鎢在基體中的均勻性； 2、在熱處理爐中，通過1080。C 135(TC，保溫時間為30min 120min，使鴇原子進 行中長程的充分擴散，彌散到高錳鋼基體中，並與高錳鋼中的碳原子發生原位反應，自然生 成碳化鎢硬質相顆粒，由於1080°C 135(TC溫度區低於高錳鋼的液化溫度，因此鎢原子的 擴散屬於固態擴散，碳化鎢也是在固態下原位反應生成的，避免了碳化鎢與基體金屬比重 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 以使全部鎢參與原位反應生成碳化鎢。 3、碳化鎢硬質相屬於內部原位化學反應生成，所以碳化鎢顆粒的界面潔淨無汙 染，與高錳鋼基體結合成一體，具有良好的界面結合效果，避免了外加硬質顆粒等傳統複合 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高錳鋼的良好韌性，又 有了碳化鎢硬質相的高耐磨性，進一步提升了材料的磨損壽命。 4、根據零件的需要，既可以把鎢絲網放置於鑄型的局部，澆注高錳鋼後獲得局部 耐磨的零件，複合層厚度可根據工況要求任意調整；也可以把鎢絲網放置於整個鑄型型腔 中，澆注高錳鋼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為預置鎢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為整體碳化鎢增強高錳鋼基複合材料落料襯板截面示意圖
圖5為局部碳化鎢增強高錳鋼基複合材料落料襯板示意截面圖
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鴇絲編織鴇絲網l，鴇絲間距為2mm ; (2)鎢絲網1按落料襯板長度和高度規格裁剪成矩形； (3)把矩形鎢絲網1進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鎢絲網1多層疊加，並放置入水玻璃砂型2的型腔； (6)冶煉高錳鋼3，得到液態高錳鋼； (7)採用重力鑄造方法把液態高錳鋼3澆入鑄型，液態高錳鋼充滿網狀立體骨架 的空隙，獲得鎢絲_高錳鋼二元材料預製體； (8)冷卻脫型清理後，把鎢絲_高錳鋼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，即得到整體碳化鎢增強高錳鋼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鎢絲編織鎢絲網l，鎢絲間距為10mm ; (2)鎢絲網1按落料襯板長度和一半高度規格裁剪成矩形； (3)把矩形鎢絲網進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鎢絲網1多層疊加，並放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉高錳鋼3，得到液態高錳鋼； (7)採用重力鑄造方法把液態高錳鋼3澆入鑄型，獲得局部鴇絲_高錳鋼二元材料 預製體； (8)冷卻脫型清理後，把局部鎢絲_高錳鋼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，即得到局部碳化鎢增強高錳鋼基複合材料落料襯板4。
權利要求
碳化鎢增強高錳鋼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)用鎢絲編織鎢絲網(1)；(2)將鎢絲網(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)將預製的鎢絲網狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉高錳鋼(3)，得到液態高錳鋼；(7)把液態高錳鋼(3)澆入鑄型(2)，獲得鎢絲-高錳鋼二元材料預製體；(8)冷卻清理後把鎢絲-高錳鋼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，即製成碳化鎢增強高錳鋼基複合材料(4)。
2. 根據權利要求1所述的碳化鎢增強高錳鋼基複合材料製備工藝，其特徵在於所述鎢絲直徑為0. 1 2. 5mm。
3. 根據權利要求1所述的碳化鎢增強高錳鋼基複合材料製備工藝，其特徵在於所述鎢絲網(1)編織成單層或多層，鎢絲間距為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所述的碳化鎢增強高錳鋼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鎢絲網立體骨架結構。
5. 根據權利要求1所述的碳化鎢增強高錳鋼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
本發明公開了碳化鎢增強高錳鋼基複合材料製備工藝，該製備工藝主要包括以下步驟用鎢絲編織成鎢絲網，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，把鎢絲立體網狀骨架預置在鑄型型腔中；冶煉高錳鋼澆入鑄型中，冷卻清理後得到鎢絲-高錳鋼二元材料預製體；把鎢絲-高錳鋼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，獲得碳化鎢顆粒增強高錳鋼基複合材料。用該方法製備的複合材料充分發揮了碳化鎢硬質相的高耐磨性能和高錳鋼的良好韌性，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C22C33/04GK101705413SQ20091021883
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
發明者吳天棟, 岑啟宏, 徐英鴿, 牛立斌, 蔡安江, 許雲華, 阮曉光 申請人:西安建築科技大學