CN102159740A - 用于处理地面或岩石的复合齿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于处理地面或岩石的复合齿，所述齿包含按照规定的几何形状用碳化钛至少部分地增强的铁基合金，其中所述增强部分包含富集碳化钛的微米级球状颗粒的毫米级区域的交替性宏观-微观结构，所述区域被基本不含碳化钛的微米级球状颗粒的毫米级区域分隔，所述富集碳化钛球状颗粒的区域形成其中所述球状颗粒之间的微米级间隙也被所述铁基合金填充的微观结构。

Description

用于处理地面或岩石的复合齿

发明领域

本发明涉及旨在装备用于处理地面或岩石的机器的复合齿。其特别涉及具有由碳化钛颗粒增强的金属基质的齿。

定义

词语“齿”应在广义上解释，并包括具有突起或平坦形状的任何尺度的任何元件，特别旨在用于在露天矿中或在矿山中处理地面、河流或海洋底部、岩石。

现有技术

已知几种用于“在总体上”深入地改变铸造合金的硬度与抗压性的方法。已知方法通常涉及在小的深度(几毫米)处的表面改性。对于铸造厂中制造的齿，增强元件必须深入地存在以耐受在机械应力、磨损和冲击方面显著和同时的局部应力，这还因为齿在其长度的大部分上使用。

通过氧乙炔焊接用金属碳化物(

-Technogenia)重新装备该齿是公知的。此类重新装备允许在齿的表面上沉积几毫米厚的碳化物层。但是此类增强体不能纳入该齿的金属基质中，并且不能保证与其中碳化物增强体完全纳入金属基质整体中的齿相同的性能。

文献EP 1 450 973 B1描述了通过以下方法制造的磨损部件的增强体：在旨在接纳浇铸金属的模具中放置由反应性粉末形成的嵌入物，所述反应性粉末因很高的温度(＞1400℃)下浇铸过程中由金属提供的热而彼此反应。在该SHS型的反应后，反应性嵌入物的粉末产生硬质颗粒的相对均匀的多孔团簇(团聚体)；一旦形成，这种多孔团簇将立即在高温下通过浇铸金属渗透。该粉末的反应是放热和自蔓延的，其允许在高温下合成碳化物并通过渗透金属显著提高多孔团簇的可润湿性。

文献US 5,081,774公开了在平坦齿中放置欲提高其性能的嵌入物(其由铬铸铁制成)的不同途径。但是已知的是，此类技术的限制一方面在于大量增强体，这趋于导致部件变脆，另一方面在于嵌入物与部件的基底金属之间的不充分结合(焊接)。

文献US 5,337,801(Materkowski)公开了另一种在齿的工作表面上沉积碳化钨硬质颗粒的方法。在该例子中，首先制备含有硬质颗粒的钢嵌入物；这些嵌入物随后放置在模具中，随后结合到浇铸基底金属中以制造部件。该方法耗时长且成本高昂，不能排除碳化钨与嵌入物金属之间的可能反应，并且常常不能保证将硬质颗粒理想地焊接到基底金属上。

发明目的

本发明公开了用于处理地面或岩石的工具(特别是用于挖掘或挖泥工具)的复合齿，其具有改善的耐磨损性同时保持良好的耐冲击性。通过针对此用途专门设计的复合增强结构获得该性质，在毫米级下使密布微细的金属碳化物的微米级球状颗粒的区域与该齿的金属基质中基本不含这些颗粒的区域交替的材料。

本发明还提出了获得所述增强结构的方法。

发明概述

本发明公开了用于处理地面或岩石的复合齿，所述齿包含按照规定的几何形状用碳化钛至少部分地增强的铁基合金，其中所述增强部分包含富集碳化钛的微米级球状颗粒的毫米级区域的交替性宏观-微观结构，所述区域被基本不含碳化钛的微米级球状颗粒的毫米级区域分隔，富集碳化钛的微米级球状颗粒的所述区域形成其中所述球状颗粒之间的微米级间隙也被所述铁基合金填充的微观结构。

按照本发明的特定实施方案，该复合齿包含下列特征的至少一种或一种合适的组合：

-所述富集的毫米级区域具有大于36.9体积％的碳化钛浓度；

-所述增强部分具有16.6至50.5体积％的总碳化钛含量；

-碳化钛的微米级球状颗粒具有小于50微米的尺寸；

-碳化钛的微米级球状颗粒的主要部分具有小于20微米的尺寸；

-所述富集碳化钛球状颗粒的区域包含36.9至72.2体积％的碳化钛；

-富集碳化钛的所述毫米级区域具有1至12毫米不等的尺寸；

-富集碳化钛的所述毫米级区域具有1至6毫米不等的尺寸；

-富集碳化钛的所述区域具有1.4至4毫米不等的尺寸。

本发明还公开了制造权利要求1至9中任一项所述的复合齿的方法，包括下列步骤：

-提供模具，其包含具有预定增强几何形状的齿的模腔；

-以碳化钛的毫米级粒料前体形式将包含碳和钛的压实粉末混合物引入到旨在形成增强部分(5)的齿的模腔部分中；

-将铁基合金浇铸到该模具中，所述浇铸的热在所述前体粒料中引发碳化钛的放热自蔓延高温合成(SHS)；

-在该复合齿的增强部分中，在所述前体粒料的位置处形成富集碳化钛的微米级球状颗粒的毫米级区域的交替性宏观-微观结构，所述区域被基本不含碳化钛的微米级球状颗粒的毫米级区域彼此分隔，所述球状颗粒还在所述富集碳化钛的毫米级区域中通过微米级间隙分隔；

-在形成微观的碳化钛的球状颗粒之后，通过所述高温铸造铁基合金渗透该毫米级和微米级的间隙。

按照本发明的特定实施方案，该方法包括下列特征的至少一种或一种合适的组合：

-钛与碳的压实粉末包含铁基合金的粉末；

-所述碳是石墨。

本发明还公开了按照权利要求11至13任一项所述的方法获得的复合齿。

附图简述

图1a和1b显示了根据现有技术的无增强体的齿的三维视图。

图1c至1h显示了根据本发明的具有增强体的齿的三维视图。

图2显示了本发明的齿安装于其上的工具的示例性实施例。挖掘和钻探工具。

图3a-3h描述了根据本发明制造图1b中所示齿的方法。

-步骤3a显示了用于混合钛与碳粉末的设备；

-步骤3b显示了在两辊之间将粉末压实接着破碎和筛分并回收过细的颗粒；

-图3c显示了一种砂模，其中放置隔离物(barrage)用以在类型1d的齿的增强体位置处包含压实的粉末粒料；

-图3d显示了放大的增强体区域，包含TiC的反应物前体的压实粒料位于其中；

-步骤3e显示了将铁基合金浇铸到模具中；

-图3f显示了由浇铸获得的类型1b的齿；

-图3g显示了具有高浓度TiC球粒的区域的放大图，该图描述了与图4中相同的区域；

-图3h显示了在具有高浓度TiC球粒的相同区域中的放大图，微米级球体单个地被浇铸金属包围。

图4显示了本发明的齿的增强部分截面的抛光、非蚀刻表面的双目镜视图，该齿具有富集微米级球状碳化钛(TiC球粒)的毫米级区域(浅灰色)。阴影部分显示填充富集微米级球状碳化钛的这些区域之间的空间以及球体本身之间的空间的金属基质(钢或铸铁)(参见图5和6)。

图5和6显示了在不同放大倍率下在抛光和非蚀刻表面上微米级球状碳化钛的视图(用SEM电子显微镜拍摄)。可以看出，在此特定情况下，大部分碳化钛球体具有小于10微米的尺寸。

图7显示了在断裂表面上的微米级球状碳化钛的视图(用SEM电子显微镜拍摄)。可以看出，该碳化钛球体完美地嵌入到金属基质中。这证明，在浇铸过程中一旦引发钛与碳之间的化学反应，则浇铸金属完全渗透(浸渍)这些孔隙。

图例

1.富集碳化钛的微米级球状颗粒(球粒)的毫米级区域(浅色区域)

2.填充有总体不含碳化钛的微米级球状颗粒的铸造铁基合金的毫米级间隙(暗色区域)

3.同样被铸造合金渗透的TiC球粒之间的微米级间隙

4.微米级球状碳化钛，在富集碳化钛的区域中

5.碳化钛增强体

6.气体缺陷

7.(未占用)

8.Ti与C粉末的混合机

9.加料斗

10.辊

11.破碎机

12.输出辊道

13.筛子

14.向加料斗中回收过细颗粒

15.砂模

16.包含Ti/C混合物的压实粒料的隔离物

17.浇铸桶

18.类型1d的齿

发明详述

在材料科学中，SHS反应或“自蔓延高温合成”是一种自蔓延的高温合成，其中达到通常高于1,500℃或甚至2,000℃的反应温度。例如，在钛粉末与碳粉末之间的反应(为获得碳化钛TiC)是强放热的。对于局部引发该反应仅需要极少量能量。随后，该反应将通过所达到的高温自发地蔓延至反应物混合物全体。在引发该反应后，反应前沿扩展，由此其自发蔓延(自蔓延)且其允许由钛和碳获得碳化钛。由此获得的碳化钛被称为“原位获得的”，因为其并非源于浇铸的铁基合金。

反应物粉末的混合物包含碳粉末与钛粉末，并将其压缩成片，随后破碎以获得粒料，其尺寸为1至12毫米不等，优选为1至6毫米不等，更优选为1.4至4毫米不等。这些粒料并非100％压实的。通常将它们压缩至理论密度的55至95％。这些粒料允许容易地使用/处理(参见图3a-3h)。

按照图3a-3h的图示获得的经混合的碳与钛粉末的这些毫米级粒料是要产生的碳化钛的前体，并允许容易地填充具有不同或不规则形状的模具部分。这些粒料例如可以通过隔离物16在模具15中保持在适当的位置。这些粒料的成型或组装也可用粘合剂来实现。

本发明的用于处理地面或岩石的复合齿具有增强宏观-微观结构，还将其称富集碳化钛的球状微米级颗粒的区域的交替结构，所述区域被几乎不含碳化钛的球状微米级颗粒的区域所分隔。通过含有碳与钛粉末的混合物的粒料在模具15中的反应获得此类结构。通过用于浇铸整个部件并由此浇铸非增强部分与增强部分的铸铁或钢的浇铸热来引发该反应(参见图3e)。因此，浇铸引发了压实为粒料并预先放置在模具15中的碳与钛粉末混合物的放热自蔓延高温合成(自蔓延高温合成-SHS)。该反应一旦被引发就具有持续蔓延的特性。

该高温合成(SHS)允许所有毫米级和微米级间隙容易地被铸铁或铸钢渗透(参见图3g和3h)。通过提高可润湿性，可以在该齿的任何增强体厚度或深度下实现该渗透。在SHS反应和用外面的浇铸金属渗透后，其有利地允许在齿上产生一个或多个增强区域，该齿包含高浓度的碳化钛的微米级球状颗粒(还可将其称为球粒的团簇)，所述区域具有约一毫米或几毫米的尺寸，并且其与基本不含球状碳化钛的区域交替。

一旦这些粒料已按照SHS反应进行反应，这些粒料位于其中的增强体区域表现出TiC碳化物的微米级球状颗粒4(球体)的集中散布，其微米级间隙3也已被浇铸金属(这里是铸铁或钢)渗透。着重注意，该毫米级与微米级间隙被与形成该齿的非增强部分的金属基质相同的金属基质渗透；这允许完全自由地选择铸造金属。在最终获得的齿中，具有高浓度碳化钛的增强区域由显著百分比(约35至约70体积％)的微米级球状TiC颗粒与渗透铁基合金组成。

微米级球状颗粒是指大体上类球形的颗粒，其具有1微米至最多几十微米的尺寸，这些颗粒的大部分具有小于50微米、甚至小于20微米或甚至10微米的尺寸。我们也称它们为TiC球体。这种球体形状是通过自蔓延合成SHS获得碳化钛的方法的特性(参见图6)。

获得用于增强该齿的粒料(Ti+C类)

获得该粒料的方法显示在图3a-3h中。通过如下方式获得碳/钛反应物的粒料：在辊10之间压实以获得条带，随后将其在破碎机11中破碎。在由装有桨叶的罐组成的混合器8中进行粉末的混合以促进均匀性。该混合物随后通过加料斗9进入造粒设备。该机器包括两个辊10，该材料通过这两个辊。在这些辊10上施加压力，这允许压缩该材料。在出口处获得压缩材料的条带，随后将其破碎以获得粒料。随后在筛13中将这些粒料筛分至所需晶粒尺寸。一个重要的参数是施加在辊上的压力。该压力越高，条带将被压缩得越多，由此该粒料也将被压缩得越多。该条带的密度以及由此该粒料的密度可以为理论密度的55至95％不等，对于钛与碳的化学计量混合物而言该理论密度为3.75克/厘米³。表观密度(考虑到多孔性)由此为2.06至3.56克/厘米³。

该条带的压实水平取决于在辊(直径200毫米，宽30毫米)上施加的压力(以帕计)。对约10⁶帕的低压实水平而言，获得约为理论密度的55％的条带密度。在通过辊10以压缩该材料后，粒料的表观密度为3.75×0.55，即2.06克/厘米³。

对约25.10⁶帕的高压实水平而言，获得了理论密度的90％的条带密度，即3.38克/厘米³的表观密度。实际上，可达到最高为理论密度的95％。

因此，由原材料Ti+C获得的粒料是多孔性的。该孔隙率为非常高度压缩的粒料的5％至略微压缩的粒料的45％不等。

除了压实水平外，还可在破碎条带并筛分Ti+C粒料的操作过程中调节粒料的晶粒尺寸分布以及它们的形状。任选地回收非所需的晶粒尺寸部分(参见图3b)。获得的粒料整体上具有1至12毫米、优选1至6毫米且更优选1.4至4毫米的尺寸。

在本发明的复合齿中制造增强区域

按如上所述的方式制造粒料。为了获得具有这些粒料的三维结构或超结构/宏观-微观结构，将它们设置在该模具的需要增强部分的区域中。这可以通过使用粘合剂，或通过将粒料限制在容器中或通过任何其它手段(隔离物16)使粒料进行团聚来实现。

根据ISO 697标准测量Ti+C粒料的堆积体的堆密度，该堆密度取决于条带的压实水平，取决于粒料的晶粒尺寸分布和取决于破碎条带的方法(这影响粒料的形状)。这些Ti+C粒料的堆密度通常为约0.9克/厘米³至2.5克/厘米³，取决于这些粒料的压实水平，并取决于堆积体的密度。

在反应前，因此存在由钛粉末和碳粉末的混合物组成的多孔粒料的堆积体。

在反应Ti+C→TiC的过程中，在由反应物转变为产品时，发生约24％的体积收缩(源自于反应物与产品之间密度差值的收缩)。因此，Ti+C混合物的理论密度为3.75克/厘米³，且TiC的理论密度为4.93克/厘米³。在最终产品中，在为获得TiC的反应后，浇铸金属将渗透：

-存在于具有高碳化钛浓度的空间中的微观孔隙，取决于这些粒料的起始压实水平；

-在具有高碳化钛浓度的区域之间的毫米级空间，取决于粒料的起始堆积体(堆密度)；

-源自于Ti+C之间反应(为获得TiC)过程中的体积收缩的孔隙。

实施例

在下面的实施例中，使用下列原材料：

-钛H.C.STARCK，Amperit 155.066，小于200目，

-石墨碳GK Kropfmuhl，UF4，＞99.5％，小于15微米，

-Fe，为HSS M2钢的形式，小于25微米，

-比例：

-Ti+C         100克Ti-24.5克C

-Ti+C+Fe      100克Ti-24.5克C-35.2克Fe

在氩气下，在Lindor混合机中混合15分钟。

用Sahut-Conreur造粒机进行造粒。

对于Ti+C+Fe和Ti+C混合物，通过将辊之间的压力在10至250.10⁵帕之间改变来获得粒料的密实度。

通过将粒料放置在金属容器中，随后将其审慎地放置在模具中该齿可能被增强的位置处，来进行增强。随后，将钢或铸铁浇铸到模具中。

实施例1

在该实施例中，目的在于制造齿，该齿的增强区域包含总体积百分比为约42％的TiC。为此，通过压实至C和Ti混合物的理论密度的85％来制造条带。破碎后，将粒料筛分以获得在1.4至4毫米之间的粒料尺度。获得了约2.1克/厘米³的堆密度(35％的粒料之间的空间+15％的粒料中的孔隙)。

粒料在模具中位于待增强部分的位置处，该部分因此包含65体积％的多孔粒料。随后将含铬的铸铁(3％C，25％Cr)在约1500℃下浇铸到未预热的砂模中。通过铸铁的热引发Ti与C之间的反应。在没有任何保护性气氛的情况下进行浇铸。反应后，在增强的部分中，获得具有高浓度(约65％)球状碳化钛的65体积％的区域，即在该齿的增强部分中总体积42％的TiC。

实施例2

在该实施例中，目的在于制造齿，该齿的增强区域包含总体积百分比为约30％的TiC。为此，通过压实至C和Ti混合物的理论密度的70％来制造条带。破碎后，将粒料筛分以获得在1.4至4毫米之间的粒料尺度。获得约了1.4克/厘米³的堆密度(45％的粒料之间的空间+30％的粒料中的孔隙)。粒料位于待增强部分，其因此包含55体积％的多孔粒料。反应后，在增强的部分中，获得了具有高浓度(约53％)球状碳化钛的55体积％的区域，即在该齿的增强部分中总体积约30％的TiC。

实施例3

在该实施例中，目的在于制造齿，该齿的增强区域包含总体积百分比为约20％的TiC。为此，通过压实至C和Ti混合物的理论密度的60％来制造条带。破碎后，将粒料筛分以获得在1至6毫米之间的粒料尺度。获得了约1.0克/厘米³的堆密度(55％的粒料之间的空间+40％的粒料中的孔隙)。粒料位于待增强部分，其因此包含45体积％的多孔粒料。反应后，在增强的部分中，获得了富集至约45％的球状碳化钛的45体积％的区域，即在该齿的增强部分中总体积约20％的TiC。

实施例4

在该实施例中，探索了通过以粉末形式向其中加入铁基合金来减弱碳与钛之间的反应的强度。如在实施例2中那样，目的在于制造齿，该齿的增强区域包含总体积百分比为约30％的TiC。为此，通过压实至15重量％C、63重量％Ti和22重量％Fe的混合物的理论密度的85％来制造条带。破碎后，将粒料筛分以获得在1.4至4毫米之间的粒料尺度。获得了约2克/厘米³的堆密度(45％的粒料之间的空间+15％的粒料中的孔隙)。粒料位于待增强部分，其因此包含55体积％的多孔粒料。反应后，在增强的部分中，获得了具有高浓度(约55％)球状碳化钛的55体积％的区域，即在该齿的增强的宏观-微观结构中总体积30％的碳化钛。

下表显示了许多可能的组合。

表1(Ti+0.98C)

在该齿的增强的部分中，在Ti+0.98C的反应后在增强的宏观-微观结构中获得的TiC的总百分比

该表显示了采用条带且由此粒料的55至95％的压实水平，可在齿的增强部分中获得45体积％至70体积％的粒料填充水平(粒料的总体积与它们限定的体积之比)。因此，为了在增强部分中获得约29体积％的总TiC浓度(以在表中的粗体字显示)，其可以不同的组合进行，如60％压实和65％填充，或者70％压实和55％填充，或进一步的85％压实和45％填充。为了在增强部分中获得最高至70体积％的粒料填充水平，必须采用振动以压紧粒料。在此情况下，用于测量填充水平的ISO 697标准不再适用，对给定体积的材料量进行测量。

表2

压实水平、理论密度以及在粒料中的反应后获得的TiC百分比之间的关系

这里，我们已经描述了根据其压实水平的粒料密度和反应后获得的TiC的体积百分比，并且由此推断收缩为约24体积％。因此，压实至其理论密度的95％的粒料允许在反应后获得72.2体积％的TiC。

表3

粒料的堆积体的堆密度

(*)堆密度(1.3)＝理论密度(3.75克/厘米³)×0.65(填充)×0.55(压实)

在实践中，这些表被这种技术的用户用作计算图表(abaque)，用户设定在该齿的增强部分中要获得的总Ti C百分比，并据此确定他/她将要使用的填充水平和粒料的压实。对Ti+C+Fe粉末的混合物制得相同的表。

Ti+0.98C+Fe

这里，发明人目的在于允许在反应后获得15体积％铁的混合物。所用的混合物比例为：

100克Ti+24.5克C+35.2克Fe

铁粉末是指：纯铁或铁基合金。

混合物的理论密度：4.25克/厘米³

反应过程中的体积收缩：21％

表4

在该齿的增强部分中，在Ti+0.98C+Fe的反应后在增强的宏观-微 观结构中获得的总TiC百分比

再一次，为了在增强部分中获得约26体积％的总TiC浓度(以在该表中的粗体字显示)，其可以不同的组合进行，如55％压实和70％填充，或者60％压实和65％填充，或者70％压实和55％填充，或进一步的85％压实和45％填充。

表5

压实水平、理论密度以及虑及存在铁时在粒料中的反应后获得的TiC百分比之间的关系

表6

(Ti+C+Fe)粒料的堆积体的堆密度

(*)堆密度(1.5)＝理论密度(4.25)×0.65(填充)×0.55(压实)

优点

与一般的现有技术相比，本发明具有下列优点：

更好的抗冲击强度

采用本方法，获得嵌入到渗透金属合金中的多孔毫米级粒料。这些毫米级粒料本身由同样嵌入到该渗透金属合金中的具有球状趋势的TiC微观颗粒组成。该体系允许获得具有增强区域的齿，该增强区域包含宏观结构，在其中存在约为千分之一的相同微观结构。

该齿的增强区域包含小的硬质碳化钛球状颗粒(所述球状颗粒微细分散在围绕它们的金属基质中)的事实允许避免裂纹的形成和蔓延(参见图4和6)。因此具有对于裂纹的双重耗散系统。

这些裂纹通常产生于最脆的位置，该位置在这种情况下是TiC颗粒或这种颗粒与渗透金属合金之间的界面。如果裂纹产生于该界面处或在微米级TiC颗粒中，该裂纹的蔓延随即被围绕着该颗粒的渗透合金所阻碍。该渗透合金的韧性大于陶瓷TiC颗粒的韧性。为了穿过存在于颗粒之间的微米级空间，这些裂纹需要更多的用于从一个颗粒传到另一个的能量。

对应用参数的最大灵活性

除了粒料的压实水平外，还可以改变两个参数，即粒料的晶粒尺寸级别和形状，并由此可以改变它们的堆密度。另一方面，在具有嵌入物的增强体技术中，仅能在有限范围内改变后者的压实水平。至于赋予增强体的所需形状，考虑齿的设计和需要增强体的位置，该粒料的使用允许进一步的可能性和适配。

制造方面的优点

多孔粒料的堆积体用作增强体在制造方面具有某些优点：

-更少的气体排放，

-对裂纹的更低敏感性，

-在齿中增强体的更佳定位。

Ti和C之间的反应是强放热的。温度的升高导致反应物脱气，即包含在反应物中的挥发性材料(在碳中的H₂O，在钛中N₂、H₂)。反应温度越高，这种排放越明显。该粒料技术允许限制该温度，限制气体体积，更容易地排出气体并由此限制气体缺陷(参见具有不期望的气泡的图7)。

在本发明的齿的制造过程中对裂纹的低敏感性

TiC增强体的膨胀系数低于铁基合金基质的膨胀系数(TiC的膨胀系数：7.510^-6/K，铁基合金的膨胀系数：约12.0 10^-6/K)。膨胀系数上的这种差值在固化阶段过程中以及在热处理过程中于材料内产生应力。如果这些应力太大，裂纹可出现在部件中并导致其不合格。在本发明中使用小比例的TiC增强体(小于50体积％)，这在部件中导致较小的应力。此外，在低和高浓度的交替区域中的微米级球状TiC颗粒之间存在的更延性基质允许更好地处理可能的局部应力。

齿中增强体的极佳保持

在本发明中，该齿的增强部分与非增强部分之间的边缘并不突兀，因为在增强部分与非增强部分之间存在金属基质的连续性，这允许保护其免受增强体的完全脱落。

试验结果

与非复合齿相比，本发明的齿的优点在于约300％的改善的耐磨损性。更详细地，并且取决于试验条件(挖泥)，与由硬化钢制成的相同齿相比，对按照本发明制得的产品(图1f类型的增强体，整体上包含30体积％的TiC，即实施例2)可观察到下列性能(以对于给定加工量的齿寿命来表示)。

-硬质石灰岩：2.5倍；

-压实的硬质粘土、砂和砾石的混合物：2.9倍；

-砂和硬质粘土的混合物：3.2倍；

-页岩与砂的混合物：3.4倍。

总之，在增强部分中具有30体积％的TiC的1f类型齿(参见图1f)的寿命是由硬化钢制得的相同齿的2.5至3.4倍。

Claims (13)

1.用于处理地面或岩石的复合齿，所述齿包含按照规定的几何形状用碳化钛至少部分地增强(5)的铁基合金，其中所述增强部分(5)包含富集碳化钛的微米级球状颗粒(4)的毫米级区域(1)的交替性宏观-微观结构，所述区域被基本不含碳化钛的微米级球状颗粒(4)的毫米级区域(2)分隔，富集碳化钛的微米级球状颗粒(4)的所述区域形成其中所述球状颗粒(4)之间的微米级间隙(3)也被所述铁基合金填充的微观结构。

2.根据权利要求1所述的齿，其中所述毫米级富集的区域具有大于36.9体积％的碳化钛的微米级球状颗粒(4)浓度。

3.根据权利要求1或2所述的齿，其中所述增强部分具有16.6至50.5体积％的总碳化钛含量。

4.根据前述权利要求任一项所述的齿，其中碳化钛的微米级球状颗粒(4)具有小于50微米的尺寸。

5.根据前述权利要求任一项所述的齿，其中碳化钛的微米级球状颗粒(4)的主要部分具有小于20微米的尺寸。

6.根据前述权利要求任一项所述的齿，其中富集碳化钛球状颗粒的所述区域(1)包含36.9至72.2体积％的碳化钛。

7.根据前述权利要求任一项所述的齿，其中富集碳化钛的所述区域(1)具有1至12毫米不等的尺度。

8.根据前述权利要求任一项所述的齿，其中富集碳化钛的所述区域(1)具有1至6毫米不等的尺度。

9.根据前述权利要求任一项所述的齿，其中富集碳化钛的所述区域(1)具有1.4至4毫米不等的尺度。

10.通过浇铸制造权利要求1至9任一项的复合齿的方法，包括下列步骤：

-提供模具，其包含具有预定增强几何形状的齿的模腔；

-以碳化钛的毫米级粒料前体形式将包含碳和钛的压实粉末混合物引入到旨在形成增强部分(5)的齿的模腔部分中；

-将铁基合金浇铸到该模具中，所述浇铸的热在所述前体粒料中引发碳化钛的放热自蔓延高温合成(SHS)；

-在该齿的增强部分(5)中，在所述前体粒料的位置处形成富集碳化钛的微米级球状颗粒(4)的毫米级区域(1)的交替性宏观-微观结构，所述区域被基本不含碳化钛的微米级球状颗粒(4)的毫米级区域(2)彼此分隔，所述球状颗粒(4)还在富集碳化钛的所述毫米级区域(1)中由微米级间隙(3)分隔；

-在形成微观的碳化钛的球状颗粒(4)之后，通过所述高温铸造铁基合金渗透该毫米级(2)和微米级(3)间隙。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其中钛与碳的压实粉末的混合物包含铁基合金的粉末。

12.根据权利要求10或11所述的制造方法，其中所述碳是石墨。

13.按照权利要求10至12任一项获得的齿。

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