CN1035684A

CN1035684A - 耐火材料模具表面烧结熔融耐磨涂层工艺

Info

Publication number: CN1035684A
Application number: CN 88105681
Authority: CN
Inventors: 周玉林; 李平旦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1989-09-20

Abstract

本发明是一种在耐火材料模具表面烧结熔融一层致密、均匀的耐磨涂层工艺。表面涂层材料为含WC的镍基、铁基、钴基自熔合金粉末。涂层厚度为1～8毫米，涂层硬度HRC63～70，与基体的结合强度大于350MPa，使用寿命比一般A₃钢渗碳淬火模具高50倍以上。

Description

本发明属于一种在耐火材料模具表面烧结熔融耐磨涂层的工艺。

耐火材料模具在使用过程中，经常受到严重的磨粒磨损和多次重复的侧压力，其工作条件非常恶劣，不少模具常因磨损或开裂报废，使用寿命短。因此，耐火材料模具必须具有较高的强度，同时表面硬度必须在HRC63以上。

为了提高耐火材料模具的使用寿命，人们进行了大量的研究工作，在普遍采用的低碳钢渗碳淬火模具、变质铸铁模具的基础上，进而用高铬铸铁、高铬合金以及Cr12MoV直接淬火做耐火材料模具，国内外还有的在耐火材料模具表面粘贴一层硬质合金或钢结硬质合金片，后者虽可大幅度提高耐火材料模具寿命，但因加工或锻造成型困难，以及成本高等原因，只适合做一些形状简单的标普砖模具，加之易脆，不易推广。本发明者曾发明在耐火材料模具表面喷焊一层含WC自熔合金涂层工艺，它特别适合制造耐火材料模具芯棒，比普通低碳钢渗碳淬火芯棒寿命高90余倍，但对平板模套等异型模具，由于工艺不易掌握，亦难推广应用。

本发明的目的是提供一种耐火材料模具表面烧结熔融耐磨涂层工艺，即在各种形状耐火材料模板、模套以及异形模具表面，烧结熔融一层含WC自熔合金耐磨涂层，使模具表面有极好的耐磨性能，从而大大提高模具的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明是在模板四周用厚度为4～5毫米的A₃钢板焊接成一个上部敝开，四周及下部封闭的框架或在模套内表面放一根芯管，并将模套底部与芯管焊在一块钢板上，然后将一定量的含WC的镍基、铁基或钴基自熔合金粉末，倒入模框或模套与芯管的夹层内，摇实刮平，放在真空炉内加热烧结熔融。熔化温度为1050～1300℃，保温10～60分钟，真空度保持在0.133～1.33Pa，保温后随炉冷却。加热熔融也可以在连续推舟的真空炉内或在有氢气的保护气氛炉内进行。经烧结熔融的模板或模套，首先将框架刨去（芯管车掉），然后进行磨削，就能得到致密的耐磨涂层模板或模套，涂层硬度HRC63～70。

镍基自熔合金粉末的成分为（重量%）：C0.7～1.2%，Cr14～20%，B3～4%，Si3～5%，Fe1～15%，W、Mo0～15%余为Ni。

铁基自熔合金粉末的成分为（重量%）：C0.7～1.2%，Cr15～20%，B3～4%，Si3～5%，Ni8～20%，余为Fe。

钴基自熔合金粉的成分为（重量%）：C0.6～1.0%，C_r10～25%，B2.5～3.5%，Si3～5%，Ni10～30%，余为C_o。

碳化钨粉末中含化合碳5.9～6.12%（重量%），碳化钨粉也可以为镍包碳化钨粉，其中镍的含量为5～10%（重量%），WC粉末粒度为5～20μ。

粉末配制有两种方法，其一，将20～80%WC粉末与镍基、铁基或钴基自熔合金粉末均匀混合，装入模框内;其二，先将镍基、铁基或钴基合金放入炉内熔化，雾化前将WC加入炉内，搅拌后立即雾化，得到含有20～50%WC的镍基、铁基、钴基自熔合金粉末。

下面分别叙述模板或模套烧结熔融耐磨涂层的工艺。

模板

用厚度为4～5毫米的A₃钢板，在模板四周边上焊一个上部敝开的框架，框架一般要高出模板上表面7～8毫米，框架与模板周边要焊密实，不能有孔或未焊密的地方。

将带有框架的模板进行喷砂，除去焊有框架一面模板表面氧化物，得到清洁、粗糙的表面。

根据涂层设计要求，称取一定重量和牌号的自熔合金粉，倒入模框内，摇实刮平，然后装入炉内，抽真空，当真空度达到0.133Pa，就可以升温，升温速度为500℃/小时，烧结熔融温度为1050～1300℃，保温10～60分钟，然后随炉冷却。

粉末加入量的计算公式为：W＝1.1～1.2S×δ×ρ

式中：S-模板面积，厘米²;

δ-涂层厚度，厘米;

ρ-涂层合金理论密度，克/厘米³。

模板出炉后，先在刨床上刨掉框架，然后进行磨削，磨削工艺见表1、表2和表3。

表1 碳化硅砂轮磨削工艺规范

可以采用46^＃碳化硅砂轮磨削，最好采用金刚石砂轮磨削。

表2 金刚石砂轮磨削规范。

表3 金刚石砂轮磨削规范

模套

首先确定模套的涂层厚度，然后将模套内孔尺寸车大，车大的尺寸等于设计涂层的厚度，然后将一根合适的壁厚10毫米左右的钢管车成比模套内孔尺寸小0.1～0.2毫米的芯管，将模套底部与芯管焊在一块钢板上，模套与芯管的高度比要求的高，多出的高度应能保证粉末熔化后，内孔涂层高度符合设计要求，可按下列公式计算所需涂层粉末重量：

W＝π（R²-r²）H，d₁……（1）

式中：W-粉末重量，克;R-模套内孔尺寸+涂层厚度，厘米;

r-模套内孔尺寸，厘米;

H-模套要求高度，厘米;

d₁-粉末真密度，克/厘米³。

W＝π（R²-r²）h·d₂……（2）

式中：h-粉末松装高度，厘米;

d₂-粉末松装密度，厘米;

根据方程式（2），可求出高度h：

h= (W)/(π(R²-r²)d₂) （厘米）

在实际工作中，还应当将模套上部内孔车大一点，补偿因留加工余量所需的粉末。

按涂层设计要求，称取所需排号和重量的粉末，倒入模套与芯管的夹层内，摇实刮平。然后送入真空炉内，抽真空，当真空度达到0.133Pa，以500℃/小时升温，当温度达到1050～1300℃时进行保温，保温时间10～60分钟，然后随炉冷却。

模套加工：首先车掉模套内芯管，然后截去模套上部多余的部分，最后按表4规范进行内圆磨削。

表4 内孔涂层磨削工艺规范

涂层性能

1、涂层厚度：1～8毫米。

2、涂层硬度：随加入碳化钨的含量、粒度不同，涂层硬度为HR63-70。

3、涂层与基体结合强度大于350MPa。

4、热膨胀系数如表5所示。

表5 含WC镍基自熔合金烧结熔融涂层热膨胀系数（×10^-6）

5、耐磨性：在真空中烧结熔融含WC自熔合金试样的耐磨性，比用同一材料采用氧乙炔焰喷焊法制作的耐磨性高。因为在真空中烧结熔融含WC自熔合金粉末时，B、O、Si等元素烧损比喷焊法少，因而硬度高、耐磨性也高。含WC镍基自熔合金喷焊层的耐磨性如表6所示。

表6 含WC镍基粉末喷焊层与高铬铸铁耐磨性对比表

6、使用寿命：比A₃钢渗碳淬火模具使用寿命高50倍以上。

Claims

1、一种耐火材料模具表面烧结熔融耐磨涂层工艺，其特征是在模板四周用厚度为4～5毫米的A₃钢板焊接成一个上部敝开，四周及下部封闭的框架或在模套内表面放一根芯管，并将模套底部与芯管焊在一块钢板上，然后将一定量的含WC的镍基、铁基或钴基自熔合金粉末，倒入模框或模套与芯管的夹层内，摇实刮平，放在真空炉内加热烧结熔融。熔化温度为1050～1300℃，保温10～60分钟，真空度保持在0.133～1.33Pa，保温后随炉冷却。

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征是镍基自熔合金粉末的成分为（重量%）：C0.7～1.2%，Cr14～20%，B3～4%，Si3～5%，Fe1～15%，W、Mo0～15%，余为Ni。

3、根据权利要求1所述的工艺，其特征是铁基自熔合金粉末的成份为（重量%）：C0.7～1.2%，Cr15～20%，B3～4%，Si3～5%，Ni8～20%，余为Fe。

4、根据权利要求1所述的工艺，其特征是钴基自熔合金粉末的成分为（重量%）：C0.6～1.0%，Cr10～25%，B2.5～3.5%，Si3～5%，Ni10～30%，余为CO。

5、根据权利要求1所述的工艺，其特征是碳化钨粉末中含化合碳5.9～6.12%（重量%）。

6、根据权利要求1所述的工艺，其特征是碳化钨粉也可以为镍包碳化钨粉，其中镍含量为（重量%）5～10%。

7、根据权利要求1、2、3、4、5、6所述的工艺，其特征是可将20～80%WC粉末与镍基、铁基或钴基自熔合金粉末均匀混合，装入模框内。

8、根据权利要求1、2、3、4、5、6所述的工艺，其特征是也可将镍基、铁基或钴基合金放入炉内熔化，在雾化前将WC加入炉内，搅拌后立即雾化，得到含有20～50%的镍基、铁基、钴基自熔合金粉末。