CN102021469A - 一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体及制备方法和耐磨铸件 - Google Patents

一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体及制备方法和耐磨铸件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体及制备方法和耐磨铸件的技术方案，该方案增强高铬铸铁耐磨性的粉体的组成，是按重量份有纯度99.5%的Fe粉6-7份和纯度为99.9%的Al粉3-4份的混合金属粉体，再加金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3，混合成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体。其制备方法是将Fe粉、Al粉和分散剂Y2O3混合，进行球磨成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体，再经退火处理得成品。利用增强高铬铸铁耐磨性粉体的耐磨铸件，是利用悬浮浇铸法，在浇铸过程中，将粒度为20-100纳米的0.5-1.1份Fe3Al金属间化合物固态粉体，加入到60份1380-1440℃的高铬铸铁金属液中，浇铸后得到的铸件既是耐磨铸件。

Description

一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体及制备方法和耐磨铸件
技术领域
本发明涉及的是一种高铬铸铁的添加剂及铸件，尤其是一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体及制备方法和耐磨铸件。 
背景技术
在现有技术中，公知的技术是在用的高铬铸铁，由于高铬铸铁具有优良的耐磨性能，使目前大部分抛丸机等磨机都是采用高铬铸铁材料加工制造。然而，在实际工程应用过程中，要得到完全马氏体难度很大，马氏体的形貌也难以控制，致使高铬铸铁在摩擦磨损特别是在冲击摩擦磨损情况下很容易从铸造缺陷部位层层剥落，造成铸件的磨损失效，这是现有技术所存在的不足之处。 
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体及制备方法和耐磨铸件的技术方案，该方案采用粒度为纳米级的Fe3Al金属间化合物固态粉体，用来增强高铬铸铁的耐磨性，采用球磨法制备纳米级的Fe3Al粉体。再用纳米级的Fe3Al粉体在高铬铸铁浇铸时使用悬浮浇铸法加入到铸件中，制成耐磨铸件。 
本方案是通过如下技术措施来实现的： 
增强高铬铸铁耐磨性的粉体，其特点是粉体的组成按重量份有纯度为99.5%的Fe粉6-7份和纯度为99.9%的Al粉3-4份的混合金属粉体，再加混合金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3，混合成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体。
增强高铬铸铁耐磨性粉体的制备方法，其特点是粉体的加工步骤如下： 
一. 取纯度为99.5%的Fe粉6-7份和纯度为99.9%的Al粉3-4份，混合成金属粉体；
二. 取步骤一金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3混合到步骤一的金属粉体内，并充分混合均匀成混合粉体；
三. 将步骤二的混合粉体置入球磨罐内，加入按磨球与混合粉体的重量比为十比一的比例加入Al2O3磨球，并向球磨罐内充入氩气20-40分钟，充气后密封球磨罐；
四. 将球磨罐置于球磨机上进行球磨一小时停机，停机一小时后继续球磨10-20小时，取出球磨罐静置3小时并冷却至室温；
五. 在真空条件下，打开球磨罐，分离出球磨的混合粉体成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体；
六. 将步骤五获得的Fe3Al粉体，在真空条件下进行700-770℃退火处理，保温55-90分钟后，冷却至室温，获得成品Fe3Al粉体。
    该方法的具体特点还有，步骤一所述的Fe粉和Al粉的粒度为200目。步骤三所述的磨球是直径10毫米的磨球1份，直径5毫米的磨球3-6份，直径3毫米的磨球6-12份混合的磨球。步骤四所述的球磨机的转速为每分钟280-370转。步骤六所述退火处理的加热速度为每分钟200℃。 
利用增强高铬铸铁耐磨性粉体的耐磨铸件，其特点特征是利用悬浮浇铸法，在浇铸过程中，将粒度为20-100纳米的0.5-1.1份Fe3Al金属间化合物固态粉体，加入到60份1380-1440℃的高铬铸铁金属液中，浇铸后得到的铸件既是耐磨铸件。 
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中，采用Fe粉和Al粉再加分散剂Y2O3，经球磨混合成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体来增强高铬铸铁的耐磨性，再用纳米级的Fe3Al粉体在高铬铸铁浇铸时使用悬浮浇铸法加入到铸件中，制成耐磨铸件。由于Fe3Al金属间化合物具有DO3长程有序超点阵晶体结构, 原子间同时存在金属键、共价键和离子键，既具有金属材料的导热性、高塑性和低硬度，又具陶瓷材料相似的低密度、较高的高温强度, 以及优良的耐磨性能、抗氧化性能和耐腐蚀性能。随着温度和Al成分的变化，该结构会以二级相变的方式向部分有序B2结构及无序α结构转变。Fe3Al金属间化合物具有较高的高温强度和高温抗蠕变等性能, 亦有良好的高温抗氧化、抗硫化及其它多种介质中的抗腐蚀性能。利用Fe3Al金属间化合物颗粒来增强高铬铸铁材料，可形成耐高冲击摩擦磨损的高铬铸铁耐磨材料。因此，利用Fe3Al既可以改变高铬铸铁晶体生长形貌，改变马氏体的生长形态，大大提高材料的硬度；又可以提高材料高温下的摩擦磨损性能，明显起到抵抗高温摩擦磨损的作用。一般利用Fe3Al金属间化合物颗粒来增强高铬铸铁的材料，其抗摩擦磨损性能可达普通高铬铸铁的5倍。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。 
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过两个具体实施方式，对本方案进行阐述。
第一个具体实施方式： 
　　增强高铬铸铁耐磨性的粉体，本方案粉体的组成按重量份有纯度为99.5%的Fe粉6份和纯度为99.9%的Al粉4份的混合金属粉体，再加混合金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3，混合成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体。
增强高铬铸铁耐磨性的粉体的制备方法，本方案粉体的加工步骤如下： 
一. 取纯度为99.5%粒度为200目的Fe粉6份和纯度为99.9%粒度为200目的Al粉4份，混合成金属粉体；
二. 取步骤一金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3混合到步骤一的金属粉体内，并充分混合均匀成混合粉体；
三. 将步骤二的混合粉体置入球磨罐内，加入按磨球与混合粉体的重量比为十比一的比例加入Al2O3磨球，所述的磨球是直径10毫米的磨球1份，直径5毫米的磨球5份，直径3毫米的磨球7份混合的磨球，并向球磨罐内充入氩气25分钟，充气后密封球磨罐；
四. 将球磨罐置于转速为每分钟300转的球磨机上进行球磨一小时停机，停机一小时后继续球磨12小时，取出球磨罐静置3小时并冷却至室温；
五. 在真空条件下，打开球磨罐，分离出球磨的混合粉体成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体；
六. 将步骤五获得的Fe3Al粉体，在真空条件下进行720℃退火处理，所述退火处理的加热速度为每分钟200℃，保温80分钟后，冷却至室温，获得成品Fe3Al粉体。
   利用增强高铬铸铁耐磨性粉体的耐磨铸件是抛丸机用分丸轮，本方案采用精密铸造，利用悬浮浇铸法，在浇铸过程中，将粒度为80纳米的0.6份Fe3Al金属间化合物固态粉体，加入到60份1400℃的高铬铸铁金属液中，浇铸后得到的铸件既是耐磨的抛丸机用分丸轮铸件，这种铸件的铸造缺陷少，组织致密，表面硬度高。 
第二个具体实施方式： 
　　增强高铬铸铁耐磨性的粉体，本方案粉体的组成按重量份有纯度为99.5%的Fe粉7份和纯度为99.9%的Al粉3份的混合金属粉体，再加混合金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3，混合成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体。
增强高铬铸铁耐磨性的粉体的制备方法，本方案粉体的加工步骤如下： 
一. 取纯度为99.5%粒度为200目的Fe粉7份和纯度为99.9%粒度为200目的Al粉3份，混合成金属粉体；
二. 取步骤一金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3混合到步骤一的金属粉体内，并充分混合均匀成混合粉体；
三. 将步骤二的混合粉体置入球磨罐内，加入按磨球与混合粉体的重量比为十比一的比例加入Al2O3磨球，所述的磨球是直径10毫米的磨球1份，直径5毫米的磨球3份，直径3毫米的磨球10份混合的磨球，并向球磨罐内充入氩气40分钟，充气后密封球磨罐；
四. 将球磨罐置于转速为每分钟350转的球磨机上进行球磨一小时停机，停机一小时后继续球磨18小时，取出球磨罐静置3小时并冷却至室温；
五. 在真空条件下，打开球磨罐，分离出球磨的混合粉体成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体；
六. 将步骤五获得的Fe3Al粉体，在真空条件下进行750℃退火处理，所述退火处理的加热速度为每分钟200℃，保温65分钟后，冷却至室温，获得成品Fe3Al粉体。
   利用增强高铬铸铁耐磨性粉体的耐磨铸件是抛丸机用叶片，本方案利用悬浮浇铸法，在浇铸过程中，将粒度为40纳米的1份Fe3Al金属间化合物固态粉体，加入到60份1380℃的高铬铸铁金属液中，浇铸后得到的铸件既是耐磨抛丸机用叶片铸件，这种铸件的铸造缺陷少，组织致密，表面硬度高，抗高温摩擦磨损的能力强。 
本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种增强高铬铸铁耐磨性的粉体，其特征是：粉体的组成按重量份有纯度为99.5%的Fe粉6-7份和纯度为99.9%的Al粉3-4份的混合金属粉体，再加混合金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3，混合成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体。
2.一种权利要求1所述粉体的制备方法，其特征是：粉体的加工步骤如下：
一. 取纯度为99.5%的Fe粉6-7份和纯度为99.9%的Al粉3-4份，混合成金属粉体；
二. 取步骤一金属粉体重量二十分之一的分散剂Y2O3混合到步骤一的金属粉体内，并充分混合均匀成混合粉体；
三. 将步骤二的混合粉体置入球磨罐内，加入按磨球与混合粉体的重量比为十比一的比例加入Al2O3磨球，并向球磨罐内充入氩气20-40分钟，充气后密封球磨罐；
四. 将球磨罐置于球磨机上进行球磨一小时停机，停机一小时后继续球磨10-20小时，取出球磨罐静置3小时并冷却至室温；
五. 在真空条件下，打开球磨罐，分离出球磨的混合粉体成粒度为20-100纳米的Fe3Al粉体；
六. 将步骤五获得的Fe3Al粉体，在真空条件下进行700-770℃退火处理，保温55-90分钟后，冷却至室温，获得成品Fe3Al粉体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤一所述的Fe粉和Al粉的粒度为200目。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤三所述的磨球是直径10毫米的磨球1份，直径5毫米的磨球3-6份，直径3毫米的磨球6-12份混合的磨球。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤四所述的球磨机的转速为每分钟280-370转。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤六所述退火处理的加热速度为每分钟200℃。
7.一种利用权利要求1所述粉体的耐磨铸件，其特征是：利用悬浮浇铸法，在浇铸过程中，将粒度为20-100纳米的0.5-1.1份Fe3Al金属间化合物固态粉体，加入到60份1380-1440℃的高铬铸铁金属液中，浇铸后得到的铸件既是耐磨铸件。
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