一種灰口鑄鐵基複合材料製備工藝的製作方法
2023-05-23 14:19:01 1
專利名稱：一種灰口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，特別涉及一種灰口鑄鐵基複合材料製備工藝。
背景技術：
灰口鑄鐵價格便宜，是應用最廣的一種鑄鐵，一般用於製造支架、齒輪箱、閥體、軸承座等零件。但由於灰口鑄鐵中缺少碳化物等硬質相，其宏觀硬度很低，所以灰口鑄鐵不能
抵制磨損工況條件下，磨料對零件表面的切削磨損作用，這使得灰口鑄鐵很難應用到受磨料磨損的設備零件上，極大地限制了其使用範圍。 近年來出現了陶瓷顆粒增強的複合製備工藝以提高灰口鑄鐵的耐磨性，例如用碳
化鈮或氮化鈦顆粒放置在鑄型底部，然後再澆入灰口鑄鐵，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灰口鑄鐵。也有將碳化鈮等硬
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，效果不理術巨
發明內容
本發明的目的是提供一種灰口鑄鐵基複合材料製備工藝，通過該工藝在灰口鑄鐵
基體中形成網狀碳化鈮硬質相，並與灰口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)用鈮絲編織鈮絲網(l); (2)將鈮絲網(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)將預製的鈮絲網(1)狀立體骨架放入鑄型(2); (6)冶煉灰口鑄鐵(3)，得到液態灰口鑄鐵； (7)把液態灰口鑄鐵澆入鑄型，獲得鈮絲_灰口鑄鐵二元材料預製體； (8)冷卻清理後把鈮絲_灰口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，即製成碳化鈮增強灰口鑄鐵基複合材料(4)。 所述鈮絲(1)直徑為0. 1 2. 5mm ;所述鈮絲網(1)編織成單層或多層，鈮絲間距
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鈮絲網(1)立體骨架結構。所述步驟(9)碳化物形成溫度為1Q80。C 1350。C，保溫時間為30min 120min。
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與現有技術相比，本發明具有以下優點 1、通過鑄滲的原理，把鈮絲立體網狀骨架固定在灰口鑄鐵基體中製作成預製體，保證了碳化物形成元素鈮在基體中的均勻性； 2、在熱處理爐中，通過1080°C 1350°C ，保溫時間為30min 120min，使鈮原子進行中長程的充分擴散，彌散到灰口鑄鐵基體中，並與灰口鑄鐵中的碳原子發生原位反應，自然生成碳化鈮硬質相顆粒，由於1080°C 135(TC溫度區低於灰口鑄鐵的液化溫度，因此鈮原子的擴散屬於固態擴散，碳化鈮也是在固態下原位反應生成的，避免了碳化鈮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，並且可以使全部鈮參與原位反應生成碳化鈮。 3、碳化鈮硬質相屬於內部原位化學反應生成，所以碳化鈮顆粒的界面潔淨無汙染，與灰口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灰口鑄鐵的良好韌性，又有了碳化鈮硬質相的高耐磨性，進一步提升了材料的磨損壽命。 4、根據零件的需要，既可以把鈮絲網放置於鑄型的局部，澆注灰口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；也可以把鈮絲網放置於整個鑄型型腔中，澆注灰口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為預置鈮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為整體碳化鈮增強灰口鑄鐵基複合材料落料襯板截面示意圖
圖5為局部碳化鈮增強灰口鑄鐵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鈮絲編織鈮絲網l，鈮絲間距為2mm ; (2)鈮絲網1按落料襯板長度和高度規格裁剪成矩形； (3)把矩形鈮絲網1進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鈮絲網1多層疊加，並放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉灰口鑄鐵3，得到液態灰口鑄鐵； (7)採用重力鑄造方法把液態灰口鑄鐵3澆入鑄型，液態灰口鑄鐵充滿網狀立體骨架的空隙，獲得鈮絲-灰口鑄鐵二元材料預製體； (8)冷卻脫型清理後，把鈮絲_灰口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，即得到整體碳化鈮增強灰口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. 0mm鈮絲編織鈮絲網1，鈮絲間距為10mm ; (2)鈮絲網1按落料襯板長度和一半高度規格裁剪成矩形； (3)把矩形鈮絲網進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求製作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鈮絲網1多層疊加，並放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉灰口鑄鐵3，得到液態灰口鑄鐵； (7)採用重力鑄造方法把液態灰口鑄鐵3澆入鑄型，獲得局部鈮絲-灰口鑄鐵二元材料預製體； (8)冷卻脫型清理後，把局部鈮絲_灰口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，即得到局部碳化鈮增強灰口鑄鐵基複合材料落料襯板4。
權利要求
一種灰口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)用鈮絲編織鈮絲網(1)；(2)將鈮絲網(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)將預製的鈮絲網狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉灰口鑄鐵(3)，得到液態灰口鑄鐵；(7)把液態灰口鑄鐵(3)澆入鑄型(2)，獲得鈮絲-灰口鑄鐵二元材料預製體；(8)冷卻清理後把鈮絲-灰口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，即製成碳化鈮增強灰口鑄鐵基複合材料(4)。
2. 根據權利要求1所述的一種灰口鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於所述鈮絲直徑為0. 1 2. 5mm。
3. 根據權利要求1所述的一種灰口鑄鐵基複合材料製備工藝，其特徵在於所述鈮絲 網(1)編織成單層或多層，鈮絲間距為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所述的一種灰口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鈮絲網立體骨架結構。
5. 根據權利要求1所述的一種灰口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
本發明公開了一種灰口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鈮絲編織鈮絲網，經過裁剪、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，把鈮絲立體網狀骨架預置在鑄型型腔中；冶煉灰口鑄鐵澆入鑄型中，冷卻清理後得到鈮絲-灰口鑄鐵二元材料預製體；把鈮絲-灰口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，獲得碳化鈮顆粒增強灰口鑄鐵基複合材料。該方法製備的複合材料充分發揮了碳化鈮硬質相的高耐磨性能和灰口鑄鐵的良好韌性，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C22C47/10GK101705452SQ20091021887
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
發明者劉文剛, 劉曉潔, 岑啟宏, 徐英鴿, 牛立斌, 蔡安江, 許雲華 申請人:西安建築科技大學