CN102489687A - 一种梯度复合耐磨材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于经过下列各步骤：将金属元素粉分别填充在锥度型碳钢管中并压实，再将锥度碳钢管交错以网状放置于材料铸型型腔内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的20～50%，然后将熔化的基体金属浇入材料铸型型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到梯度复合耐磨材料。在基体金属的热作用下，基体金属液与金属元素粉发生冶金化合结合，同时使混合金属元素粉发生自蔓延反应生成高硬度、高抗磨相，制成以高韧性、高强度的金属为基体，内含一定数量的自蔓延生成耐磨相的梯度复合材料。制造的梯度复合耐磨材料能够同时承受高压和强烈磨损，具有使用寿命长、生产简单等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种梯度复合耐磨材料的制备方法，属于金属耐磨材料技术领域。
背景技术
在钢材、冶金、煤炭、建材和电力等行业中，物料的破碎、研磨、输送传输和导位运输非常的普遍。目前的物料破碎、研磨、输送传输和导位运输系统中，多半采用的是钢材加工成的金属零件作为载体。由于普通钢材的高温耐磨性较差，所以这些零件在系统中的磨损非常严重，使其使用寿命短，更换频繁。导致生产成本很高，工人劳动强度加大，并且严重影响各系统的正常运作。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种梯度复合耐磨材料的制备方法，通过下列技术方案实现。
一种梯度复合耐磨材料的制备方法，经过下列各步骤：
将金属元素粉分别填充在锥度型碳钢管中并压实，再将锥度碳钢管交错以网状放置于材料铸型型腔内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的20～50%，然后将熔化的基体金属浇入材料铸型型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到梯度复合耐磨材料。
所述的金属元素粉为钛、锆、铌、钒粉中的一种或任意几种与碳粉和铁粉按实际所需的比例混合后的机械合金化粉。
所述的金属元素粉末的目数为100～300目。
所述锥度碳管的锥度为2～20°，大端直径为1～15mm，壁厚为0.1～1mm。
所述的基体金属为高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知钢铁。
所述材料铸型是耐磨铸件，如锤头、滚筒、轧钢导卫板。
在浇注与冷却的过程中，熔化的金属液渗透进入金属元素粉的空隙内，在基体金属的热作用下，基体金属液与金属元素粉发生冶金化合结合，同时使混合金属元素粉发生自蔓延反应生成高硬度、高抗磨相，制成以高韧性、高强度的金属为基体，内含不同梯度的自蔓延生成耐磨相的梯度复合耐磨材料，其锥度型碳钢管中的金属粉末与基体金属之间呈冶金与扩散结合，同时，金属粉末之间也发生自蔓延反应。
采用该方法制造的复合耐磨材料，其中含有高强度、高强韧的钢基体和高温高耐磨性的硬质相，该硬质相在基体内自蔓延反应生成，并与金属基体之间形成冶金结合，使耐磨件的表面既具有钢基体的高强度和高韧性的性能，又具有硬质相的耐磨性等性能，使得耐磨件表面能够同时承受高压和高温下的强烈摩擦，能够增加使用寿命。
本发明提供的梯度复合耐磨材料具有以下优点：
（1）由于锥度碳钢管内填充了经机械合金化的混合金属元素粉，在基体金属液的高温作用下，碳钢发生熔解，使金属液铸渗进入混合金属元素粉的空隙中，导致基体金属液与混合金属元素粉发生冶金化合反应，同时在基体金属液的热能作用下，点燃了混合金属元素粉的自蔓延反应析出大量弥散的耐磨相，使混合金属元素粉发生自蔓延反应生成高硬度、高抗磨相，制成以高韧性、高强度的金属为基体，内含一定数量的自蔓延生成耐磨相的梯度复合材料。由于基体金属与混合金属元素粉的冶金结合，解决了界面结合弱的问题，同时自蔓延生成的耐磨相，解决了其耐磨性能，实现了耐磨性与高韧性的结合，提高了梯度复合耐磨材料的整体性能；所得梯度复合耐磨材料能够同时承受高压和强烈磨损，具有使用寿命长、生产简单等特点；
（2）混合金属元素粉可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，使用范围广；
（3）由于混合金属元素粉的纯度较高，因此不会在熔解凝固过程中产生夹杂、气孔等缺陷；
（4）本发明的梯度复合成型工艺可控性高、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产；
（5）耐磨相为自蔓延反应生成，避免了机械复合等工艺过程中经常出现的开裂现象和使用过程中的脱落失效问题；
（6）根据耐磨件的使用工况，可以调节耐磨相在基体中的比例及分布情况；
（7）根据耐磨件的结构特点，可实现区域、表面及整体复合。
附图说明
图1是实施例1梯度复合耐磨轧钢导卫板的结构示意图；
图2是实施例1梯度复合耐磨轧钢导卫板的梯度复合耐磨材料部分的剖面图；
图3是实施例2梯度复合耐磨滚筒的结构示意图；
图4是实施例2梯度复合耐磨滚筒的梯度复合耐磨材料部分的剖面图；
图5是实施例3梯度复合耐磨锤头的结构示意图；
图6是实施例3梯度复合耐磨锤头的梯度复合耐磨材料部分的剖面图；
图中：1、6、11为装有机械合金化粉末的锥度碳钢管，2为轧钢导卫板型腔，3为轧钢导卫板砂型，4为轧钢导卫板基体，5为轧钢导卫板耐磨相，7为滚筒型腔内，8为滚筒砂型，9为滚筒基体，10为滚筒耐磨相，12为锤头型腔，13为锤头砂型，14为锤头基体，15为锤头耐磨相。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明作进一步的描述，但本发明要求保护的范围不局限于这些实施例。
实施例1
如图1和2，将目数为200目的金属元素粉分别填充在锥度为10°、大端直径为5mm、壁厚为0.5mm锥度型碳钢管中并压实，其中，金属元素粉为钛粉与碳粉和铁粉按2︰2︰6混合后的机械合金化粉；再将锥度碳钢管1交错以网状放置于以树脂砂铸造工艺制成的轧钢导卫板型腔2内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的30%，然后将熔化的达1560℃的高锰钢Mn13浇入轧钢导卫板型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到TiC为耐磨相5、高锰钢为基体4的梯度复合耐磨轧钢导卫板。
实施例2
如图3和4，将目数为200目的金属元素粉分别填充在锥度为10°、大端直径为5mm、壁厚为0.5mm锥度型碳钢管中并压实，其中，金属元素粉为铌粉与碳粉和铁粉按3︰3︰4混合后的机械合金化粉；再将锥度碳钢管6交错以网状放置于以树脂砂铸造工艺制成的滚筒型腔内7至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的20%，然后将熔化的达1560℃的低碳钢浇入滚筒型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到NbC为耐磨相10、低碳钢为基体9的梯度复合耐磨滚筒。
实施例3
如图5和6，将目数为300目的金属元素粉分别填充在锥度为20°、大端直径为1mm、壁厚为1mm锥度型碳钢管中并压实，其中，金属元素粉为锆、钒粉任意混合后与碳粉和铁粉按4︰4︰2混合的机械合金化粉；再将锥度碳钢管11交错以网状放置于以树脂砂铸造工艺制成的锤头型腔12内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的50%，然后将熔化的合金钢浇入锤头型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到VC和ZrC为耐磨相15、合金钢为基体14的梯度复合耐磨锤头。
实施例4
将目数为100目的金属元素粉分别填充在锥度为2°、大端直径为15mm、壁厚为0.1mm锥度型碳钢管中并压实，其中，金属元素粉为体积比为1︰1的钛、钒粉混合后与碳粉和铁粉按3︰1︰6混匀的机械合金化粉；再将锥度碳钢管交错以网状放置于以树脂砂铸造工艺制成的轧钢导卫板型腔内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的40%，然后将熔化的灰口铸铁浇入轧钢导卫板型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到TiC和ZrC为耐磨相、灰口铸铁为基体的梯度复合耐磨轧钢导卫板。
实施例5
将目数为200目的金属元素粉分别填充在锥度为15°、大端直径为10mm、壁厚为0.8mm锥度型碳钢管中并压实，其中，金属元素粉为锆粉与碳粉和铁粉按3︰2︰5混合后的机械合金化粉；再将锥度碳钢管交错以网状放置于以树脂砂铸造工艺制成的滚筒型腔内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的20%，然后将熔化的球墨铸铁浇入滚筒型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到ZrC为耐磨相、球墨铸铁为基体的梯度复合耐磨滚筒。
Claims (6)
1.一种梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于经过下列各步骤：将金属元素粉分别填充在锥度型碳钢管中并压实，再将锥度碳钢管交错以网状放置于材料铸型型腔内至金属元素粉总量占耐磨材料总体积的20～50%，然后将熔化的基体金属浇入材料铸型型腔内至浇满为止，然后自然冷却至室温，即得到梯度复合耐磨材料。
2.根据权利要求1所述的梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述的金属元素粉为钛、锆、铌、钒粉中的一种或任意几种与碳粉和铁粉按实际所需的比例混合后的机械合金化粉。
3.根据权利要求1所述的梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述的金属元素粉末的目数为100～300目。
4.根据权利要求1所述的梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述锥度碳管的锥度为2～20°，大端直径为1～15mm，壁厚为0.1～1mm。
5.根据权利要求1所述的梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述的基体金属为高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知钢铁。
6.根据权利要求1所述的梯度复合耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述材料铸型是耐磨铸件。
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