CN101705413A - 碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺 - Google Patents
碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101705413A CN101705413A CN200910218833A CN200910218833A CN101705413A CN 101705413 A CN101705413 A CN 101705413A CN 200910218833 A CN200910218833 A CN 200910218833A CN 200910218833 A CN200910218833 A CN 200910218833A CN 101705413 A CN101705413 A CN 101705413A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten
- manganese steel
- composite material
- high manganese
- base composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明公开了碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，该制备工艺主要包括以下步骤：用钨丝编织成钨丝网，裁剪、多层卷制或叠加制成网状立体骨架结构；按照铸造工艺要求制作铸型，把钨丝立体网状骨架预置在铸型型腔中；冶炼高锰钢浇入铸型中，冷却清理后得到钨丝-高锰钢二元材料预制体；把钨丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉，加温到碳化物形成温度进行保温，获得碳化钨颗粒增强高锰钢基复合材料。用该方法制备的复合材料充分发挥了碳化钨硬质相的高耐磨性能和高锰钢的良好韧性，调控方便，工艺可靠，解决了复合材料反应不完全，增强相颗粒分布不均匀，增强相界面污染弱化等难题，可广泛应用于矿山、电力、冶金、煤炭、建材等耐磨领域。
Description
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺。
背景技术
高锰钢具有高的强度、塑性、低温韧性、加工硬化性、以及抗冲击安全性。作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其高冲击应力工况下耐磨性是其他材料所无法比拟的。利用高锰钢制作的衬板、锤头、筛条、颚板等耐磨产品长期广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中。但在使用实践中发现，高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢的高耐磨性才得到体现。在受到较大冲击的条件下，高锰钢的奥氏体组织表层会因变形而产生形变马氏体，表面硬度会从HB180～220迅速提高至HB500～550，从而获得高的耐磨性；但在低冲击或无冲击的工况下，高锰钢的加工硬化效果不明显，表层硬度较低，所以耐磨性很差。同时由于高锰钢的屈服强度低、抗剪切能力差，初次使用时易于变形并发生剪切破坏，而造成较大的磨损。
为了进一步提高高锰钢的耐磨性能，并能满足中、低应力载荷等不同工况条件下使用，国内外开展了大量的研发工工作。专利[91106820.1]向高锰钢中加入稀土、钼、钛、钨等多元合金元素，经过强化孕育处理得到一种多元合金强韧化高锰钢。专利[200810058345.7]对高锰钢采取稀土变质处理改善高锰钢的组织和力学性能。由于钇基稀土的加入增加了形核核心和抑制奥氏体晶粒长大，奥氏体晶粒得到细化，抗拉强度和冲击韧性提高。专利[200610048665.5]通过加入铬、稀土，调整原高锰钢中锰、碳、硅、铁的重量比而合成一种改性高锰钢。专利[200710135682.7]采用高碳、高锰、Cr2、稀土的成分配方，经水韧处理使高锰钢内的奥氏体组织均匀化。专利[200510045639.2]发明了一种稀土硼微合金化高锰钢，其工艺过程包括配料、熔炼、出钢、加变质剂、浇注步骤。专利[200810232313.4]发明了用高碳钢丝加入到高锰钢基体中，经过后续热处理，利用高碳钢丝的淬硬性来增强高锰钢基体的一种制备工艺，其强化性能低于原位化学反应合成碳化物。
可见，目前关于高锰钢的专利主要集中在采用传统工艺对高锰钢进行合金化和稀土变质处理，高锰钢性能提升幅度非常有限，也不能完全适应中、低冲击应力工况。
发明内容
本发明的目的是提供碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，通过该工艺在高锰钢基体中形成大量原位反应生成的碳化钨硬质相，在高锰钢基体中弥散均匀分布，并与高锰钢有效结合为一体，增强相界面清洁无污染，结合强度高，可充分发挥硬质相的高耐磨特性，也保留了基体金属的良好韧性，从而达到最佳的性能匹配，可以把高锰钢的耐磨性提高6倍左右，并且可使高锰钢广泛应用于高、中、低冲击应力工况.该工艺可制作多种结构形状的产品，开发应用前景广阔.
本发明的技术方案是这样实现的：
(1)用钨丝编织钨丝网(1)；
(2)将钨丝网(1)裁剪、多层卷制或叠加，预制成网状立体骨架结构；
(3)把预制成网状立体骨架进行酸洗去掉油污杂物；
(4)按铸造工艺要求制作铸型；
(5)将预制的钨丝网(1)状立体骨架放入铸型(2)；
(6)冶炼高锰钢(3)，得到液态高锰钢；
(7)把液态高锰钢浇入铸型，获得钨丝-高锰钢二元材料预制体；
(8)冷却清理后把钨丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在碳化物形成温度下保温；
(10)随炉冷却后出炉，即制成碳化钨增强高锰钢基复合材料(4)。
所述钨丝(1)直径为0.1～2.5mm；所述钨丝网(1)编织成单层或多层，钨丝间距为0.2～10mm，也可根据工况需要适当增加间距。
所述步骤(2)中，根据零件的尺寸和规格来制作钨丝网(1)立体骨架结构。所述步骤(9)碳化物形成温度为1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过铸渗的原理，把钨丝立体网状骨架固定在高锰钢基体中制作成预制体，保证了碳化物形成元素钨在基体中的均匀性；
2、在热处理炉中，通过1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min，使钨原子进行中长程的充分扩散，弥散到高锰钢基体中，并与高锰钢中的碳原子发生原位反应，自然生成碳化钨硬质相颗粒，由于1080℃～1350℃温度区低于高锰钢的液化温度，因此钨原子的扩散属于固态扩散，碳化钨也是在固态下原位反应生成的，避免了碳化钨与基体金属比重差异造成的漂浮和偏析，解决了硬质相难以弥散且均匀分布的复合材料制备难题，并且可以使全部钨参与原位反应生成碳化钨。
3、碳化钨硬质相属于内部原位化学反应生成，所以碳化钨颗粒的界面洁净无污染，与高锰钢基体结合成一体，具有良好的界面结合效果，避免了外加硬质颗粒等传统复合材料制备工艺上的增强相界面弱化问题，获得的复合材料既保留了高锰钢的良好韧性，又有了碳化钨硬质相的高耐磨性，进一步提升了材料的磨损寿命。
4、根据零件的需要，既可以把钨丝网放置于铸型的局部，浇注高锰钢后获得局部耐磨的零件，复合层厚度可根据工况要求任意调整；也可以把钨丝网放置于整个铸型型腔中，浇注高锰钢后获得整体耐磨的零件，工艺可控性强。
附图说明
图1为本发明流程图
图2为预置钨丝网的铸型截面示意图
图3为落料衬板预制体截面示意图
图4为整体碳化钨增强高锰钢基复合材料落料衬板截面示意图
图5为局部碳化钨增强高锰钢基复合材料落料衬板示意截面图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1：制作整体复合材料落料衬板
如图1、图2、图3和图4所示，具体操作步骤如下：
(1)用0.5mm钨丝编织钨丝网1，钨丝间距为2mm；
(2)钨丝网1按落料衬板长度和高度规格裁剪成矩形；
(3)把矩形钨丝网1进行酸洗；
(4)按铸造工艺要求制作铸型2；
(5)把裁剪好的钨丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2的型腔；
(6)冶炼高锰钢3，得到液态高锰钢；
(7)采用重力铸造方法把液态高锰钢3浇入铸型，液态高锰钢充满网状立体骨架的空隙，获得钨丝-高锰钢二元材料预制体；
(8)冷却脱型清理后，把钨丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在1300℃温度左右下保温60min；
(10)随炉冷却后出炉，即得到整体碳化钨增强高锰钢基复合材料落料衬板4。
实施例2：制作局部复合材料落料衬板
如图1和图5所示，具体操作步骤如下：
(1)用2.0mm钨丝编织钨丝网1，钨丝间距为10mm；
(2)钨丝网1按落料衬板长度和一半高度规格裁剪成矩形；
(3)把矩形钨丝网进行酸洗；
(4)按铸造工艺要求制作铸型2；
(5)把裁剪好的钨丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2型腔；
(6)冶炼高锰钢3，得到液态高锰钢；
(7)采用重力铸造方法把液态高锰钢3浇入铸型，获得局部钨丝-高锰钢二元材料预制体；
(8)冷却脱型清理后，把局部钨丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在1150℃温度左右下保温120min；
(10)随炉冷却后出炉，即得到局部碳化钨增强高锰钢基复合材料落料衬板4。
Claims (5)
1.碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于：该制备工艺包括以下步骤：
(1)用钨丝编织钨丝网(1)；
(2)将钨丝网(1)裁剪、多层卷制或叠加，预制成网状立体骨架结构；
(3)把预制成网状立体骨架进行酸洗去掉油污杂物；
(4)按铸造工艺要求制作铸型(2)；
(5)将预制的钨丝网状立体骨架放入铸型(2)；
(6)冶炼高锰钢(3)，得到液态高锰钢；
(7)把液态高锰钢(3)浇入铸型(2)，获得钨丝-高锰钢二元材料预制体；
(8)冷却清理后把钨丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在碳化物形成温度下保温；
(10)随炉冷却后出炉，即制成碳化钨增强高锰钢基复合材料(4)。
2.根据权利要求1所述的碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于：所述钨丝直径为0.1～2.5mm。
3.根据权利要求1所述的碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于：所述钨丝网(1)编织成单层或多层，钨丝间距为0.2～10mm，也可根据工况需要适当增加间距。
4.根据权利要求1所述的碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)，根据零件的尺寸和规格来制作钨丝网立体骨架结构。
5.根据权利要求1所述的碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于：所述步骤(9)碳化物形成温度为1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910218833A CN101705413A (zh) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | 碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910218833A CN101705413A (zh) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | 碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101705413A true CN101705413A (zh) | 2010-05-12 |
Family
ID=42375664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910218833A Pending CN101705413A (zh) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | 碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101705413A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102337537A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-02-01 | 西安建筑科技大学 | 基于表层区熔的碳化钨颗粒表层强化的合金钢棒材制备 |
| CN102350491A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-02-15 | 西安建筑科技大学 | 一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法 |
| CN112927956A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种电接触材料及其制备方法 |
-
2009
- 2009-11-09 CN CN200910218833A patent/CN101705413A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102337537A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-02-01 | 西安建筑科技大学 | 基于表层区熔的碳化钨颗粒表层强化的合金钢棒材制备 |
| CN102350491A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-02-15 | 西安建筑科技大学 | 一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法 |
| CN102350491B (zh) * | 2011-10-26 | 2013-06-26 | 西安建筑科技大学 | 一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法 |
| CN102337537B (zh) * | 2011-10-26 | 2013-06-26 | 西安建筑科技大学 | 基于表层区熔的碳化钨颗粒表层强化的合金钢棒材制备 |
| CN112927956A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-06-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种电接触材料及其制备方法 |
| CN112927956B (zh) * | 2021-01-22 | 2022-04-01 | 中国科学院金属研究所 | 一种电接触材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101705444A (zh) | 一种高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN102051557B (zh) | 高铬铸铁-高锰钢复合衬板及其制造方法 | |
| CN101709441A (zh) | 一种球墨铸铁基复合材料制备工艺 | |
| CN103343301B (zh) | 一种梅花桩网络分布陶瓷/金属复合材料的制备方法 | |
| CN101406944A (zh) | 一种高锰钢复合材料的制备方法 | |
| CN113926994A (zh) | 一种耐磨挤压辊的制备方法 | |
| CN108746636A (zh) | 一种碳化钨-钢基复合材料及其制备方法 | |
| CN101705413A (zh) | 碳化钨增强高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN100467626C (zh) | 提高高锰钢初期耐磨性的表面时效处理方法 | |
| CN101705453A (zh) | 一种球墨铸铁基复合材料制备工艺 | |
| CN1026338C (zh) | 强韧性高铬多元合金铸铁胶囊形(圆形)磨球及其制造方法 | |
| CN101709440A (zh) | 一种高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN101705446A (zh) | 碳化钛增强高速钢基复合材料制备工艺 | |
| CN101705449A (zh) | 碳化钒增强高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN101709438A (zh) | 碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN101705447A (zh) | 高锰钢基自生碳化钽复合材料制备工艺 | |
| CN101705419A (zh) | 碳化钒增强球墨铸铁基复合材料制备工艺 | |
| CN101705415A (zh) | 碳化铬增强高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN101709439A (zh) | 球墨铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺 | |
| CN101705420A (zh) | 碳化钒增强灰口铸铁基复合材料制备工艺 | |
| CN107971473B (zh) | 一种WCp/高锰钢基复合耐磨衬板的制备方法 | |
| CN1327028C (zh) | 表层或局部梯度强化耐磨锰钢复合材料及制备工艺 | |
| CN115780025A (zh) | 一种立磨磨辊及其制备方法 | |
| CN101406945A (zh) | 一种原位生成碳化钨的灰铁基复合材料制备方法 | |
| CN101705454A (zh) | 碳化钨增强高速钢基复合材料制备工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100512 |