CN102439233B - 具有强化的耐磨性的、用于土地/岩石工序的磨损元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有强化的耐磨性的磨损元件，该磨损元件例如为专门在适于挖土、掘地和/或破岩应用的机械设备中使用的铸钢牙，本发明还涉及嵌入件，该嵌入件被包含在所述磨损元件内以提高其耐磨性，并因此延长其使用寿命。

Description

具有强化的耐磨性的、用于土地/岩石工序的磨损元件

发明的领域

本发明涉及磨损元件，该磨损元件例如为专门在适于挖土（earth-moving）、掘地（ground-engaging）和/或破岩应用的机械设备中使用的铸钢牙，本发明还涉及嵌入件，该嵌入件被包含在所述磨损元件内以提高其耐磨性，并因此延长其使用寿命。

发明的背景（现有技术）

为了提高适于挖土应用的铸钢部分的耐磨性，将硬体插入铸造在铸钢部分中的技术已经在现有技术（例如US-5,081,774（Kuwano））中早有描述。该文献描述了一种可更换的合成挖掘牙，此挖掘牙包括耐磨的铬系铸铁嵌入件，该铬系铸铁嵌入件具有比牙本体更高的硬度，并且插入铸造在牙本体中。通过在牙本体的中央部分处安置耐磨材料作为整体的嵌入件，挖掘牙的性能得以改善。该嵌入件从末端向牙的附接部分延伸并且止于适于牙的可能应用的极限位置。一旦到达该极限位置，就需要更换牙。尽管铬系铸铁为与铸钢类似的材料并因此看起来适合作为铸钢中的嵌入件，但是，为了提高铸钢部分的整体耐磨表现，人们希望将嵌入件的硬度增至铬系铸铁的硬度之上。

在现有技术中使用了不同材料来构造硬体或嵌入件，由于金属陶瓷材料（硬质粘结金属陶瓷合成物）家族在硬度和韧度两方面的出色性能，已经对金属陶瓷材料家族给予了特别的注意。这些性能已经使得它们在需要耐磨和抗冲击的磨损应用中被广泛使用。但是，通过浇铸方法将金属陶瓷加强本体插入在铁基磨损元件中（其中，铁基合金被浇注入包含金属陶瓷的型腔）已经被报道为有问题的。特别地，与基于碳化钨（WC基）的金属陶瓷的插入铸造相关的现有技术被认为通过铁基合金浇铸的作用导致WC基的金属陶瓷（粉碎颗粒或嵌入件）完全熔解。

在现有技术中已经公开各种策略来减少嵌入件熔解的问题。一方面，防护间层已被引入浇注的熔融的铁基合金和WC基金属陶瓷颗粒或嵌入件之间。这些间层由将在成品中保持至少部分完好的金属合金构成。这例如已在下述文献中公开：文献US-4,764,255（Fischer）——用于铸铁和铸钢形式的部件；文献US-4,584,020（Waldenstrom）——用于铸铁部件；以及对于铸钢部件（“具有耐磨铸铁的加强钢铸件”，Liteinoe Proizvodstvo，第7号，第27页，1986年，Furman等人）。除了选择合适的高温合金用于防护间层的构造之外，现有技术教导使用足够厚的间层（片材），该间层厚度优选在1mm至8mm之间，在文献US-4,764,255和US-4,584,020中教导的现有技术中，并且间层的熔化温度在浇注的金属的熔化温度之上大于50℃；更加优选地，在浇注的金属的熔化温度之上200℃。此外，Waldenstrom和Fischer公开了：间层应当足够厚从而在钢的浇注过程期间不会完全地熔解。在由Furman所教导的技术中，间层可包括低熔化温度的合金，例如铜。在任何情况下，本领域的任何技术人员容易认识到的是，为WC基金属陶瓷嵌入件提供防护涂层代表了额外的处理费用和复杂性——而这些优选是应该避免的。

另一方面，在现有技术中已经认识到：限制浇铸的合金的浇注温度将导致WC基金属陶瓷嵌入件在钢铸件中的成功引入。国际申请WO2009/061274 A1（Ederyd和Quarfordt）公开了由碳化钨金属陶瓷构成的本体，该碳化钨金属陶瓷由钴基结合剂粘结，所述钴基结合剂具有与钢中的石墨形态铸件（graphite formation cast）接近的碳含量，并且优选地具有高于0.5的碳当量级，同时还具有足够低的浇铸温度以形成粘结的碳和钢之间的过渡区。Ederyd和Quarfordt指明了在金属陶瓷和钢之间的结合部位中存在一些空隙和/或裂缝——尽管这些缺陷被认为不会对零部件的性能造成问题。但是，对于本领域的技术人员来说，此种缺陷可能导致被加强的部分在高冲击应用下的不可靠性能。事实上，如果在浇注和随后的固化期间铸件的冷却率过低，将钢的浇注温度限制为一些低值以限制过热（如WO2009/061274 A1中所述）的实践不足以避免在结合区形成大的缺陷的，而这些，为本发明所解决。此外，Ederyd和Quarfordt的现有技术教导了η相区在结合区中的存在和薄的η相区的存在不会影响本体的脆度。但是，在钴钨硬质合金金属陶瓷的设计、制造和使用（例如在切割工具中应用）的现有技术中公知的是，η相、钴钨硬质合金（一般由化学式Co_xW_xC定义，其中x≈3或x=6）极度地脆弱，原因在于：使用中过早地失效，并由此在承受冲击的任何金属陶瓷加强钢铸件产品（例如接地铸钢牙）的情况下，极大地不符合需要。还已知的是结合钴的高碳含量（接近石墨形式）抑制了η相的形成。

如在本发明中所描述的，防止高脆度相的形成与增强铸件的冷却强度有关，并因此避免了过长地处于允许特定扩散过程发生（例如碳、钴和钨的扩散而导致η相的形成）的温度中。

文献US4,907,665涉及用于土/岩挖掘操作的磨损元件的易脆问题。其公开了一种用于土/岩挖/掘机械的磨损元件，所述磨损元件包括重力铸钢，所述重力铸钢环绕粘结的碳化钨金属陶瓷的至少一个大块嵌入件并与之结合，所述嵌入件基本包括碳化钨粒。所述碳化钨嵌入件涂覆有防止碳扩散的金属涂层。这种措施防止了在嵌入件中的η相的形成。

文献US4,024,902涉及由钢合金的局部基体中的烧结的碳化钨颗粒组成的合成物，其具有通过使用钴粘合剂放置碳化钨颗粒而制备的碳、钴和钨成分，在模具中，这些合成物中的一些的尺寸比那些最终合成物所需的尺寸更大。具有很少或零钨含量的基体合金被加热至其熔化温度之上并接着被浇注入相当冷冷模具中。碳、钨和钴在颗粒的外表面处熔解并扩散至被允许自然冷却和固化的合金内。

发明内容

本发明涉及对强化耐磨零部件（例如为用于挖土、掘地和/或破岩机械的牙）的处理，所述牙在金属陶瓷（即粘结的碳化钨）嵌入件（硬度大于钢）和铸钢元件（嵌入件位于其中）之间具有精心设计的高性能结合。

本发明的目的在于提供一种强化的耐磨元件，所述耐磨元件由具有任何合适碳含量的重力铸钢构成，所述重力铸钢环绕硬大块的粘结的碳化钨嵌入件并专门与之结合。本发明涉及具有突出硬度的嵌入件在坚韧的抗冲击的铸钢内的创新性粘结。

在金属陶瓷嵌入件和铸钢之间所形成结合的质量对于零部件的性能和避免突发故障是关键性的。如果避免了过多的肉眼孔隙和高度脆性区域就能够获得优质结合。在本发明中，优质结合是如下获得地：以足够热的液态铸钢渗透金属陶瓷的粘结基体，熔解金属陶瓷的渗透部位的外层中的碳化钨颗粒，以在钨中富集液态钢，以及快速高强度地冷却铸件，以形成至少三个（有时是四个）在化学上、结构上不同的结合区，这些结合区限制和/或消除了肉眼孔隙并且避免了高脆性区域。

通过如此所描述的适当地形成本发明的元件的特定结合，将无需现有技术中所公开的进行金属包覆（或使用金属间层或其他的覆层）、嵌入件（或对嵌入件预铸造或使用用于嵌入件的容置件）、或实施金属陶瓷或碳化物颗粒保护的任何相关的方法。本发明的用于浇铸并因此制造加强的元件的方法也在此描述。

作为本发明的主题的加强的磨损元件特别适用于停工成本非常高的掘地工作中。本发明的加强的磨损元件因此允许延长连续更换之间的有效工作时间。本发明的加强的磨损元件可取代通常专门由低合金钢制造的常规的接地工具（或元件）。因此，本发明涉及用于加强铸钢磨损元件的不同实施例，其能够在大范围的应用下使用。从主要承受磨损的应用到穿入地面的应用的应用范围在成功操作中起到了重要的作用。

附图说明

本公开内容包含了用于揭示本发明的以下附图：

图1示出了在嵌入件的芯体（C）和浇铸金属（5）之间的实现质量保证所需的三个结合区（替代结合区（1）、沉淀结合区（2）、以及无碳化钨结合区（3））的示意图。

图2示出了四个结合区（能够以优质结合形成）的显微照片，所述四个结合区为替代结合区（1）、沉淀结合区（2）、无碳化钨结合区（3）、以及汉字（Chinese-writing）结合区（4）。

图3（a）示出了结合区域的一般外观的截面图，其中，在本发明的元件中仅仅形成三个结合区：替代结合区（1）、沉淀结合区（2）、以及无碳化钨结合区（3）。

图3（b）示出了结合区域的一般外观的截面图，其中，在本发明的元件中形成全部四个结合区：替代结合区（1）、沉淀结合区（2）、无碳化钨结合区（3）、以及汉字结合区（4）。

图4示出了本发明的元件的局部的SEM（扫描电子显微镜）图片，该图片的视野显示了替代结合区（1）的区域。

图5显示了本发明的元件的局部的SEM图片，其中，该图片的视野显示了沉淀结合区（2）的区域。

图6（a）和6（b）显示了本发明的元件的局部的SEM图片，其中，每张图片中的视野是一样的，显示了无碳化钨结合区（3）的区域、汉字结合区（4）的区域、以及未受影响铸钢（5）的区域。图6（a）是标准的SEM图片，而图6（b）是反散射电子SEM图片。

优选的实施例和方法的具体描述

本发明的目的在于提高磨损元件的耐磨性，其中，该磨损元件由重力铸造钢构成，该重力铸造钢包含至少一个加强硬大块嵌入件，即粘结的碳化钨嵌入件，其特征在于，所述嵌入件的材料和铸钢之间的结合保证了磨损元件或加强零部件在使用时的安全工作，因此防止了与所述结合中的缺陷相关的元件破损。为了确保磨损元件中的金属陶瓷和钢之间的所需良好结合，液态钢的浇注温度必须足够高从而熔化、移位并因此渗透金属陶瓷的粘结基体金属，并且熔解被渗透的部分的外层中的金属陶瓷的碳化钨（WC），从而在钨和碳中富集该层中的液态钢，并因此导致这种包含钨、铁、和碳的液态合金的部位的形成。通过获得钢渗入金属陶瓷的超过1.5mm的渗入深度（由对磨损元件随后的检查而确定）能够揭示或反映浇注温度是足够的。此外，磨损元件（即铸件）在钢浇注的过程期间和之后所承受的冷却强度必须足以产生下述的磨损元件：磨损元件的特征表现在钢和金属陶瓷之间具有创造性的结合，并因此防止和/或避免现有技术的问题。这要求冷却强度足够高以限制导致极度脆弱区域的形成的钨和碳的扩散。通过获得结合区，冷却强度的足够性被揭示或反映，该结合区后来被限定为无碳化钨结合区（3），该无碳化钨结合区（3）不含碳化钨并且包括富铁金属相，该富铁金属相按重量计算大部分为铁和钨，该铁和钨具有大于20微米的厚度并且厚度优选在20微米至150微米的范围之内，这由随后的磨损元件的检查来确定。

图1和图2示出了结合区的概貌和构成所要求保护元件的结构特征。

根据导致液态钢渗入金属陶瓷的足够钢浇注温度的条件，以及根据在钢的浇注和随后的固化期间铸件的足够强的冷却以限制扩散的条件，这种在本发明的磨损元件的优选实施例中形成的结合包括至少三个结合区，如在图3（a）中的制造的磨损元件中所示，即，替代结合区（1）、沉淀结合区（2）、以及无碳化钨区（3）。这些结合区在不受影响的浇铸钢（5）和嵌入件（C）的芯体之间显现。由图3（a）和图3（b）中箭头（D）所指的方向表示远离金属陶瓷嵌入件的表面且朝着嵌入件（C）的内部或芯体的方向。

在下文中，每个结合区的构成相内的钨和铁的化学成分通过由扫描电子显微镜（SEM）执行的电子色散分光法（EDS）来确定，而忽略碳含量。

参照图4，替代结合区（1）的特征在于磨损元件内出现下述部位，在该部位内铸钢已经替代了金属陶瓷的金属粘结基体，从而显示包括碳化钨粒（11）的相的结合区，该碳化钨粒（11）的相由与铸钢（12）基本成分相同的钢相环绕。图4中的切面的浅色的粒（11）由碳化钨构成。在图4中位于碳化钨粒（11）之间的深色部位（12）大部分由铸钢构成。在该区（1）中的碳化物粒（11）与原始金属陶瓷中的粒和/或芯体中的碳化物粒或金属陶瓷嵌入件（C）的的任何未渗透钢的部分中的碳化物粒具有基本相同的尺寸、形态和成分。该结合区（1）或结合层在厚度方面能够不同，但是要确保在金属陶瓷和钢之间的结合的优良，该区应当具有渗入金属陶瓷的最小的深度，其中，该区的厚度在1.5mm或者更大的范围之内。

参照图5，沉淀结合区（2）的特征在于磨损元件内出现的下述部位，在该部位中，包含铁的富钨相（22）部分地或完全地环绕碳化钨粒（21）。图5中的切面的浅色的粒（21）由碳化钨构成，并且显得比环绕的富钨相（22）亮。这些粒（21）中的一些展示了粗化或重新沉淀（与替代结合区（1）中的碳化物粒（11）或与在芯体中的粒或在由金属陶瓷嵌入件（C）的未由钢渗透的任何部分中的粒相比）。富钨相（22）具有钨含量，该钨含量按重量计一般在68%到75%的范围之内，但是取决于冷却强度可低至60%。富铁金属相（23）的薄的贫钨区显现为深色部位，如图5中所示，该深色区域直接与碳化钨粒（21）邻接。沉淀结合区（2）的富铁相（23）并非总是明显的。

无碳化钨区（3）的特征在于磨损元件内出现的下述部位，该部位包括重量大部分为铁-钨的富铁金属相或固溶体，其中，所述富铁金属相的钨含量按重量计标准在5%到15%之间，并且更一般地按重量计低于20%。这种结合区（3）可薄至20um，但是取决于磨损元件在固化期间的冷却强度可增至150um。如图3（a）中所示，无碳化钨结合区（3）一般与沉淀结合区（2）邻接。沉淀结合区（2）可表现为被无碳化钨区（3）环绕或部分环绕的小集群的形式。

第四结合区（4）的存在、厚度和长度受冷却强度的影响。这些额外的结合区具有汉字的显微结构外观，其包括富铁相（42）（其中，钨含量按重量计一般在5%到15%之间）和富钨相（41）（其中，钨含量按重量计一般在68%到75%之间）。该结合区（4）的汉字的外观能够在图6（a）和图6（b）中可见，其展现了液体在固化期间的包晶分解（peritectic decomposition）的一般式样，包含两个固相（41、42）联合生长，所述两个固相中的一个相（41）显示圆形或球形特征且和另一个相（42）的背景上的层交替。

图6（a）和图6（b）每个都显示相同视野的图像，所述图像包含无碳化钨结合区（3）的部位、汉字结合区（4）的部位和未受影响的铸钢（5）的部位。标准的SEM图片（图6（a））仅提供了具有不同钨含量的相之间的小的对比，而反向散射SEM图片（图6（b））提高了包含钨的相的亮度。通过对比图6（a）和图6（b），能够看出汉字结合区（4）包括两个不同的相，其中一个相（41）比另一个相（42）更亮（即，含钨量更高），而无碳化钨区（3）仅仅包括一个不同的相——该相具有与汉字结合区（4）中的不怎么亮的相（42）相似的亮度。图6（b）中的最暗的部位为未受影响的铸钢（5）的部位，该部位暗是因为其非常低（接近于0）的钨含量。在汉字结合区（4）中，富钨相（41）形成了外观上轻且亮的结构，并且该结构看起来像汉字，而较暗的背景是富铁相（42）。

汉字结合区（4）由那部分高富钨的液态金属的固化来形成，而不存在任何剩余的碳化钨粒，因为这些粒完全地被结合区（4）出现的任何部位的液态钢所熔解。该液态金属为元件中的最后固化的液态金属，并因此肉眼孔隙（与固化收缩公知地趋于在最后的固化部位中集中相关）趋于出现在汉字区（4）的部位内或由汉字区（4）的部位部分地环绕。需要将汉字区（4）的延伸最小化和/或差不多消除，并因此限制磨损元件内的任何肉眼孔隙的大小。增加冷却强度限制了金属陶瓷的WC粒的熔解时间，还有利于汉字区（4）的总的钨含量沿浇注钢的方向（即，沿与图3（b）中的箭头D相反的方向）的强力衰减，并由此带来汉字的部分体积或区域（41）的减少。因此，汉字区（4）的延伸和出现能够通过增加磨损元件在钢的浇铸和固化期间受到的冷却强度而被最小化或完全防止。

用于优选实施例的嵌入件的优选的金属陶瓷包括碳化钨粒，这些碳化钨粒通过钴或钴镍基体粘结。在这种情况下，结合的上述优化通过以下策略的组合而执行。一种策略是控制到达嵌入件的表面的熔化的钢的温度，使得该温度基本超过粘结金属的熔点或液态温度。另一种策略是提供包含该嵌入件的非预加热模铸系统，所述模铸系统适于提供足够强的冷却以限制汉字结合区（4）的延伸和发生，同时增加无碳化钨结合区（3）的长度和厚度。

根据以上提到的第一种策略，钢的浇注温度应当通过已知的钢浇铸工艺的方法被调节和控制，直到液态钢渗入大块的嵌入件的表面的深度大于1.5mm，这由获得厚度方面大于1.5mm的替代结合区（1）表明。根据以上提到的另一种策略，模铸系统的冷却强度能够根据已知的钢浇铸工艺的方法被调节，例如，在模制中结合冷却、设计所述元件和嵌入件以控制浇注的热钢的量与冷的（非预加热的）嵌入件的量的比率、使用模铸材料（例如带有合适的热导率和热容量的砂）、以及结合元件设计中的核心和模铸系统，目的是为了提供足够强的冷却从而防止金属陶瓷嵌入件过度的渗入和熔解，以及限制汉字区（4）的延伸至基本小于3mm，以控制肉眼孔隙，从而确保磨损元件在最终使用时的性能。

在处理期间（其中，通过该处理，浇铸液态钢渗透金属陶瓷嵌入件的外部分），金属陶瓷的粘结基体的金属材料的大部分被移位并且被推入嵌入件（C）的内部芯体。这不仅在钢渗透发生的嵌入件的外部分方面，而且在未被钢渗入的嵌入件（C）的内部部位方面改变了嵌入件的构造，从而嵌入件（C）的芯体的一部分与插入之前的初始嵌入件相比包含更多的基体金属。因此，铸钢对金属陶瓷的适当渗透也通过在浇铸钢环绕的金属陶瓷的内部部位（C）的一些部分中的粘结金属含量的增加（相对于浇铸之前初始嵌入件的粘结金属含量，或相对于嵌入件（C）的中央核心的未受影响的部分）揭示。这种处理软化但也坚韧了嵌入件的粘结基体增加的部分。钴或钴镍的钴基合金为优选的粘结金属，并且在这种情况下，可以发现：在朝嵌入件（C）的内部芯体的一些部位处钴含量能够实现至少80%的增长。

如前所公开的，优选的金属陶瓷嵌入件由在钴或钴基金属基体中的硬陶瓷碳化钨粒构成。钴或钴基基体的优选的比例按重量计为5%到20%之间。金属基体含量增加到这些界限之上提高了嵌入件的芯体（C）在强烈地减少了其硬度的浇铸后的韧度，并因此对于本申请来说是不希望的。由于钴含量按重量计低于5%，熔渗变得越来越困难。此外，由于在浇铸之后在嵌入件的芯体（C）中得到的钴中的基体的增加对于如此低的初始基体金属含量而言相对小，所以在该部位中的韧度增强变得微不足道。通过在已被常规热处理的钢部件中使用以上所述的金属陶瓷，可以认识到：对于在浇铸之前初始硬度为12.5GPa的WC-Co金属陶瓷，尽管浇铸后在基体增加的部位中维氏硬度下降至8-11GPa的范围，但是这个特征被韧度方面的相关增加所抵消。该优选的嵌入件优选地超过80%的其横截面区域由平均等效直径为4微米（通过良好抛光的表面的图片分析测量）的WC颗粒组成。尽管由于钢的作用在这些颗粒的表面中发生了一些熔解，所导致的微观结构的改变仍然允许实现以上维氏硬度。

通过本发明的一个优选实施例的以下具体的描述，将明白本发明的性质和目的。

这个实施例的客体是磨损元件（即，铸钢牙），尤其用于硬岩挖掘应用中的磨损元件。磨损元件的主要目的是深入港口、江河、隧道或类似物的硬岩床。

本示例的挖掘牙利用WC基的金属陶瓷嵌入件加强以改善其耐磨性，并因此延长其使用寿命。通过获得加强金属陶瓷嵌入件和构成牙的铸钢之间的优质结合来确保加强后的牙的可靠性。在得到的结合中，通过对汉字结合区（4）的延伸进行控制和/或使之最小化已限制了肉眼孔隙的存在。

本实施例的嵌入件为烧结的WC基金属陶瓷杆，其具有100mm的长度和20mm的直径。金属陶瓷的金属（粘结）基体包括大部分的Co并按重量计占整个嵌入件的11%。嵌入件的按重量计的其他90%由具有4微米的平均晶粒度的WC颗粒构成。

磨损元件已经利用非自硬性树脂胶合硅基砂模制成，通常称作ISOCURE处理。该模具没有被预加热，并且具有2.5kg的砂和1kg的铸钢的砂钢比。没有特别的芯体用于减少磨损元件的绝大部分内的围绕金属陶瓷嵌入件的钢的量。

浇注在模具中以构成磨损元件并且有效地环绕金属陶瓷嵌入件的钢的重量为17.6kg。钢浇注温度在1550oC-1650oC的范围之内被实施。这些温度表现为在用于构造磨损元件的低合金铸钢的熔化温度之上过热50oC至150oC。在钢浇注后的四小时，该示例的磨损元件被抖出（即，从砂中移除）。

仅仅通过控制接触嵌入件的钢浇注温度或适当地限制汉字结合区（4）的延伸，并不能完全地避免裂缝和大的肉眼孔隙。显微检查示出的孔隙在厚度上有5mm那么厚，并且汉字区有15mm那么厚。

以下操作中的多于一个的操作能够结合起来以增加冷却强度从而用于限制/消除肉眼孔隙，并将汉字结合区（4）的延伸限制为在金属陶瓷和钢之间的绝大部分结合表面的厚度远小于3mm。

i）重新设计磨损元件的几何形状以允许砂芯体在铸模中的引入，从而减少位于磨损元件的最大块部分内的环绕金属陶瓷嵌入件的钢的量，并由此增加冷却强度。

ii）基于铬铁矿基和/或锆石基砂的高热导率和热容量，将之前实施的硅基砂替代为铬铁矿基和/或锆石基砂，因此增加冷却强度。

iii）减少铸件的抖出时间，并因此增加冷却强度。

iv）在金属陶瓷嵌入件的附近引入钢嵌入件或在金属陶瓷嵌入件附近的铸模中引入铸制冷却，从而使得浇注的钢对钢嵌入件的熔化或浇注钢的冷却增加结合部位中的冷却强度。

根据以上所述的操作，磨损元件被制造。磨损元件的重新设计允许在牙的大部分中的钢的量减少并且允许在嵌入件的附近引入铬铁矿芯体，从而有效地增加冷却强度。由于引入了铬铁矿芯体，对于金属陶瓷嵌入件的绝大部分，在嵌入件和铸模的砂和/或芯体之间的间隙范围在8到25mm之间。在1600oC下浇注钢，并且在浇注一小时内抖出铸件导致获得如图2中所示的嵌入件和钢的优质结合。替代结合区（1）具有1.5mm到3mm之间的范围的厚度。在沉淀结合区（2）内的富钨相（22）按重量计具有65%到70%的范围的钨含量。无碳化钨结合区（3）具有30um的最小厚度，并且按重量计钨含量在10%到14%之间的范围。汉字结合区（4）在大部分形成的优质结合中不会出现，而是仅在铸件的最大整块部分（其厚度在0mm到2.5mm之间不等）的附近出现。汉字区（4）的富钨相（41）的钨含量按重量计在68%到75%的范围之间，而富铁相（42）的钨含量按重量计在10%到14%的范围之间。在整个结合区不存在肉眼孔隙。

该实施例的磨损元件的现场试验在磨损寿命方面示出了使用中的性能改进，其相对于传统的未加强的磨损元件而言，寿命延长了100%。

Claims (17)

1.用于土/岩挖/掘机械的磨损元件，包括重力铸钢，所述重力铸钢环绕并结合至粘结的碳化钨金属陶瓷的至少一个大块嵌入件，所述嵌入件基本包括具有金属粘结基体的碳化钨粒，其特征在于，所述元件至少具有以下的三个结合区:

替代结合区(1)，其中，钢替代所述嵌入件的金属粘结基体，从而包括下述区域，在所述区域中碳化钨粒(11)被钢(12)包围；

沉淀结合区(2)，包括主要为钨和铁的富钨相(22)、以及粗大化和/或沉淀的碳化钨粒(21)；

无碳化钨结合区(3)，包括主要为铁和钨的富铁金属相；

其中，所述磨损元件进一步包括邻近所述无碳化钨结合区(3)和/或所述沉淀结合区(2)的第四结合区(4)，所述第四结合区(4)形成为具有汉字外形的微结构，并且包括富铁相(42)和富钨相(41)。

2.如权利要求1所述的磨损元件，其特征在于，所述嵌入件的所述金属粘结基体主要包括钴或钴基合金。

3.如权利要求2所述的磨损元件，其特征在于，所述钴基合金为钴镍合金。

4.如权利要求2所述的磨损元件，其特征在于，所述嵌入件内形成有基体增加部位，与浇铸前的初始嵌入件的钴含量相比或与所述嵌入件(C)的芯体的未受影响的部分相比，所述基体增加部位的钴含量增加至少80％。

5.如权利要求1至4中任一项所述的磨损元件，其特征在于，所述替代结合区(2)具有大于1.5mm的厚度。

6.如权利要求1所述的磨损元件，其特征在于，所述第四结合区(4)具有小于3mm的厚度，从而限制或阻止肉眼孔隙的形成。

7.如权利要求1至4中任一项所述的磨损元件，其特征在于，所述无碳化钨结合区(3)的总厚度大于0.02mm。

8.如权利要求1至4中任一项所述的磨损元件，其特征在于，所述沉淀结合区(2)中的所述富钨相(22)的钨含量按重量计高于60％。

9.如权利要求1至4中任一项所述的磨损元件，其特征在于，所述沉淀结合区(2)中的所述富钨相(22)的钨含量按重量计在68％到75％之间。

10.如权利要求1至4中任一项所述磨损元件，其特征在于，所述无碳化钨结合区(3)中的所述富铁金属相的钨含量按重量计大于5％且小于20％。

11.如权利要求1至4中任一项所述的磨损元件，其特征在于，所述第四结合区(4)中的所述富钨相(41)的钨含量按重量计在68％到75％之间。

12.如权利要求1至4中任一项所述磨损元件，其特征在于，所述第四结合区(4)中的所述富铁相(42)的钨含量按重量计在5％到20％之间。

13.如权利要求1-4中任一项所述的磨损元件，其特征在于，所述第四结合区(4)的长度和/或厚度通过在浇铸钢的浇注和固化期间增加冷却强度而最小化。

14.用于制造如权利要求1至13中任一项所述的磨损元件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:

在足够高的温度下围绕所述嵌入件浇注液态钢，从而熔化、取代并因此渗透所述金属陶瓷的金属粘结基体、并且熔解被渗透部位的外层中的金属陶瓷的碳化钨，获得替代结合区(2)，所述替代结合区(2)在钢的渗入方面具有渗入金属陶瓷内大于1.5mm的深度；

以足够高的强度冷却所述元件，以限制钨和碳的扩散，获得无碳化钨结合区(3)，所述无碳化钨结合区(3)具有厚度大于20微米的富铁金属相。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过将所述磨损元件的几何形状重新设计来允许在模制中引入砂芯来增加冷却强度，从而减少所述磨损元件的大部分内的环绕所述金属陶瓷嵌入件的钢的量。

16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，通过使用用于模制的铬铁矿基和/或锆石基砂来增加冷却强度。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过在金属陶瓷大块嵌入件的附近引入钢嵌入件和/或冷却而在结合部位中增加冷却强度。