CN102921923A

CN102921923A - 制备TiC+Al2O3颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的方法

Info

Publication number: CN102921923A
Application number: CN2012104135085A
Authority: CN
Inventors: 郭长庆
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明专利涉及一种制备TiC+Al₂O₃双相颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的方法。本专利采用钛白粉、铁鳞粉、铝粉、钛铁粉、碳粉和有机粘结剂配制成合金粉末涂料。将合金粉末涂料压制成片，并将其粘贴在挖掘机铲齿泡沫塑料EPS模型的两个工作齿面上。然后，外挂防粘砂涂料、烘干制备出铲齿EPS模样。在中频感应电炉或电弧炉中熔炼钢水，采用V-EPC真空消失模铸造方法浇铸成型。本发明制备的颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿经检测：复合层与钢基体之间呈冶金结合。复合层组织致密，复合层厚度可达3mm以上。复合层表面硬度可达HRC≥53。与没有进行表面复合的同类挖掘机铲齿相比，其使用寿命可提高2-3倍。

Description

制备TiC+Al2O3颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的方法

技术领域

本发明涉及一种TiC+Al₂O₃双相颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的制备工艺，属于颗粒增强钢基复合材料领域。

背景技术

铲齿是挖掘机上主要的易损件。当前，国内外铲齿仍然以由单一耐磨材料制成的整体铲齿为主，复合铲齿在市场中并不多见。

整体铲齿的材质主要有高锰钢Mn13和Cr-Ni-Mo型马氏体耐磨钢。高锰钢铲齿因其生产工艺简单、成本低和价格低廉而在国内外铲齿市场中占有明显的优势。然而，高锰钢铲齿的耐磨性并不理想，尤其是在中小型挖掘机上，由于其工作表面受到的冲击能较低，导致加工硬化程度有限。所以，耐磨性较差。Cr-Ni-Mo型马氏体合金铸钢具有强度高、硬度高和耐磨性较好的特点，用其制造的铲齿在小型挖掘机上展示出较好的使用性能。但是，Cr-Ni-Mo型马氏体合金铸钢生产成本高，并且，难以应用于大型挖掘机。所以，在市场中占有的份额相对较小。

为了改善铲齿表面的耐磨性，提高其使用寿命，近年来，人们开展了大量的铲齿表面改性处理方面的研究工作，即：运用堆焊、等离子喷涂和激光熔覆等技术在铲齿的工作表面上形成一层含有大量高硬度碳化物相的复合层。实践发现：高锰钢表面经过改性处理后，铲齿的使用寿命有了明显地提高。然而，由于复合层与基体金属之间的结合强度较低和两者之间存在的内应力大使复合铲齿在实际使用过程中经常出现复合层脱落和掉块等现象，致使复合耐磨层难以有效发挥其作用。

实际上，高锰钢铲齿和Cr-Ni-Mo型马氏体耐磨铸钢铲齿都属于由单一材料制成的整体铲齿。在这些材料的显微组织中由于缺乏高硬度的耐磨颗粒或增强相的存在，铲齿耐磨性能的提高是有限的，难以达到令人满意的程度。要想获得铲齿使用寿命的显著提高，通过在现有单一材料铲齿的工作表面上形成含有大量高硬度的硬质颗粒或耐磨相的表面复合层是解决问题的关键。因此，开发TiC+Al₂O₃双相颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用廉价的合金粉末材料制备出耐磨性能优异的TiC+Al₂O₃颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的工艺。将不同种类的合金粉末混合均匀后制成涂料，然后压制成片。结合真空消失模铸造技术V-EPC和SHS高温自蔓延反应生成TiC+Al₂O₃增强颗粒，在铲齿的工作表面上制备出一层厚度达3mm以上的以高硬度的TiC+Al₂O₃增强颗粒为主的、基本没有组织缺陷的和与基体呈现冶金结合的高耐磨复合层。从而，显著提高挖掘机铲齿的耐磨性能和使用寿命。

本发明的方法，是将钛白粉、铁鳞粉、铝粉、钛铁粉、碳粉和有机粘结剂配制成合金粉末涂料，将合金粉末涂料压制成片，并将其粘贴在挖掘机铲齿泡沫塑料EPS模型的两个工作齿面上；然后，外挂防粘砂涂料、烘干制备出铲齿EPS模样。在中频感应电炉或电弧炉中熔炼钢水，采用V-EPC真空消失模铸造方法浇铸成型。

本发明具体步骤如下：

（1）选取粒度200-350目钛白粉、200-350目铁鳞粉、200-350目铝粉、200-350目碳粉和150-200目Ti-Fe粉，合金粉末的配比如表1所示；

表1. 合合金粉末涂料配方（wt%）

钛白粉	铁鳞粉	Ti-Fe粉	铝粉	碳粉
					20-30	10-20	20-30	20-30	5-15

（2）合金粉末在球磨机中混合30-60min，料球比10:1。粉末混匀后，加入2-4%vol有机粘结剂制成合金粉末涂料；

（3）将合金粉末涂料倒入成型模具中，在液压机上压制成片，压片厚度≥3mm，压力为40MPa。压片的长度和宽度与挖掘机铲齿齿面的尺寸相对应。通常压片的宽度为70mm。之后，将成形压片充分烘干；

（4）将压片粘贴在挖掘机铲齿泡沫塑料EPS模型的两个工作面上。然后，整个EPS模样外挂防粘砂涂料。将EPS模样在小于50°C的温度下烘干，也可在自然环境中充分干燥；

（5）将干燥的EPS模样连同浇冒口棒一起埋入V-EPC真空消失模铸造转用砂箱中，用40～50目的干石英砂填埋。然后，将之置于振实台上振动紧实。砂箱表面用一层塑料薄膜覆盖以密封。挖掘机铲齿钢钢水在中频感应电炉或电弧炉中熔炼，钢水的化学成分为：0.3-0.45wt%C, 0.8-1.2Si%wt, 1.0-1.5wt%Mn, 0.3-0.5wt%Mo, 0.6-0.8wt%Cr, S≤0.035wt,% P≤0.035 wt %。当钢水成分和温度符合要求后，插铝脱氧，并将钢水浇入到砂箱中；

（6）铲齿铸件冷却到室温后打掉浇冒口，并进行表面清砂处理；

（7）铲齿950°C奥氏体化，机油中淬火+250°C低温回火。热处理后复合层表面硬度HRC≥53，复合层中TiC+Al₂O₃双相增强颗粒的体积百分数为≥30%vol，TiC和Al₂O₃颗粒均匀地分布在基体上。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

操作流程如图1。

实施例1

将钛白粉、铁鳞粉、铝粉、钛铁粉和碳粉按照合金粉末组成为：200-350目钛白粉25wt%、200-350目铁鳞粉15wt%、200-350目铝粉25wt%、200-350目碳粉10wt %和150-200目Ti-Fe粉25wt%；加入球磨机中充分混合0.5小时，料球比10:1。之后，加入2-4vol.%粘结剂制成合金粉末涂料。将合金粉末涂料倒入模具中，在液压机上压制成片，压片厚度≥3mm，压力为40MPa。将压片粘贴在挖掘机铲齿泡沫塑料EPS模型的两个工作齿面上。然后，整个EPS模样外挂1-2mm厚的镁砂粉基防粘砂涂料。EPS模样在50oC的烘箱内干燥24小时，也可在自然环境中充分干燥。

将EPS模样及浇注系统置于消失模（V-EPC）专用砂箱中，用40～50目的干石英砂填埋。然后，将之置于振实台上振动紧实。砂箱的上部用塑料薄膜覆盖，安放浇口杯，抽真空等待浇注。

钢水在电弧炉中熔炼，脱氧、扒渣，测温、浇注。待铸件冷却到室温后，从砂型中翻出铸件，割掉水口，清理掉铸件表面的粘砂和涂料就可以制成TiC+Al₂O₃双相颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿。复合挖掘机铲齿在使用前需进行950°C奥氏体化机油淬火+250°C低温回火的热处理。

实施例2

钢水在中频感应电炉中熔炼，预脱氧、扒渣，测温、浇注。待铸件冷却到室温后，从砂型中翻出铸件，割掉水口，清理掉铸件表面的粘砂和涂料就可以制成TiC+Al₂O₃双相颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿。复合挖掘机铲齿在使用前需进行950°C奥氏体化机油淬火+250°C低温回火的热处理。

Claims

1. 采用合金粉末压片制备的TiC+Al₂O₃双相颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的方法，其特征在于步骤如下：

（1）合金粉末组成为：200-350目钛白粉20-30wt%、200-350目铁鳞粉10-20wt%、200-350目铝粉20-30wt%、200-350目碳粉5-15wt %和150-200目Ti-Fe粉20-30wt%；

（2）合金粉末在球磨机中混合30-60min，料球比10:1；粉末混匀后，加入2-4%vol有机粘结剂制成合金粉末涂料；

（3）将合金粉末涂料倒入成型模具中，在液压机上压制成厚度≥3mm的薄片，压片的长度和宽度尺寸与挖掘机铲齿齿面的尺寸相对应；之后，将成形压片充分烘干；

（4）将压片粘贴在挖掘机铲齿泡沫塑料EPS模型的两个工作齿面上；然后，整个EPS模样外挂防粘砂涂料并烘干；

（5）将干燥的EPS模样连同浇冒口棒一起埋入V-EPC真空消失模铸造转用砂箱中，用40～50目的干石英砂填埋，然后，将之置于振实台上振动紧实，砂箱表面用一层塑料薄膜覆盖以密封，挖掘机铲齿钢钢水在中频感应电炉或电弧炉中熔炼，钢水的化学成分为：0.3-0.45wt%C, 0.8-1.2Si%wt, 1.0-1.5wt%Mn, 0.3-0.5wt%Mo, 0.6-0.8wt%Cr, S≤0.035wt,% P≤0.035 wt %，当钢水成分和温度符合要求后，插铝脱氧，并将钢水浇入到砂箱中；

（7）铲齿950°C奥氏体化，机油中淬火+250°C低温回火，热处理后复合层表面硬度HRC≥53，复合层中TiC+Al₂O₃双相增强颗粒的体积百分数为≥30%vol，TiC和Al₂O₃颗粒均匀地分布在基体上。