專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)行業(yè)，尤其涉及一種在碳鋼或合金鋼表面制成高合金耐磨層復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
磨損是材料失效的主要形式之一，大量的零部件因磨損而失效，因此，提高零部件的耐磨性具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。
實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，許多工件失效的機(jī)理通常有兩種一種是工件表面磨損一定厚度而導(dǎo)致報(bào)廢，因而要求工件要有較高的耐磨性，另一種是由于材料的強(qiáng)度及韌性不足而導(dǎo)致工件的斷裂而報(bào)廢，因而要求工件要有足夠的強(qiáng)韌性。高耐磨性材料往往韌性不足，在使用過(guò)程中易產(chǎn)生斷裂而失效；高韌性材料往往耐磨性不足而過(guò)早磨損失效。因此，將高耐磨性材料復(fù)合在碳鋼或合金鋼等強(qiáng)韌性材料表面制成高耐磨高強(qiáng)韌性復(fù)合材料，即可實(shí)現(xiàn)高耐磨性與強(qiáng)韌性的有機(jī)結(jié)合。
常用的復(fù)合材料生產(chǎn)方法有三種1.表面堆焊法；2.離心鑄造法；3.鑄滲法。方法1需要鑄(或鍛)、焊兩次成型，工藝復(fù)雜，成本高，且堆焊表面質(zhì)量差；方法2需要專(zhuān)用的設(shè)備，成本較高，而且只能生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體件，因而應(yīng)用受到限制。方法3是一種較好的制造耐磨復(fù)合材料的工藝。
鑄滲法是將含有合金粉粒的涂料(膏)涂敷、粘貼在鑄型表面上，然后注入鋼液，鋼液浸透涂層微孔，發(fā)生界面化學(xué)冶金反應(yīng)，使其熔解或熔化，即可在鑄件表面形成一層鑄滲合金層。但目前所采用的工藝均為合金粉涂料涂在鑄型底部的方法，該方法主要有三種缺陷1.在澆注鋼液時(shí)合金粉涂料中的揮發(fā)物及氣體難以完全排除，因而采用該方法所生產(chǎn)的鑄滲件易產(chǎn)生縮松、氣孔、夾雜等缺陷；2.鑄滲層厚度及組織不易控制；3.澆注鋼液時(shí)涂在鑄型底部的合金粉涂料會(huì)由于合金液的沖刷而造成合金層厚度及成分的不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種在鑄滲時(shí)不易產(chǎn)生鑄造缺陷、合金層組織致密、表面質(zhì)量高且合金層厚度及組織易于控制的耐磨復(fù)合材料生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的首先是合金層材料的選用和制作采用粒度為0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的組成成分為鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、硼(B)、碳(C)，可以以鐵合金或純?cè)匦问郊尤?，也可以以碳化物或氮化物形式加入，根?jù)耐磨、耐蝕等要求，可以選用兩種或多種合金元素進(jìn)行配比。粘結(jié)劑可以采用聚乙烯醇縮丁醛酒精溶液、水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯水解液或聚乙烯醇酒精溶液等任一種，將粘結(jié)劑與合金粉末充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成合金粉涂料。在合金層材料的選用和制作中，合金粉末配方(重量百分比)為粒度為0.4-0.8mm的燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒40-80％、粒度為0.05-0.1mm的鎳(Ni)和鉻(Cr)粉末20-60％，燒結(jié)硬質(zhì)合金可以為YG8(其成分為碳化鎢WC92％、鈷Co8％)、YG15(其成分為碳化鎢WC85％、鈷Co15％)或YT14(其成分為碳化鎢WC78％、碳化鈦TiC14％、鈷Co8％)。
其次是造型采用水玻璃砂或樹(shù)脂砂造型，造型時(shí)將鑄件的耐磨工作面設(shè)置在鑄型的側(cè)面，鑄型固化后將合金粉涂料涂敷在鑄型的側(cè)面上，合金粉涂料面為非水平面。
第三是澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行澆注，在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離合金粉涂料面，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到合金粉涂料。
所述的合金層材料的選用和制作也可以采用所需成分及形狀的合金預(yù)制體，造型時(shí)直接置于鑄型側(cè)面，該側(cè)面為非水平面。
本發(fā)明與其它鑄滲工藝相比具有如下積極效果1、合金層組織致密，不會(huì)出現(xiàn)縮松、夾雜、氣孔等缺陷。
2、合金層材料與本體冶金結(jié)合良好，結(jié)合強(qiáng)度與本體材料相當(dāng)。
3、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，受工藝參數(shù)的變化影響小，成品率高達(dá)98％。
4、合金層厚度可根據(jù)需要在2-30mm內(nèi)任意調(diào)整。
5、合金層組織和性能易于滿足工件要求。


圖1為本發(fā)明的鑄件澆注示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝具體如下首先是合金層材料的選用和制作采用粒度為0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的組成成分為鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、硼(B)、碳(C)，可以以鐵合金或純?cè)匦问郊尤?，也可以以碳化物或氮化物形式加入，根?jù)耐磨、耐蝕等要求，可以選用兩種或多種合金元素進(jìn)行配比。粘結(jié)劑采用聚乙烯醇縮丁醛酒精溶液、水玻璃、硅溶膠、硅酸已酯水解液或聚乙烯醇酒精溶液等任一種。將粘結(jié)劑與合金粉末充分?jǐn)嚢杈鶆颍瞥珊辖鸱弁苛?。在合金層材料的選用和制作中，合金粉末配方(重量百分比)也可以為粒度為0.4-0.8mm的燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒40-80％、粒度為0.05-0.1mm的鎳(Ni)和鉻(Cr)粉末20-60％，燒結(jié)硬質(zhì)合金可以為YG8(其成分為碳化鎢WC92％、鈷Co8％)、YG15(其成分為碳化鎢WC85％、鈷Co15％)或YT14(其成分為碳化鎢WC78％、碳化鈦TiC14％、鈷Co8％)。
其次是造型采用水玻璃砂或樹(shù)脂砂造型，造型時(shí)將鑄件的耐磨工作面設(shè)置在鑄型的側(cè)面，鑄型固化后將合金粉涂料涂敷在鑄型的側(cè)面上，合金粉涂料面為非水平面。
第三是澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行澆注，在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離合金粉涂料面，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到合金粉涂料。內(nèi)澆道與合金涂料面的距離至少為10mm，合金粉涂料面的厚度根據(jù)工件的要求為2-30mm。
在合金層材料的選用、制作和造型時(shí)，也可以采用所需成分及形狀的合金預(yù)制體取代合金粉涂料面，造型時(shí)直接置于鑄型內(nèi)側(cè)面，該側(cè)面為非水平面。合金預(yù)制體的厚度根據(jù)工件的要求為5-30mm。
實(shí)施例1如圖1所示，圖中1-砂箱，2-合金粉涂層或合金預(yù)制體，根據(jù)工件要求可以為各種形狀，可以為工件內(nèi)表面或外表面，3-型腔，4-鑄型。
第一步合金層材料的選用和制作采用粒度為0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的組成成分為鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、硼(B)、碳(C)，粘結(jié)劑采用聚乙烯醇縮丁醛酒精溶液，將粘結(jié)劑與合金粉末充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成合金粉涂料?br> 第二步造型采用水玻璃砂造型，造型時(shí)先在砂箱1中造出所需鑄件的型腔3，并將鑄件的耐磨工作面設(shè)置在鑄型4的側(cè)面，鑄型固化后將合金粉涂料涂敷在鑄型4的側(cè)面上形成合金粉涂層2。
第三步熔煉及澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行熔煉鋼液，澆注溫度為1520℃--1560℃。在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離合金粉涂料面，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到合金粉涂料。
第四步清理鑄件隨型冷卻到100℃后即可開(kāi)箱取出鑄件，清除澆冒口系統(tǒng)。
實(shí)施例2第一步合金層材料的選用和制作合金粉末采用重量百分比為80％粒度為0.4-0.8mm的燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒、20％粒度為0.05-0.1mm的鎳(Ni)和鉻(Cr)粉末，燒結(jié)硬質(zhì)合金為YG8(其成分為碳化鎢WC92％、鈷Co8％)、YG15(其成分為碳化鎢WC85％、鈷Co15％)或YT14(其成分為碳化鎢WC78％、碳化鈦TiC14％、鈷Co8％)。粘結(jié)劑采用聚乙烯醇酒精溶液，將粘結(jié)劑與合金粉末充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成合金粉涂料?br> 第二步造型采用水玻璃砂造型，造型時(shí)先在砂箱1中造出所需鑄件的型腔3，并將鑄件的耐磨工作面設(shè)置在鑄型4的側(cè)面，鑄型固化后將合金粉涂料涂敷在鑄型4的側(cè)面上形成合金粉涂層2。
第三步熔煉及澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行熔煉鋼液，澆注溫度為1520℃-1560℃。在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離合金粉涂料面，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到合金粉涂料。
第四步清理鑄件隨型冷卻到100℃后即可開(kāi)箱取出鑄件，清除澆冒口系統(tǒng)。
實(shí)施例3第一步合金層材料的選用和制作合金粉末采用重量百分比為40％粒度為0.4-0.8mm的燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒、60％粒度為0.05-0.1mm的鎳(Ni)和鉻(Cr)粉末，燒結(jié)硬質(zhì)合金為YG8(其成分為碳化鎢WC92％、鈷Co8％)、YG15(其成分為碳化鎢WC85％、鈷Co15％)或YT14(其成分為碳化鎢WC78％、碳化鈦TiC14％、鈷Co8％)。粘結(jié)劑采用水玻璃，將粘結(jié)劑與合金粉末充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成合金粉涂料?br> 第二步造型采用樹(shù)脂砂造型，造型時(shí)先在砂箱1中造出所需鑄件的型腔3，并將鑄件的耐磨工作面設(shè)置在鑄型4的側(cè)面，鑄型固化后將合金粉涂料涂敷在鑄型4的側(cè)面上形成合金粉涂層2，并吹二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行硬化。
第三步熔煉及澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行熔煉鋼液，澆注溫度為1520℃--1560℃。在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離合金粉涂料面，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到合金粉涂料。
第四步清理鑄件隨型冷卻到100℃后即可開(kāi)箱取出鑄件，清除澆冒口系統(tǒng)。
實(shí)施例4
第一步合金層材料的選用和制作采用硬質(zhì)合金(牌號(hào)為YG15)制作預(yù)制體2，其成分組成為碳化鎢WC85％、鈷Co15％。
第二步造型采用水玻璃砂造型，造型時(shí)先在砂箱1中造出所需鑄件的型腔3，將預(yù)制體2固定在鑄型4的側(cè)面。
第三步熔煉及澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行熔煉合金液，澆注溫度為1500℃--1550℃。在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離預(yù)制體2，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到預(yù)制體2。
第四步清理鑄件隨型冷卻到100℃后即可開(kāi)箱取出鑄件，清除澆冒口系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于a、合金層材料的選用和制作采用粒度為0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的組成成分為鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、硼(B)、碳(C)等，可以以鐵合金或純?cè)匦问郊尤?，也可以以碳化物或氮化物形式加入，根?jù)耐磨、耐蝕等要求進(jìn)行配比；粘結(jié)劑采用有機(jī)或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，將粘結(jié)劑與合金粉末充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成合金粉涂料，b、造型采用水玻璃砂或樹(shù)脂砂造型，造型時(shí)將鑄件的耐磨工作面設(shè)置在鑄型的側(cè)面，鑄型固化后將合金粉涂料涂敷在鑄型的側(cè)面上，所述的合金粉涂料面為非水平面，c、澆注按常規(guī)工藝進(jìn)行澆注，在設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)內(nèi)澆道要遠(yuǎn)離合金粉涂料面，不應(yīng)使鋼液直接沖擊到合金粉涂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于在合金層材料的選用和制作中，合金粉末配方(重量百分比)也可以為粒度為0.4-0.8mm的燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒40-80％、粒度為0.05-0.1mm的鎳(Ni)和鉻(Cr)粉末20-60％，燒結(jié)硬質(zhì)合金顆?？梢赃x用YG8其成分為碳化鎢WC92％、鈷Co8％或YG15其成分為碳化鎢WC85％、鈷Co15％或者YT14其成分為碳化鎢WC78％、碳化鈦TiC14％、鈷Co8％任一種燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于在合金層材料的選用制作和造型時(shí)，也可以采用所需成分及形狀的合金預(yù)制體，由合金預(yù)制體取代合金粉涂料面，造型時(shí)直接置于鑄型內(nèi)側(cè)面，該側(cè)面為非水平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的內(nèi)澆道與合金涂料面的距離至少為10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的合金粉涂料面厚度根據(jù)工件的要求為2-30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的預(yù)制體的厚度根據(jù)工件的要求為5-30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于在合金層材料的選用和制作中，所述的粘結(jié)劑采用聚乙烯醇縮丁醛酒精溶液、水玻璃、硅溶膠、硅酸乙酯水解液或聚乙烯醇酒精溶液任一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在碳鋼或合金鋼表面制成高合金耐磨層復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，首先選用粒度為0.005－0.8mm鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鎳、鈷、錳、硼、碳組成的合金粉末或選用粒度為0.4－0.8mm的燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒40－80％、粒度為0.05－0.1mm的鎳和鉻的合金粉末20－60％，粘結(jié)劑與合金粉末攪拌制成合金粉涂料，其次，將合金粉涂料涂敷在鑄型側(cè)面上，第三是澆注成型，具有合金層組織致密，不會(huì)出現(xiàn)縮松、夾雜、氣孔等缺陷，合金層與本體結(jié)合良好，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，成品率高，合金層組織和性能易于滿足工件要求的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22F7/02GK1483536SQ0315337
公開(kāi)日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月12日
發(fā)明者陳振華, 魏世忠, 劉亞民 申請(qǐng)人:陳振華, 魏世忠, 劉亞民