CN1066013A

CN1066013A - 铸件表面合金化工艺及材料

Info

Publication number: CN1066013A
Application number: CN 91106083
Authority: CN
Inventors: 孙超英; 朴东学; 谢华生
Original assignee: Shenyang Casting Inst Ministry Of Machine-Building & Electronics Industry
Current assignee: Shenyang Casting Inst Ministry Of Machine-Building & Electronics Industry
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1992-11-11

Abstract

本发明铸件表面合金化工艺及材料提出了一种不用粘结剂，采用高压成型技术制备合金粉末预制块，铸型采用围绕预制块的局部保温与排气等技术措施的新型表面合金化工艺，有效地避免了气孔、夹渣等常见缺陷。本发明采用高碳化钨合金粉末为表面材料，以廉价40Cr钢或奥贝球铁为母材所研制的复合材料结合强度高，可节约贵重金属材料，降低成本，提高寿命，在冲压模具行业有广泛应用前景。

Description

本发明铸件表面合金化工艺及材料属于铸造工艺及材料。

铸件中许多零部件的表面要求耐磨损，而整体铸件全部用耐磨材料又造成材料浪费，提高产品成本。近些年来，铸件表面合金化工艺在国内外有一些发展，其特点是工艺简便、成本低廉，目前主要有两种工艺方法：一是“机械吸附法”，即采用真空技术将合金粉末吸附在铸型的某一部位，浇入母材金属，形成复合材料[1.2]，这种方法的特点是不用粘结剂，最大限度的减少了夹渣、气孔等缺陷，但合金颗粒容易被金属液冲散，造成表面硬化不均，内部出现硬点，因此要求铸造工艺、浇注温度十分严格，而且要一套真空装置，这种方法形成的表面合金层相对很薄。另一种方法是“合金膏剂涂敷法”即用有机或无机粘结剂将合金粉末调成糊状混合物，涂敷在铸型的某一表面，浇注母材金属后在铸件表面形成合金层，其中粘结剂或熔剂在国内外不断有新的研究[3-6]，但至今为止，在消除气孔、夹渣，提高工艺稳定性方面，仍未见到突破性进展。

和本发明接近的现有技术文件有：

（1）K.G.Davis，J.G.Magny“Cast-In-Place Hardfacing”Trans.AFS.Vol89（1981）385-402

（2）、纪嘉林、仇建平、王华明“钢铸件铬系合金耐磨表面合金化研究”，西安交通大学学报（1987）Vol21 No625-35。

（3）、渡边贞四郎“金属被覆铸造法”《铸物》1983No645-51。

（4）、王琥等“铸铁件的表层合金化”中国铸造学会铸铁及熔炼学组第一次学术会论文。

（5）、特许公报JP60-221166。

（6）、特许公报JP60-223654。

本发明在分析了上述工艺基础上，提出了一种新的铸件表面合金化工艺，本发明的目的是：不用粘结剂，采用高压成型技术制备合金粉末预制块，最大限度的减少了铸件夹渣、气孔等缺陷，也克服了现有技术中硬化不均的缺点，不需要真空装置等，成本低，而且可提高工艺稳定性。

本发明所提出的铸件表面合金化工艺可制成在良好强韧性母材的铸件表面形成厚度5-10mm性能类似于钢结硬质合金的硬化层的复合材料，可做中、小型冲压模具的材料，节约优质原材料，同时提高模具寿命，对其它表面要求耐磨损的整体铸件也可采用本工艺，节材、节能，提高寿命。

本发明的内容：本发明不需用粘结剂，采用高压成型技术制备合金粉末预制块。

（Ⅰ）、用高碳化钨合金粉末为表面材料，以廉价40Cr钢或奥贝球铁为母材，材料成份如下：

（1）、合金粉末成分（重量%）：

编号	WC	Cr	Mo	Cu	Ni	C	Fe
								1	40	0.5-1	1-2	1-2	0.5	余量
2	40	2-4	1	0.5-1.5		0.4-0.6	余量

粉末粒度：100-200目

（2）、母材成分：（%）

材料	C	Si	Mn	Cr	Mo	Cu
							40Cr	0.350.4	0.5-0.6	0.5-0.6	0.8-1.2
奥贝球铁	3.5-3.7	2.6-2.8	0.3-0.4		0.5-0.6	1.0

（Ⅱ）、将合金粉末制备成预制块：

（1）、按比例配制合金粉末，加入0.5-5%无水乙醇作为充型剂，混合均匀。

（2）、将混合完的粉末立即放入模具中，加压20-30MPa（表压），保压5分钟出模。

（3）、压好的预制块置于干燥器中放置5-6小时即可使用。

这种预制块可以避免产生气孔、夹渣等铸造缺陷的倾向，为表面合金化工艺的实施创造了必要的条件。

（Ⅲ）、铸件表面合金化铸造工艺：

本工艺的特点：用轻质砖作为保温与排气材料，在造型中安放在预制块周围，备好的粉末预制块用细铁丝固定在保温材料上，内浇口的开设应尽量减少浮力，避免金属液直接冲刷预制块，如附图所示：

图1为表面合金化工铸造工艺示意图。

图中1合金粉末预制块;2保温材料;3型腔;4排气孔;5固定予制块的铁丝。

（Ⅳ）、表面合金化复合材料热处理工艺：

选用40Cr为母材时，采用油淬工艺，铸件加热到950℃，保温1小时，油淬，再经250℃回火2小时。以球铁为母材时，采用等温盐浴淬火工艺，即将铸件加热到950℃，保温1小时，淬入300℃的硝盐中，保温40分钟出炉。

为使表面合金化铸件在加工后进行最终热处理时防止脱碳和变形，本发明采用气体或固体保护方法，或进行真空热处理。

本发明按上述工艺制成高硬度钢基合金层，母材为40Cr和奥贝球铁的表面合金化复合材料铸件。合金层厚度：5-10毫米。

表面合金化复合材料力学性能

材料	bN/mm2	aKJ/cm2	HRC合金层母材		备注
						合金化－奥贝球铁	723	30	60.5	41	等温处理
合金化－40Cr钢		＜300	61	44.5	油淬

本发明的优点：采用高压成型技术，不用粘结剂制备合金粉末预制块，并通过铸型的局部保温与排气等工艺措施，有效地避免了气孔、夹渣等铸造缺陷，提高了工艺稳定性。采用本发明可节约贵重金属材料，降低成本，提高耐磨性，从而提高寿命。用本发明材料，高碳化钨合金粉末作为模具刃口材料，用廉价奥贝球铁或40Cr钢为模具体材料，生产复合冲压模具，比整体用模具钢制造的传统模具节约贵重金属材料，成本大幅度降低。用本发明制造的复合模具比常用的Cr12、CrWMn等冷作模具钢提高寿命五倍以上。

实施例：

100型铁芯冲裁模

生产工艺：

（一）、毛坯生产

a、粉末预制块的成分及制备方法：

成分：WC40%、高碳铬铁5%、铁粉55%、粉末粒度100-200目。

制备方法：配制合金粉末，加入适量无水乙醇，混合均匀。混好的粉末放入模具内，在压力机上加压30Mpa（表压），保压5分钟出模，自然干燥。

b、母材成分及毛坯生产工艺：

1、成分：C3.6%;Si2.6%;Mn0.4%，Mo0.5%;Cu1.0%。

2、生产工艺：铁水在中频炉中熔炼，采用1.1%稀土镁进行球化处理，将预制块放入铸型，型内采用轻质砖作为预制块的局部保温与排气材料，然后浇入母材金属液制成复合材料。

（二）、退火、机加工及淬火工艺：

1、退火，铸件加热到880℃，保温2小时，炉冷到720℃，保温4小时，炉冷至室温。退火后硬度HRC＜35，可进行机加工。

2、等温淬火：铸件加热到950℃，保温1小时，淬入300℃硝盐中，保温40分钟出炉。

Claims

1、铸件表面合金化工艺和材料，其特征是，合金粉末成分(重量%)：1^#；WC40；Cr0.5～1；Mo1～2；Ni1～2；C0.5；Fe余量。2^#；WC40；Cr2～4；Mo1；Cu0.5～1.5；C0.4～0.6；Fe余量。粉末粒度100～200目。

母材成分(重量%)：40Cr；C0.35～0.4；Si0.5～0.6；Mn0.5～0.6；Cr0.8～1.2或奥贝球铁；

C3.5～3.7；Si2.6～2.8；Mn0.3～0.4；Mo0.5～0.6；Cu1.0。

2、根据权利要求1所述的表面合金化材料，其特征是：其表面合金化工艺为：

将合金粉末制备成预制块

按比例配制合金粉末，加入0.5-5.0重量%无水乙醇，作为充型剂，混合均匀。

将混合完的粉末立即放入模具中，加压20-30Mpa（表压），保压5分钟出模，预制块的厚度5-10毫米。

将压好的预制块置于干燥器中，放置5-6小时即可使用。

在造型中将保温与排气材料（如轻质砖）安放在预制块周围，将上述合金粉末预制块固定在保温材料上，造型时内浇口的开设应尽量减少浮力，避免金属液直接冲刷预制块，然后浇注母材（40Cr钢或奥贝球铁），表面合金层厚5-10毫米。

复合材料的热处理：

a、用40Cr为母材时，采用油淬工艺，铸件加热到950℃，保温1小时进行油淬，火淬后立即在250℃回火2小时。

b、用奥贝球铁为母材时，采用等温淬火工艺，铸件加热到950℃，保温1小时，淬入300℃的硝盐中，保温40分钟。