CN101412098B - 一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗磨原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法，该方法制备的原生柱状硬质相复合耐磨块由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，首先将高合金粉芯丝状按一定厚度和比例编织成一定形状的丝材骨架，放入装有高温钢液的浇铸型腔中，利用钢液高温对高合金粉芯丝材进行铸渗、烧结或溶化，合金元素进行扩散，原位生成高硬度柱状硬质相，并使高硬度柱状硬质相与高韧性基体金属两部分实现冶金结合。本发明制备的复合耐磨块具有高耐磨性和高韧性，在钻探、挖掘、采矿等领域有广泛用途。

Description

一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨块的制备，特别是一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法。

背景技术

目前，国内外的耐磨金属磨块主要采用铸造或堆焊的方法，在胎体金属中或金属极板上形成硬质合金耐磨材料。最近，国外有公司采用铸造方法，将硬质合金颗粒铸入胎体金属中形成耐磨块，此法需要的胎体体积大，合金量高，产品成本高。国内最新的方法是采取电渣堆焊将硬质合金颗粒进入熔化的金属极板上，从而在金属胎体表面形成复合耐磨层。该方法难以保证硬质合金颗粒在金属基体的均匀分布，可控性差，且熔融金属在高温下产生大量氧化物，这些氧化物杂质并停留在金属基体中，从而影响了复合材料的耐磨性和韧性。

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，提供一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法，，该方法制备的原生柱状硬质相复合耐磨块可焊于工件的易磨损部位，由于原生柱状硬质相复合材料具有高耐磨性、高韧性和良好可焊性等特点，可在广泛应用于钻探、挖掘、采矿等领域。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备，其特征在于，该方法制备的原生柱状硬质相复合耐磨块由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，具体制备包括下列步骤：

步骤一，用合金粉芯丝材按照磨块的形状编织成合金粉芯丝材骨架，并通过绑扎或焊接方式固定；

步骤二，将合金粉芯丝材骨架置入砂型中，合金粉芯丝材骨架的实际体积占浇铸复合总体积的20％～80％；

步骤三，用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制成原生柱状硬质相复合耐磨块。

采用本发明制备的原生柱状硬质相复合耐磨块具有以下优点：

1、由于采用合金粉芯丝材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温作用下，合金粉芯丝材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在基体金属中的宏观上呈柱/带状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与韧性有机统一，可有效地避免疲劳磨损，且复合耐磨层抗拉性能和抗压性能好。本法制备的耐磨复合磨块的整体性能优良，显著优于高合金钢、铸铁和硬质合金颗粒复合材料制备的磨块。

2、合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。

3、由于合金粉芯丝材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷，内部组织性能优良，明显优于一般的堆焊方法制备耐磨复合材料的组织结构。

4、本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

5、柱状硬质相为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织致密且无明显缺陷，避免了表层为堆焊材料的磨块在工作过程中出现的开裂现象和使用过程中的脱落现象。

6、可根据使用工况，柱/带状硬质点在基体中的比例可调，并分布均匀；

7、对于严酷的工况条件，可调整柱/带状硬质点的直径或形状大小以及分布形式，将合金粉芯丝材尺寸从毫米级向微米级调整，可使磨块性能获得大幅提高；

8、本发明制备的原生柱状硬质相复合磨块具有高耐磨性、高韧性和良好可焊性等优点，可在广泛应用于钻探、挖掘、采矿等领域。

附图说明

图1是1为合金粉芯丝结构示意图；

图2为三维骨架编织体的结构示意图；

图3为本发明的制备流程图；

图4为原生柱状硬质相复合磨块的金相组织图。

下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见附图，按照本发明的技术方案，首先制备一定直径和合金粉末配比的合金粉芯丝材1(图1)。按所要制备的磨块的形状、大小，将合金芯丝材1编织成合金粉芯丝材骨架2(图2)，并通过绑扎和焊接的方法将合金粉芯丝材骨架2固定。合金粉芯丝材骨架2的实际体积占齿条复合材料总体积的20％～80％；

用树脂砂按照磨块的形状制作砂型3，将合金粉芯丝材骨架2置于砂型3的型腔中，将冶炼熔化的基体金属5的高温钢液或铸铁液浇入砂型3的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架2进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉芯丝材骨架2中合金粉的金属元素在金属液中进行短程扩散，在基体金属中原位形成分布均匀且与基体实现冶金结合的高硬度柱状硬质相，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，从而形成以高韧性高强度钢为基体，内含一定数量和分布均匀的高耐磨硬质相，以及基体与硬质相的界面达到冶金结合的原生柱状硬质相复合耐磨块。

合金粉芯丝材截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围Φ2～10mm，方形截面边长范围2mm～10mm)，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1～1mm；芯部为粒度为50～300目的合金粉末。

合金粉芯丝材芯部的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。

合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛粉末中的一种或几种构成。

基体金属是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的铸钢或铸铁中的一种。

以下是发明人给出的实施例但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的耐磨块

1、将合金粉包裹于低碳钢管皮中，形成合金粉芯丝材1；选用截面尺寸为Φ3mm的合金粉芯丝材1，合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100目～150目；

2、将合金芯丝材编织成近似耐磨块形状的合金粉芯丝材骨架2，并通过绑扎或焊接的方法将合金粉芯丝材骨架2进行固定；

3、采用树脂砂按照铸造工艺要求制作耐磨块砂型3；

4、选用A3钢作为基体金属5，用中频炉冶炼熔化后，达到1600℃出炉，将钢液从浇道4浇入耐磨块砂型3的型腔内(图3)基体金属5钢液的高温对三维结构的合金粉芯丝材骨架2的合金粉芯丝材1进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉芯丝材骨架2的合金元素在钢液中进行扩散，在基体金属4中原位形成分布均匀且实现冶金结合的高硬度柱状硬质相6，然后室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高铬合金为柱状硬质相6、A3钢为基体金属5的原生柱状硬质相复合耐磨块，本实施例制备的原生柱状硬质相复合耐磨块的金相组织图如图4所示。

当然，根据实际需要，合金粉末也可以选择高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。

按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

上述实施例中，按照不同的需求，基体金属3还可以选择灰口铸铁或球墨铸铁，均能够制成合格的原生柱状硬质相复合耐磨块。

本发明制备的原生柱状硬质相复合耐磨块，具有基体金属的高强度和高韧性，又具有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高压和强烈磨损，可有效地避免疲劳磨损，且复合耐磨层抗拉性能和抗压性能好。显著优于高合金钢、铸铁和硬质合金颗粒复合材料制备的磨块。

Claims (4)

1.一种原生柱状硬质相复合耐磨块的制备方法，其特征在于，该方法制备的原生柱状硬质相复合耐磨块由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，具体制备包括下列步骤：

步骤一，用合金粉芯丝材按照磨块的形状编织成合金粉芯丝材骨架，并通过绑扎或焊接方式固定；

步骤二，将合金粉芯丝材骨架置入砂型中，合金粉芯丝材骨架的实际体积占浇铸复合总体积的20％～80％；

步骤三，用冶炼熔化的基体金属液浇铸于砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制成原生柱状硬质相复合耐磨块；

所述的合金粉芯丝截面为圆形或方形或长方形，其中圆形直径范围Φ2mm-Φ10mm，方形截面边长范围2mm-10mm；长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材截面形状决定；包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1mm～1mm，合金粉芯丝材的芯部灌装有合金粉末，粒度为50目～300目；

所述的合金粉末为碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛中的一种或几种混合物，或者为高碳铬铁粉或高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或铸铁。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢或低碳钢。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或球墨铸铁。

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