CN102935501A

CN102935501A - 用直孔合金粉末压片制备wc颗粒增强高锰钢基表面复合材料

Info

Publication number: CN102935501A
Application number: CN201210410875XA
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: 2013-02-20

Abstract

本发明涉及一种含WC颗粒的直孔合金粉末压片的制备工艺以及用该压片制备WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的方法。该方法以WC颗粒、高碳铬铁粉、硼砂粉、有机常温粘结剂和高温粘结剂按照一定的比例配制成合金粉湿料。然后，将该湿料在成型模具中压制成一定厚度的直孔压片，烘干并将其粘贴在泡沫塑料EPS模型对应铸件需要强化的部位上。之后，外挂防粘砂涂料制备出EPS模样。在中频感应电炉或电弧炉中熔炼高锰钢钢水，采用V-EPC真空消失模铸造的方法使铸件成型并合成复合材料。采用直孔合金粉末压片制备的WC颗粒增强高锰钢基复合材料具有复合层组织致密、复合层与基体结合牢固、没有残渣、气孔和复合层厚度大等明显优点。

Description

用直孔合金粉末压片制备WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料

技术领域

本发明涉及一种含WC颗粒的直孔合金粉末压片的制备工艺以及用该压片制备WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的工艺，属于颗粒增强钢基复合材料领域。

背景技术

高锰钢的耐磨性是通过其工件的表面在受到冲击力作用时表面组织产生形变诱发马氏体，即加工硬化表现出来的。冲击力越大，加工硬化作用的效果越显著，高锰钢的耐磨性就越好。然而，高锰钢工件在通常的服役环境中受到的主要是中、低应力的作用。因此，其表面加工硬化的程度有限，由初始硬度的HB200提高到硬化后的HB450-550。结果，高锰钢的耐磨性并不理想。为了改善高锰钢的耐磨性，目前通常采用的方法是高锰钢表面改性处理，即通过多种工艺方法如：热喷涂、堆焊、激光熔覆和等离子表面铸渗等在高锰钢工件的表面上形成一层厚度约2um至5mm的、含有大量高硬度碳化物的、具有高硬度的改性合金层。本发明专利介绍的是一种利用真空消失模铸渗的方法V-EPC制备颗粒增强高锰钢基表面复合材料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含WC颗粒的直孔合金粉末压片的制备工艺以及用该压片制备WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的工艺。通过采用直孔合金粉末压片结合V-EPC真空消失模铸造在高锰钢工件的工作表面上制备出一层厚度达5mm以上的以高硬度WC增强颗粒为主的、复合层组织致密、没有残渣和气孔的复合层，从而，使高锰钢工件具有优异的耐磨性能。

本发明所采用的技术方案，其步骤如下：

（1）选取粒度20-50目WC粉、150-200目高碳铬铁粉、150-200目高温粘结剂粉末和150-200目硼砂粉组成合金粉末；合金粉末的配比如表1所示。

表1. 合合金粉末涂料配方（vol%）

WC粉	高碳铬铁粉	硼砂粉	高温粘结剂粉末
				30-55	45-59	3-5	2-3

（2）在球磨机中把合金粉末混合15-30min，料球比10:1，然后加入2-3%有机常温粘结剂制成湿料；

（3）将湿料倒入成型模具中，在液压机上压制成含有Φ3-6mm直孔的压片，压片厚5-15mm，压力为10-30MPa。压片中孔的大小和数目可根据对压片的厚度和对表面复合材料耐磨性要求而定。压片厚度越小，孔的尺寸越大；孔的数目越多，表面复合材料的耐磨性提高的幅度越小；

（4）成形压片在小于80°C的温度下烘烤干燥。将干燥后的压片与泡沫塑料模型对应铸件需要复合的部位粘合。然后，整个EPS模样外挂防粘砂涂料并在小于50°C的温度下烘烤24小时，也可在自然环境中充分干燥，以彻底去除EPS模样中的水分；

（5）将干燥后的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。当高锰钢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）铸件冷却到室温后从砂箱中取出。打掉浇冒口，并进行表面清砂处理。

在复合材料的复合层中，未熔WC增强颗粒的体积百分数为15-30vol.%，复合层组织致密、没有残渣、气孔等缺陷，复合层厚度达5-15mm。

观察发现：在制备的WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料中原压片中的直孔已经被高锰钢液填充，WC增强颗粒主要分布在孔周围的基体中。由于高锰钢钢水在直孔压片中流动通畅，易于排气和排渣。所以，采用直孔合金粉末压片制备的WC颗粒增强高锰钢基复合材料具有复合层组织致密、复合层与基体结合牢固、没有残渣、气孔和复合层厚度大等明显优点。

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WC粉、高碳铬铁粉、高温粘结剂粉和硼砂粉等按照表1配方称量并加入球磨机中，充分混合15min，料球比10:1。之后，加入2-3vol%常温有机粘结剂搅拌制成合金粉末湿料。在液压机上将合金粉末湿料倒入模具中，压制成含有众多Φ3-6mm的直孔压片，压片厚5-15mm，压力为10-30MPa。压片干燥后与泡沫塑料模型对应铸件需要复合的部位粘合。然后，整个EPS模样外挂约2mm厚的镁砂粉防粘砂涂料，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，并安放浇口杯，其后抽真空等待浇注。

高锰钢钢水在中频感应炉中熔炼，脱氧后扒渣、测温、浇注成型。待铸件冷却到室温后，从砂型中翻出铸件，割掉水冒口。清理掉铸件表面的粘砂和涂料就可以制成WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料。

实施例2

将WC粉、高碳铬铁粉、高温粘结剂粉和硼砂粉等按照表1配方称量并加入球磨机中，加入球磨机中充分混合15min，料球比10:1。之后，加入2-3vol%常温有机粘结剂搅拌制成合金粉末湿料。在液压机上将合金粉末湿料倒入模具中，压制成含有众多Φ3-6mm的直孔压片，压片厚5-15mm，压力为10-30MPa。压片干燥后与泡沫塑料模型对应铸件需要复合的部位粘合。然后，整个EPS模样外挂约2mm厚的镁砂粉防粘砂涂料，在≤50oC的烘箱内干燥24小时，也可在自然环境中充分干燥。

高锰钢钢水在电弧炉中熔炼，脱氧后扒渣、测温、浇注成型。待铸件冷却到室温后，从砂型中翻出铸件，割掉水冒口。清理掉铸件表面的粘砂和涂料就可以制成WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料。

Claims

1. 采用直孔合金粉末压片制备WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

（1）合金粉末组成为：20-50目WC粉30-55vol%、150-200目高碳铬铁粉45-59vol%、100-200目硼砂粉3-5vol%和150-200目高温粘结剂粉末2-3vol%；

（2）在球磨机中把合金粉末混合15-20min，料球比10:1，然后加入2-3%有机常温粘结剂制成湿料；

（3）将湿料倒入成型模具中，在液压机上压制成含有众多Φ3-6mm直孔的合金粉末压片，压片厚度5-15mm，压力为10-30MPa；

（4）将成形压片在小于80°C的温度下烘干；

干燥后的直孔压片粘贴在泡沫塑料EPS模型对应铸件需要强化的部位上，然后，整个EPS模样外挂防粘砂涂料并小于50°C的温度下烘干；

（5）将干燥后的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，当高锰钢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）高锰钢铸件冷却到室温后从砂箱中取出，打掉浇冒口，并进行表面清砂处理。