CN104372234A - 高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法，成分及各成分质量百分含量为：成分及各成分质量百分含量为：Cu30~45%，Ni10~20%，Mo2.0~4.5%，Mn1.5~3.8%，Gr1.0~2.6%，Mg2.5~6.5%，P1.2~1.6%，Si2.0~4.5%，B0.05~0.15%，余量为Ti。以钛铜镍取代普通铁基作为基体，掺杂硅、磷和少量硼，有效提高复合材料的耐磨性能以及烧结-淬火后的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法，属于粉末冶金材料技术领域。
背景技术
粉末冶金是一项集材料制备与零件成形于一体的先进制造技术。粉末冶金可以减少切削加工量节约材料,并能弥补传统铸造方法无法制备多孔、难馆金属、陶瓷等材料的空白。由于具有材料利用率高、生产成本低,综合性能好等优点,粉末冶金零件已广泛应用于交通运输、机械、电子等重要经济领域,尤其在汽车制造领域。汽车工业的快速发展极大地促进了粉末冶金零部件在汽车生产中的应用。20世纪70年代以来,汽车工业大量使用轻质的合金材料替换传统的钢铁材料,如铝合金、钛合金等。铁粉是粉末冶金工业的重要基础原料之一，铁粉特别是合金铁粉的生产及其产量,是衡量一个国家粉末冶金工业发展水平的重要标志之一。近年来,粉末冶金工业发展十分迅速,铁基粉末的市场需求在总体上也有明显的增长，目前世界铁粉年产量超过85万吨,铁粉产量的85%用于粉末冶金零件的制造,其中70~83%的粉末冶金零件用于汽车工业,其余铁粉用于机械零件制造化工、磁性材料、切割、焊条等。
2008年我国铁粉的年产量超过29万吨,从产量和产能方面都已经成为世界铁粉的主要生产国家，但我国的铁粉品种比较单一,牌号少,我国铁粉的主要产品是还原铁粉,雾化合金钢粉的产量较低，品种较少，并且铁粉的应用领域也与国外企业存在很大的差别,大部分还原铁粉主要用于机械零件制造、化工、切割和焊条等。2007年我国粉末冶金铁基零件产量为11万吨,销售量为10.7万吨,只占铁粉产量的33%,与国外的铁基零件比例(85%)相差甚远，为此,我国一直在努力提高铁粉及合金钢粉的品种及其质量,以满足发展高密度、高强度和复杂异形粉末冶金结构零件的需求。
可以看出,与国外相比,我国的粉末冶金铁基零件产量小,且主要用于低端产品市场,这主要是由于我国高性能铁基合金粉末以及先进粉末冶金工艺的研究和开发相对落后,因此生产出的材料性能不高,无法满足高性能粉末冶金制品的要求，因此,发展高性能特别是高力学性能的粉末冶金复合材料,是粉末冶金的发展方向和研究重点，特别是近年来由于节能减排以及节省成本的需要,更要求零件制备能以最少的工序获得更高的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法，以钛铜镍取代普通铁基作为基体，掺杂硅、磷和少量硼，有效提高复合材料的耐磨性能以及烧结-淬火后的力学性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：Cu 30~45 %，Ni 10~20%，Mo 2.0~4.5%，Mn 1.5~3.8%，Gr 1.0~2.6%，Mg 2.5~6.5%，P 1.2~1.6%，Si 2.0~4.5%，B 0.05~0.15%，余量为Ti。
高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，各成分质量百分含量优选为：Cu 35~40 %，Ni 12~18%，Mo 3.0~3.5%，Mn 1.8~2.5%，Gr 1.2~2.0%，Mg 3.8~5.5%，P 1.4%，Si 2.5~3.5%，B 0.08~0.12%，余量为Ti。
所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为20~40rpm，混料时间为40~60min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 400~600MPa，保压 10~30min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为200~400℃，预热1~3h，烧结温度为 750~950℃，高温下的烧结时间为10~30min，然后在250~350℃下保温10~20 min，淬灭，最后在150~180℃下保温回火1~3h。
步骤1）中转速为30rpm，混料时间为50min。
步骤2）中压力为 500MPa，保压 20min。
步骤3）中预热温度为300℃，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min。
步骤3）中保温时间为15 min。
步骤3）保温回火温度为160℃，保温回火时间为2h。
有益效果：本发明提供一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料及其制备方法，以钛铜镍取代普通铁基作为基体，掺杂硅、磷和少量硼，有效提高复合材料的耐磨性能以及烧结-淬火后的力学性能。
具体实施方式
实施例1
一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：Cu 30 %，Ni 10%，Mo 2.0%，Mn 1.5%，Gr 1.0%，Mg 2.5%，P 1.2%，Si 2.0%，B 0.05%，余量为Ti。
制备方法，包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为30rpm，混料时间为50min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 500MPa，保压 20min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为300℃，预热2h，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min，然后在300℃下保温15 min，淬灭，最后在160℃下保温回火2h。
实施例2
一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：Cu 45 %，Ni 20%，Mo 4.5%，Mn 3.8%，Gr 2.6%，Mg 6.5%，P 1.6%，Si 4.5%，B 0.15%，余量为Ti。
制备方法，包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为30rpm，混料时间为50min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 500MPa，保压 20min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为300℃，预热2h，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min，然后在300℃下保温15 min，淬灭，最后在160℃下保温回火2h。
实施例3
高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，各成分质量百分含量优选为：Cu 35 %，Ni 12%，Mo 3.0%，Mn 1.8%，Gr 1.2%，Mg 3.8%，P 1.4%，Si 2.5%，B 0.08%，余量为Ti。
制备方法，包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为30rpm，混料时间为50min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 500MPa，保压 20min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为300℃，预热2h，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min，然后在300℃下保温15 min，淬灭，最后在160℃下保温回火2h。
实施例4
高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，各成分质量百分含量优选为：Cu 40 %，Ni 18%，Mo 3.5%，Mn 2.5%，Gr 2.0%，Mg 5.5%，P 1.4%，Si 3.5%，B 0.12%，余量为Ti。
制备方法，包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为30rpm，混料时间为50min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 500MPa，保压 20min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为300℃，预热2h，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min，然后在300℃下保温15 min，淬灭，最后在160℃下保温回火2h。
实施例5
高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，各成分质量百分含量优选为：Cu 38 %，Ni 16%，Mo 3.3%，Mn 2.1%，Gr 1.6%，Mg 4.5%，P 1.4%，Si 2.9%，B 0.1%，余量为Ti。
制备方法，包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为30rpm，混料时间为50min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 500MPa，保压 20min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为300℃，预热2h，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min，然后在300℃下保温15 min，淬灭，最后在160℃下保温回火2h。
对实施例1~5的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料在850℃烧结，然后经淬灭-回火热处理后进行拉伸强度测试，
摩擦磨损测试：釆用WTM-2E摩擦磨损试验机，摩擦副釆用GCrl5滚珠轴承钢，载荷为l00g，摩擦直径为8mm，转速为200r/min，时间为20min。实验前先将待磨表面氧化皮磨掉露出平整的试样表面，盘作水平旋转运动，试样通过上夹具与盘垂直接触，两者相互摩擦磨损。磨损时间为 20min，以保证达到稳定的磨损状态。质损量用 Sartius Micr 电子天平测得，研究试样在磨损过程中质量的变化，来衡量材料的耐磨性结果见表1所示。
表1：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 磨损量/% | 2.5 | 2.2 | 1.4 | 1.1 | 0.9 |
| 拉伸强度/ MPa | 1465 | 1428 | 1578 | 1591 | 1826 |
Claims (8)
1.一种高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，其特征在于成分及各成分质量百分含量为：Cu 30~45 %，Ni 10~20%，Mo 2.0~4.5%，Mn 1.5~3.8%，Gr 1.0~2.6%，Mg 2.5~6.5%，P 1.2~1.6%，Si 2.0~4.5%，B 0.05~0.15%，余量为Ti。
2.根据权利要求1所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料，其特征在于各成分质量百分含量为：Cu 35~40 %，Ni 12~18%，Mo 3.0~3.5%，Mn 1.8~2.5%，Gr 1.2~2.0%，Mg 3.8~5.5%，P 1.4%，Si 2.5~3.5%，B 0.08~0.12%，余量为Ti。
3.权利要求1或者2所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为20~40rpm，混料时间为40~60min；
2）将步骤1）的混料加入到压力机设备中，进行单面缓慢加压成型，压力为 400~600MPa，保压 10~30min；
3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为200~400℃，预热1~3h，烧结温度为 750~950℃，高温下的烧结时间为10~30min，然后在250~350℃下保温10~20 min，淬灭，最后在150~180℃下保温回火1~3h。
4.根据权利要求3所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，其特征在于：步骤1）中转速为30rpm，混料时间为50min。
5.根据权利要求3所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，其特征在于：步骤2）中压力为 500MPa，保压 20min。
6.根据权利要求3所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，其特征在于：步骤3）中预热温度为300℃，烧结温度为 850℃，高温下的烧结时间为20min。
7.根据权利要求3所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，其特征在于：步骤3）中保温时间为15 min。
8.根据权利要求3所述的高耐磨型钛铜镍硅合金复合材料制备方法，其特征在于：步骤3）保温回火温度为160℃，保温回火时间为2h。
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