CN101705453A - 一种球墨铸铁基复合材料制备工艺 - Google Patents

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阮晓光
许云华
岑启宏
王发展
刘文刚
牛立斌
徐英鸽
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本发明公开了一种球墨铸铁基复合材料制备工艺，该工艺主要包括以下步骤：用钼丝编织钼丝网，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，把钼丝立体网状骨架预置在铸型型腔中；冶炼球墨铸铁浇入铸型中，冷却清理后得到钼丝-球墨铸铁二元材料预制体；把钼丝-球墨铸铁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，获得碳化钼颗粒增强球墨铸铁基复合材料。用该方法制备的复合材料充分发挥了碳化钼硬质相的高耐磨性能和球墨铸铁的良好韧性，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

一种球墨铸铁基复合材料制备工艺
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及一种球墨铸铁基复合材料制备工艺。
背景技术
球墨铸铁是一种广泛应用于冶金、矿山、电力、建筑、机械、煤碳、汽车等行业的常用金属材料，由于具有较高的碳含量，经过孕育和球化处理后，碳以球状或蠕虫状石墨形态分布在组织中，使球墨铸铁有较好的强度和韧性。但由于球墨铸铁中缺少碳化物等硬质相，其宏观硬度只有HRC35左右，所以球墨铸铁不能抵制磨损工况条件下，磨料对零件表面的切削磨损作用，这使得球墨铸铁很难应用到受磨损的设备零件上，极大地限制了其使用范围。
目前生产上提高球墨铸铁耐磨性方面，通过加入合金元素或热处理，获得贝氏体、马氏体等组织，只能微量提高耐磨性，仍旧不能使球墨铸铁广泛应用于磨损领域；近年来出现了陶瓷颗粒增强的复合制备工艺，例如用碳化钼或氮化钼颗粒放置在铸型底部，然后再浇入球墨铸铁，但制备工艺难以稳定控制，增强颗粒分布不均匀，仍旧难以获得增强体分布均匀的整体抗磨球墨铸铁。也有将碳化钼等硬质颗粒用粘结剂固化成形，放入铸型内，然后浇注金属液，使硬质颗粒与金属液互相渗透熔合，但由于粘结剂在高温下分解产生大量气体，导致复合层内部形成许多气孔，效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种球墨铸铁基复合材料制备工艺，通过该工艺在球墨铸铁基体中形成网状碳化钼硬质相，并与球墨铸铁有效结合为一体，充分发挥了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，可制作成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)用钼丝编织钼丝网(1)；
(2)将钼丝网(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)将预制的钼丝网(1)状立体骨架放入铸型(2)；
(6)冶炼球墨铸铁(3)，得到液态球墨铸铁；
(7)把液态球墨铸铁浇入铸型，获得钼丝-球墨铸铁二元材料预制体；
(8)冷却清理后把钼丝-球墨铸铁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，即制成碳化钼增强球墨铸铁基复合材料(4)。
所述钼丝(1)直径为0.1～2.5mm；所述钼丝网(1)编织成单层或多层，钼丝间距为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钼丝网(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，把钼丝立体网状骨架固定在球墨铸铁基体中制作成预制体，保证了碳化物形成元素钼在基体中的均匀性；
2、在热处理炉中，通过1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min，使钼原子进行中长程的充分扩散，弥散到球墨铸铁基体中，并与球墨铸铁中的碳原子发生原位反应，自然生成碳化钼硬质相颗粒，由于1080℃～1350℃温度区低于球墨铸铁的液化温度，因此钼原子的扩散属于固态扩散，碳化钼也是在固态下原位反应生成的，避免了碳化钼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，并且可以使全部钼参与原位反应生成碳化钼。
3、碳化钼硬质相属于内部原位化学反应生成，所以碳化钼颗粒的界面洁净无污染，与球墨铸铁基体结合成一体，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球墨铸铁的良好韧性，又有了碳化钼硬质相的高耐磨性，进一步提升了材料的磨损寿命。
4、根据零件的需要，既可以把钼丝网放置于铸型的局部，浇注球墨铸铁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；也可以把钼丝网放置于整个铸型型腔中，浇注球墨铸铁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为预置钼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为整体碳化钼增强球墨铸铁基复合材料落料衬板截面示意图
图5为局部碳化钼增强球墨铸铁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钼丝编织钼丝网1，钼丝间距为2mm；
(2)钼丝网1按落料衬板长度和高度规格裁剪成矩形；
(3)把矩形钼丝网1进行酸洗；
(4)按铸造工艺要求制作铸型2；
(5)把裁剪好的钼丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2型腔；
(6)冶炼球墨铸铁3，得到液态球墨铸铁；
(7)采用重力铸造方法把液态球墨铸铁3浇入铸型，液态球墨铸铁充满网状立体骨架的空隙，获得钼丝-球墨铸铁二元材料预制体；
(8)冷却脱型清理后，把钼丝-球墨铸铁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，即得到整体碳化钼增强球墨铸铁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钼丝编织钼丝网1，钼丝间距为10mm；
(2)钼丝网1按落料衬板长度和一半高度规格裁剪成矩形；
(3)把矩形钼丝网进行酸洗；
(4)按铸造工艺要求制作铸型2；
(5)把裁剪好的钼丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2型腔；
(6)冶炼球墨铸铁3，得到液态球墨铸铁；
(7)采用重力铸造方法把液态球墨铸铁3浇入铸型，获得局部钼丝-球墨铸铁二元材料预制体；
(8)冷却脱型清理后，把局部钼丝-球墨铸铁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，即得到局部碳化钼增强球墨铸铁基复合材料落料衬板4。

Claims (5)

1.一种球墨铸铁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)用钼丝编织钼丝网(1)；
(2)将钼丝网(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)将预制的钼丝网状立体骨架放入铸型(2)；
(6)冶炼球墨铸铁(3)，得到液态球墨铸铁；
(7)把液态球墨铸铁(3)浇入铸型(2)，获得钼丝-球墨铸铁二元材料预制体；
(8)冷却清理后把钼丝-球墨铸铁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，即制成碳化钼增强球墨铸铁基复合材料(4)。
2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁基复合材料制备工艺，其特征在于：所述钼丝直径为0.1～2.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁基复合材料制备工艺，其特征在于：所述钼丝网(1)编织成单层或多层，钼丝间距为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所述的一种球墨铸铁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钼丝网立体骨架结构。
5.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁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。
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