一種金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件及其製備方法與流程
2023-05-13 07:29:06
本發明涉及一種金剛石鐵基金屬複合材料鑄件、金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件及其製備方法。
背景技術：
在工程機械和採礦機械的施工中，耐磨件會與礦石或巖石產生磨擦。由於磨擦力大，耐磨件的磨損量較大，使用成本較高。為此，人們研究了大量製造耐磨件的耐磨材料。例如，鑄高猛鋼件和高鉻鑄鐵件。鑄高猛鋼件雖然成本低，但硬度僅在HRC32左右。高鉻鑄鐵件的硬度在HRC41左右，成本較低。又如，粘塗堆焊耐磨合金、鑲TiC-鋼條塊的堆焊合金件，它的硬度在HRC60左右，耐磨性能仍然達不到工業要求。此外還有釺焊硬質合金塊鑄件，它的硬度可達到HRC70-90，但使用壽命不理想，成本高。因此，需要一種新的耐磨件，它的硬度高，使用壽命長，成本低。
技術實現要素：
本發明的第一個目的在於提供一種金剛石鐵基金屬複合材料鑄件。本發明的第二個目的在於提供一種金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件。本發明的第三個目的在於提供上述金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件的製備方法。為實現上述第一個目的，本發明採用以下內容：一種金剛石鐵基金屬複合材料鑄件，該複合材料鑄件包括金剛石顆粒、和至少一種鐵基金屬，經澆鑄製成；所述金剛石顆粒位於複合材料鑄件的至少部分表面部位和/或至少部分靠近表面部位。本發明首次提出使用鐵基金屬澆鑄來實現鐵基金屬和金剛石的結合製得金剛石鐵基金屬複合材料鑄件，工藝簡單，實用性強。本發明提供一種優選的複合材料。一種金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件，該複合材料鑄件包括：金剛石顆粒、第一鐵基合金和第二鐵基合金，經澆鑄製成；所述金剛石顆粒位於複合材料鑄件的至少部分表面部位和/或至少部分靠近表面部位；所述金剛石顆粒與第一鐵基合金接觸，但不與第二鐵基合金接觸；所述第一鐵基合金與第二鐵基合金接觸；其中，所述第一鐵基合金的碳當量大於0.60％，所述第二鐵基合金的碳當量小於0.60％。進一步地，所述金剛石顆粒的粒度大於150μm。可以理解，金剛石顆粒的粒度越大，成本會提高。優選地，金剛石顆粒的粒度為150-2000μm。金剛石顆粒所佔的比例無須限定，本領域技術人員可根據需要選擇。進一步地，所述第一鐵基合金的碳當量不大於10％。進一步地，所述第二鐵基合金的碳當量不小於0.02％。本發明的金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件在其表面部位或靠近表面部位有一定量的金剛石，使得鑄件具有較高的強度和耐磨性；第一鐵基合金的碳當量較高，具有較高的強度；第二鐵基合金的碳當量較低，具有較好的韌性和耐衝擊性。本發明的金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件耐磨，可以滿足不同的機械性能要求。本發明還提供上述金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件的製備方法，包括以下步驟：1)在鑄型的至少部分表面部位和/或至少部分靠近表面部位放入金剛石顆粒；2)澆鑄碳當量小於0.60％的第二鐵基合金；3)澆鑄碳當量大於0.60％的第一鐵基合金，使得所述金剛石顆粒與第一鐵基合金接觸，所述第一鐵基合金與第二鐵基合金接觸，得到金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件。本發明的方法十分簡便，只需澆鑄兩次鐵基合金，即可得到成品鑄件，無需任何後處理步驟。進一步地，所述金剛石顆粒的粒度大於150μm。可以理解，金剛石顆粒的粒度越大，成本會提高。優選地，金剛石顆粒的粒度為150-2000μm。金剛石顆粒所佔的比例無須限定，本領域技術人員可根據需要選擇。進一步地，所述第一鐵基合金的碳當量不大於10％。進一步地，所述第二鐵基合金的碳當量不小於0.02％。步驟2)和3)的澆鑄溫度滿足鐵基合金為熔融狀態即可，在此不做限定。鐵基合金的具體成分無須限定，只需滿足碳含量在本發明所述的範圍即可。本發明的製備方法簡單，可使用現有的機器進行製備，幾乎不會增加成本。本發明具有以下優點：1、本發明首次提出使用金屬澆鑄來實現金屬和金剛石的結合製得金剛石金屬複合材料鑄件，工藝簡單，實用性強。2、本發明方法生產的金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件，表面部位的硬度可達到或接近金剛石水平；與現有的釺焊硬質合金塊鑄件相比，耐磨性能提高3倍以上。3、本發明的金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件是採用先後兩次澆鑄不同碳含量的鐵基合金，解決了金剛石與金屬結合不牢的問題，同時鑄件的機械性能好，使用壽命是現有鑄件壽命的4倍。附圖說明下面結合實施例和附圖對本發明進行進一步說明。圖1是本發明的金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件的結構示意圖。具體實施方式為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例對本發明做進一步的說明。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。實施例1一種金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件的製備方法，包括以下步驟：1)在鑄型的至少部分表面部位放入金剛石顆粒；2)澆鑄碳當量為0.25％的第二鐵基合金；3)澆鑄碳當量為1.7％的第一鐵基合金，使得金剛石顆粒的至少部分表面與第一鐵基合金接觸，第一鐵基合金與第二鐵基合金接觸，得到金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件。圖1是本發明的金剛石雙鐵基合金複合材料鑄件的結構示意圖，金剛石顆粒與第一鐵基合金接觸，但不與第二鐵基合金接觸。金剛石顆粒的粒度為350-500μm。第二鐵基合金採用ZG25。第一鐵基合金採用H13，即4Cr5MoSiV1。步驟2)和3)的澆鑄溫度分別為1500-1550℃和1470-1520℃。經測試，本發明方法生產的鑄件表面部位的硬度達到金剛石硬度。與現有的釺焊硬質合金塊鑄件相比，耐磨性能提高3倍以上。使用壽命提高4倍以上。衝擊韌性為Akv＝25J。對比例同實施例1，唯一區別在於，僅澆鑄第二鐵基合金。經測試，該鑄件的表面金剛石和金屬結合的不牢，易脫落。衝擊韌性為Akv＝25J，但使用壽命僅為實施例1的1/4。實施例2同實施例1，唯一區別在於，金剛石顆粒的粒度為1500-2000μm，第一鐵基合金為kmTBGr20Mo，碳當量是8％左右；第二鐵基合金為42GrMo，碳當量是0.65％左右。經測試，該鑄件與實施例1的鑄件性能類似。實施例3同實施例1，唯一區別在於，金剛石顆粒的粒度為700-800μm，第一鐵基合金為GGr15，碳當量為1.6％；第二鐵基合金為ZG15，碳當量為0.2％左右。經測試，該鑄件與實施例1的鑄件性能類似。顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。