CN109128005B - 一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用，属于耐磨材料技术领域。该金属框架增韧陶瓷复合材料外壳为增韧的金属框架，外壳内部的腔体设置有增强复合块体；其制备方法为，将原料混合，压制后，进行液相烧结，得到的金属框架增韧陶瓷复合材料用于制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套。该方法生产成本低廉、控温烧结和冷却避免了金属框架泄漏与陶瓷颗粒因激冷激热而产生裂纹源，陶瓷颗粒的体积分数和分布状态可控。采用该金属框架增韧陶瓷复合材料制备的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套通过后续热处理，性能高、界面结合较好，无孔洞、偏析、裂纹等宏观缺陷产生。

Description

一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于耐磨材料技术领域，具体涉及一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
金属陶瓷复合材料是由一种或多种陶瓷相与金属或合金组成的多相复合材料，其目的在于把陶瓷的高硬度、耐高温、良好的耐磨性与金属基体的韧性和可塑性相结合，有效发挥两者的优势。近年来，对于金属基体或合金组成增韧陶瓷颗粒的耐磨复合材料的研究有了较大的发展，现增韧制备工艺主要为铸渗法、粉末冶金法、原位复合法、搅拌铸造法四种。
采用铸渗法制备复合材料，虽然其增强相可实现分布均匀、预制体形状可控且可处于耐磨部件的指定位置，但是当陶瓷颗粒与金属液润湿角大于90度时，陶瓷颗粒表面需要活化，工艺复杂，此外，在铸渗过程中也易存在高温金属液在型腔中的流动状态及凝固过程中铸件各部分的温度分布和应力分布都不太理想；粉末冶金法优点是可使用多种金属都可以作为基体材料，且陶瓷的体积分数可控，缺点是生产过程复杂，成本相对较高；原位复合法通过元素与元素之间发生的物理、化学反应，在高韧性基体内部原位生成一种或多种高硬度增强相，较好实现与增韧基体的冶金结合，但此方法制备的复合材料，其内部结构中增强颗粒较容易出现偏析且其体积分数受限，合成的增强颗粒形态无法全面有效的控制，很难在制备过程中进行调整；搅拌铸造法制备的复合材料脆性较大，陶瓷颗粒易发生团聚，搅拌过程中吸入空气，造成金属液的氧化，从而影响铸件的质量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用。该金属框架增韧陶瓷复合材料是一种外部以低碳合金钢为增韧金属框架、内部为压制后的金属基陶瓷复合材料增强复合块体所制备的金属框架增韧陶瓷复合材料。该制备技术以合理的结构设计、简单灵活的制备工艺，外部为金属框架增韧的金属基陶瓷复合材料，其具有较高的耐磨性能、机械韧性和抗冲击能力。
本发明采用普通中低碳钢或低合金钢为外部增韧金属框架，内部为压制后的金属基陶瓷复合材料增强复合块体，整体复合材料采用程序控温液相烧结法制备，该技术生产成本低廉、控温烧结和冷却避免了金属框架泄漏与陶瓷颗粒因激冷激热而产生裂纹源，陶瓷颗粒的体积分数和分布状态可控。采用该金属框架增韧陶瓷复合材料制备的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套通过后续热处理，高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的性能提升，所制备的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套界面结合较好，无孔洞、偏析、裂纹等宏观缺陷产生。
本发明的一种金属框架增韧陶瓷复合材料，外壳为增韧的金属框架，外壳内部的腔体设置有增强复合块体；
所述的增强复合块体为金属基陶瓷增强复合块体。
所述的增韧的金属框架的材料为普通中低碳钢或低合金钢，其冲击韧性为15～100J/cm2。
所述的普通中低碳钢或低合金钢，具体优选为Q235钢、20钢、20Cr钢、40Cr钢、40CrMo钢、42CrMoV钢、40钢、45钢或其它中低碳合金钢中的一种。
所述的增强复合块体为基体和增强颗粒混合压制的增强复合块体，基体为金属合金粉末，增强颗粒为陶瓷颗粒；其中，按体积比，增强颗粒：基体＝1：(1～5)。
所述的增强复合块体中，所述的金属合金粉末，其含有的合金成分及各个成分的质量百分比为：C：0～8％、Mo:0～50％、Mn:0～40％、Cr:0～50％、V:0～10.0％、Ti:0～20％、Si:0.1％～4％、Ni:0～6％、W:0～15％、Nb:0～5.0％，余量为Fe及不可避免的杂质；其粒径范围为60～400目。
所述的增强复合块体中，所述的陶瓷颗粒为氧化物陶瓷颗粒、碳化物陶瓷颗粒或氮化物陶瓷颗粒中的一种或几种混合。
所述的氧化物陶瓷颗粒为：白刚玉颗粒、棕刚玉颗粒或ZrO2-Al2O3颗粒(ZTA)中的一种或几种；
所述的碳化物陶瓷颗粒为：WC颗粒、SiC颗粒、TiC颗粒、VC颗粒、B4C颗粒、Mo2C颗粒、ZrC颗粒、Cr3C2颗粒或Cr7C3颗粒中的一种或几种；
所述的氮化物陶瓷颗粒为：Si3N4颗粒、BN颗粒、AlN颗粒或TiN颗粒中的一种或几种。
所述的增强颗粒为氧化物陶瓷颗粒、碳化物陶瓷颗粒或氮化物陶瓷颗粒中的一种或几种混合，其平均粒径范围为0.1～5mm。
所述的金属框架外壳的腔体内部形状优选为四方体、六边棱柱体、圆柱体或其它不规则多边体中的一种。
其中，
本发明制备的金属框架增韧陶瓷复合材料，金属框架外壳和内部增强复合块体界面发生冶金结合。
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料，其工作区包括增韧的金属框架外壳和增强复合块体。
本发明的增强复合块体中，增强复合块体的基体硬度为800～1050HV，陶瓷颗粒的硬度为1300～2400HV，增强复合块体中，基体和陶瓷颗粒的界面硬度为850～1300HV；
本发明制备的金属框架增韧陶瓷复合材料中，金属框架外壳和增强复合块体的界面硬度为600～850HV。
本发明的金属框架增韧陶瓷复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，增强复合块体的制备
(1)按配比，称量陶瓷颗粒和金属合金粉末，进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，陶瓷颗粒：金属合金粉末＝1：(1～5)；
(2)将混合后的物料放入压实模具中，达到200～300MPa压力后，保压10～30s，得到压实的增强复合块体；
步骤2：金属框架增韧陶瓷复合材料的制备
(1)将设置有增强复合块体预留区的金属框架放入坩埚中，将n个压实的增强复合块体依次放入预留区；其中，n≥1；
(2)将装有物料的坩埚放入氩气气氛保护炉中，采用程序控温液相烧结法进行预烧结，得到金属框架增韧陶瓷复合材料。
所述的步骤1(1)中，混粉时间优选为1～4h。
所述的步骤1(2)中，施加压力过程中，当达到20～50MPa压力时，保压2s～5s，能够使混合后的物料中的气体能够排出；达到预定压力后，保压是为了保证混合后的物料粉末能够在压实模具中充分填实。
所述的步骤1(2)中，所述的压实块体优选为110×70×35mm矩形块体、边长为30mm，高为40mm六边柱体或为Φ47×40mm的圆柱体。
所述的步骤2中，所述的金属框架，其增强复合块体预留区优选为矩形块体、六边柱体或圆柱体；所述的金属框架和坩埚为普通中低碳钢或低合金钢，其韧性为15～100J/cm2，具体优选为Q235、20钢、20Cr钢、40Cr钢、40CrMo钢、42CrMoV钢、40钢或45钢中的一种；所述的金属框架的壁厚优选5～15mm，最优选为10mm；所述的低碳钢坩埚的壁厚优选为10～20mm，最优选为15mm，低碳钢坩埚的尺寸优选为长240mm～1000mm，宽为160mm～1000mm，高为60～500mm。
所述的步骤2(2)中，所述的程序控温液相烧结法，具体为：气氛保护炉为无氧气氛保护炉，烧结工艺为：以8～10℃/min速度升温至800～900℃，保温30min～60min；以4～6℃/min速度升温至1200～1500℃，保温3～10h；以2～4℃/min速度降温至1000～1200℃后随炉冷却。所述的保护炉为先抽真空，然后通入氮气、氩气、氢气或分解氨中的一种或几种，形成无氧气氛保护。
本发明制备的金属框架增韧陶瓷复合材料，金属框架外壳和内部增强复合块体界面通过程序控温液相烧结法发生冶金结合。
本发明的一种金属框架增韧陶瓷复合材料的应用，为用于制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套。
高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，包括金属框架增韧陶瓷复合材料和浇注材料，所述的浇注材料为耐磨合金浇注液，其所含的金属合金成分及各个成分的质量百分比为：C:0.8％～4.0％、Cr:2.0～30％、Mn:0.3～20％、V:0～15％、Ni:0～10％、W:0～25％、Nb:0～3％、Ti:0～10％、Si:0～2％、Cu:0～6％、P:0～0.02％、S:0～0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明的一种金属框架增韧陶瓷复合材料的应用，制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：砂型的制备
根据待制备的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的形状，将工作区设定为金属框架增韧陶瓷复合材料，然后根据设定，制备砂型；
步骤二：将金属框架增韧陶瓷复合材料放入砂型预留的工作区中，再置于高炉中，进行预热处理，得到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型；其中，预热温度为300～500℃，预热时间为3～6h；
步骤三：将高耐磨合金在1500～1700℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水；所述的高耐磨合金钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:0.8％～4.0％、Cr:2.0％～30％、Mn:0.3％～20％、V:0～15％、Ni:0～10％、W:0～25％、Nb:0～3％、Ti:0～10％、Si:0～2％、Cu:0～6％、P:0～0.02％、S:0～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤四：将高耐磨合金钢水出炉，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1400～1600℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套。
所述的步骤一中，砂型制备的工艺为：
(1)将砂型原料混合，采用预制木模进行造型，造型完毕后，充二氧化碳气体进行固化，固化后取出木模，得到造型后的砂型；
(2)在造型后的砂型内表面刷制耐火涂料，置于烘炉中，烘干，待用。
所述的砂型包含的原料及各个原料的质量百分比为：粘土：8～14％，水:5％～10％，余量为型砂。型砂为锆英砂、刚玉砂、铬铁矿砂中的一种或几种混合。
所述的耐火涂料为铝矾土涂料，涂层厚度为0.3～0.4mm，烘干温度为300～600℃，时间为3～10h。
所述的步骤三中，高耐磨合金钢水用作浇注高耐磨复合衬板的衬底、或高耐磨复合辊套的辊套内壁，同时用于金属框架增韧陶瓷复合材料之间的连接。
所述的步骤三中，作为优选，所述的熔炼，在电弧炉中进行。
所述的步骤三中，高耐磨合金钢钢水出炉前，加入精炼变质剂，对高耐磨合金钢钢水进行变质处理。
对本发明制备的金属框架增韧陶瓷复合材料、高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套进行热处理，其包括以下步骤：
步骤I：退火
将冷却后的金属框架增韧陶瓷复合材料、高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，放入高温炉中，进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1000～1400℃，退火时间为8～12h；
步骤II：淬火
将退火后的金属框架增韧陶瓷复合材料、退火后的高耐磨复合衬板或退火后的高耐磨复合辊套，进行淬火处理；其中，淬火温度为850～1050℃，保温9～12h；
步骤III：回火
将淬火后的金属框架增韧陶瓷复合材料、淬火后的高耐磨复合衬板或淬火后的高耐磨复合辊套，进行回火处理，得到热处理后的金属框架增韧陶瓷复合材料、热处理后的高耐磨复合衬板或热处理后的高耐磨复合辊套。
本发明的制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，复合区的高耐磨合金的硬度为850～1000HV，所制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套冲击韧性为5～9J/cm2，剪切强度为520～600MPa。
经测试，以上述方法制得的金属框架增韧陶瓷复合材料的增强复合块体中，基体硬度≥800HV，基体和陶瓷颗粒的界面硬度≥850HV，陶瓷颗粒硬度≥1300HV；
本发明制得的金属框架增韧陶瓷复合材料，金属框架与增强复合块体之间的界面硬度≥600HV；
本发明制得的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，复合区的高耐磨合金钢硬度≥850HV，高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的冲击韧性为≥5J/cm2，高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的剪切强度≥520MPa。
本发明的增强复合块体内陶瓷颗粒与基体界面为明显的冶金结合，浇注的高耐磨合金钢与金属框架增韧陶瓷复合材料界面之间紧密结合，整体热处理后末发现裂纹的产生，该高耐磨金属陶瓷复合材料符合耐磨材料领域的使用条件。
本发明一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用，和现有技术相比，具有如下特点：
(1)本发明制备工艺简单、易于操作、便于工业化大规模生产；
(2)本发明制备的金属框架增韧陶复合材料外框为低碳钢金属框架，内部为不同形状压缩增强复合块体，经程序控温液相烧结后，可制备成多孔矩形材料、多孔六边柱体材料、多孔圆柱体材料以及多孔不规则多边形材料，此种增强复合块体的制备一方面提高了多孔块体之间的韧性，一方面避免了浇注过程中由于重力作用造成增强块体被冲散；
(3)本发明采用金属框架增韧陶瓷复合材料，经烧结后，增强复合块体与金属框架界面较好复合，大幅度提高了在浇注过程中熔炼的高耐磨合金钢水与金属框架增韧陶瓷复合材料的结合。因铸渗法是一个瞬间完成的过程，金属框架增韧陶瓷复合材料在非常短时间内骤然升高到很高的温度后又快速冷却，此方法有效的避免了激冷激热现象而造成界面无法复合或存在孔洞、缩孔等缺陷；
(4)本发明制备的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套可有效调节其工作区厚度，通过控制外部金属框架高度、预留区不同形状块体的高度，从而达到工作区可根据所应用的耐磨工件进行设计；
(5)增强复合块体内的陶瓷颗粒体积分数可控范围为25～50％(V/V)，由于陶瓷高硬、高耐磨的特性使其复合材料耐磨性大大提升。
(6)本发明的金属框架增韧陶瓷复合材料、高耐磨复合衬板和高耐磨复合辊套经热处理后，金属框架与内部增强复合块体之间的过渡层均匀致密，增强复合块体内的陶瓷颗粒之间几乎没有桥接现象。经热处理后，增强复合块体内的基体组织为马氏体、残余奥氏体、大量弥散分布的碳化物，较大的提高了增强复合块体内基体硬度，整体耐磨强度为传统金属耐磨材料的2～10倍。
附图说明
图1为本发明实施例1中为陶瓷颗粒与金属合金粉末所压制的四方体增强复合块体示意图；
图2为本发明实施例1中的四方体多孔金属框架；
图3为本发明实施例1中金属框架增韧的四方体陶瓷复合材料俯视图；
图4为本发明实施例2中为陶瓷颗粒与金属合金粉末所压制的圆柱体增强复合块体示意图；
图5为本发明实施例2中的圆柱体多孔金属框架；
图6为本发明实施例3中金属框架增韧的六边棱柱体陶瓷复合材料俯视图；
图7为本发明实施例中金属框架外壳增韧四方体、六边棱柱体、圆柱体陶瓷复合材料俯视图；(a)为四方形金属框架增韧四方体陶瓷复合材料；(b)为圆形金属框架增韧圆柱体陶瓷复合材料；(c)为四方形金属框架增韧六边棱柱体陶瓷复合材料；
图8为本发明实施例4中增强复合块体中的陶瓷颗粒与基体的复合界面SEM图片；
图9为本发明实施例5中外部低碳钢框架与增强复合块体的SEM界面图片；
图10为本发明实施例6中增强复合块体中陶瓷颗粒与基体的界面金相图片。
图11为本发明实施例6的金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用的工艺流程框图；
图12为本发明实施例9的金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用的工艺流程框图；
图13为本发明实施例10的金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用的工艺流程框图；
附图中，1为陶瓷颗粒与基体粉末四方体压缩增强复合块体，2为腔体内部预留区为四方体的外部金属框架，3为金属框架中四方体压缩增强复合块体预留区，4为陶瓷颗粒与基体粉末圆柱体压缩增强复合块体，5为金属框架中圆柱体压缩增强复合块体预留区，6为腔体内部预留区为圆柱体预留区的四方形外部金属框架，7为腔体内部预留区为六边棱柱体的外部金属框架，8为陶瓷颗粒与基体粉末六边棱柱体压缩增强复合块体，9为腔体内部预留区为圆柱体预留区的圆形外部金属框架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种金属框架增韧陶瓷复合材料，内部设置多个蜂窝状腔体，腔体为四方体，该金属框架增韧陶瓷复合材料用于立磨机中衬板，其包括外部金属框架，四方体陶瓷颗粒增强金属粉末增强复合块体，将金属框架增韧陶瓷复合材料设置在立磨机中衬板的工作区，采用浇注材料为高耐磨合金粉末；工作区厚度为整体立磨机中衬板高度的1/2；
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料包括陶瓷颗粒与基体粉末四方体压缩增强复合块体1，腔体内部预留区为四方体的外部金属框架2；其中，陶瓷颗粒与基体粉末四方体压缩增强复合块体1设置在金属框架中四方体压缩增强复合块体预留区3中；所述的陶瓷颗粒为ZrO2-Al2O3颗粒(ZTA)作为增强相，按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:4。
所述的增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为C：2.0％、Mo:10％、Mn:28％、Cr:4％、V:1.0％、Ti:1.0％、Si:0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质。
ZrO2-Al2O3颗粒(ZTA)，其化学成分按质量百分比为：ZrO2：40％、Al2O3：60％。
外部金属框架为20钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为：C：0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。
一种高耐磨立磨机的衬板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，金属框架增韧陶瓷复合材料中增强复合块体的制备：
(1)增强复合块体内所采用的增强相为ZrO2-Al2O3颗粒，粒径范围为3～5mm。按体积比，增强颗粒：耐磨金属合金粉末＝1:4，称量陶瓷颗粒与金属合金粉末，放入混粉机混粉，混粉时间为2h，得到混合好的物料；
(2)将混合好的物料放入压实模具中，以压力为200MPa压力在液压机上单向压制成坯。在压制过程中，施加至50MPa压力时，保压2S，以便粉末中的气体能够排出。为保证粉末能在模具中充分填实，当达到预定压力200MPa时，保持时间为10s，得到压实的增强复合块体，其尺寸为60mm×60mm×60mm，其示意图如图1所示；
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(140mm×140mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区，其示意图如图2所示；
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空，然后通入氩气，以9℃/min速度升温至800℃，保温30min；以5℃/min速度升温至1350℃，保温3h；以3℃/min速度降温至1000℃后随炉冷却。所制得的样品俯视图如图3所示。
步骤3，砂型制备：
(1)使用锆英砂、铬铁矿砂、粘土和适量水混合，所包含的原料及各个原料的质量百分比为：粘土9％，水6％，余量为型砂，型砂中，按质量比，锆英砂：铬铁矿砂＝1:1。砂型采用木模造型，造型后充二氧化碳气体固化，然后取下木模，得到造型后的型砂。
(2)将造型后的砂型型腔表面刷制铝矾土耐火涂料，涂层厚度为0.3mm，随后置于烘炉中烘干，烘干温度为350℃，时间为4h，待其冷却后使用；
步骤4，高耐磨立磨机复合衬板浇注：
(1)将步骤2中制备的金属框架增韧陶瓷复合材料放入砂型的指定位置(工作区)；
(2)将砂型整体放入高炉中预热处理；其中，预热温度为300℃，预热时间为6h；
(3)将高耐磨合金液在电弧炉内于1700℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水，出炉浇注；所述的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:0.8％％、Cr:16％、Mn:1％、V:3％、Nb:3％、Cu:6％、Ti:2％、P:0.01％、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(4)高耐磨合金液出炉后，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1600℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨立磨机复合衬板；
步骤5，高耐磨立磨机复合衬板整体热处理：
(1)将冷却后的高耐磨立磨机复合衬板放入高温炉内进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1400℃，退火时间为8h；
(2)将退火后的高耐磨立磨机复合衬板进行淬火处理；其中淬火温度为1050℃，保温9h；
(3)将淬火后的高耐磨立磨机复合衬板进行回火处理；其中，回火温度为550℃，保温9h。
经上述工艺制备出的高耐磨立磨机复合衬板中，增强复合块体的基体硬度为900HV，陶瓷颗粒硬度为2400HV，增强复合块体中基体和陶瓷颗粒的界面硬度为1200HV；金属框架增韧陶瓷复合材料中，外壳金属框架与增强复合块体之间界面硬度为850HV；高耐磨立磨机复合衬板中，浇注区硬度为850HV，高耐磨立磨机复合衬板的冲击韧性为5J/cm2，剪切强度为540MPa。经此方法制备的高耐磨立磨机复合衬板整体复合效果较好，可提高或延长设备的运行周期。
实施例2
一种金属框架增韧陶瓷复合材料，内部设置多个蜂窝状腔体，腔体为圆柱体，该金属框架增韧陶瓷复合材料用于立磨辊套，其包括外部金属框架，圆柱体陶瓷颗粒增强金属粉末增强复合块体，将金属框架增韧陶瓷复合材料设置在立磨辊套中，采用的浇注材料为高耐磨合金粉末；工作区厚度为整体立磨辊套高度的1/3；
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料包括，陶瓷颗粒与基体粉末圆柱体压缩增强复合块体4，腔体内部预留区为圆柱体预留区的外部金属框架6；其中，陶瓷颗粒与基体粉末圆柱体压缩增强复合块体4设置在金属框架中圆柱体压缩增强复合块体预留区5；所述的陶瓷颗粒为白刚玉颗粒作为增强相，按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:5。
所述的增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:2.5％、Mn:40％、Cr:4％、V:1％、Ti:0.5％、Si:1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质；
陶瓷颗粒的选择为白刚玉颗粒，粒径为1～3mm，其化学成分为Al2O3：99wt.％以上，含有少量的氧化铁、氧化硅等及不可避免的杂质。
外部金属框架为20钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为C：0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。
一种高耐磨立磨辊套的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，金属框架增韧陶瓷复合材料中增强复合块体的制备：
(1)增强复合块体内所采用的增强相为白刚玉颗粒，粒径范围为1～3mm。按体积比，增强颗粒：耐磨金属合金粉末＝1:5，称量陶瓷颗粒与金属合金粉末，放入混粉机混粉，混粉时间为4h，得到混合好的物料；
(2)将混合好的物料放入压实模具中，以压力为240MPa压力在液压机上单向压制成坯。在压制过程中，施加至50MPa压力时，保压2S，以便粉末中的气体能够排出。为保证粉末能在模具中充分填实，当达到预定压力240MPa时，保持时间为15S，得到压实的增强复合块体，其尺寸为Φ47×40mm的圆柱体，其示意图如图4所示；
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(120mm×120mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区，其示意图如图5所示；
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空、然后通入氩气，以9℃/min速度升温至850℃，保温60min；以5℃/min速度升温至1400℃，保温3h；以3℃/min速度降温至1200℃后随炉冷却。
步骤3，砂型制备：
(1)使用锆英砂、刚玉砂、粘土和适量水混合，所包含的原料及各个原料的质量百分比为：粘土14％，水10％，余量为型砂，型砂中，按质量比，锆英砂：刚玉砂＝1:1。砂型采用木模造型，造型后充二氧化碳气体固化，然后取下木模，得到造型后的型砂。
(2)将造型后的砂型型腔表面刷制铝钒土耐火涂料，涂层厚度为0.4mm，再置于烘炉中烘干，烘干温度为300℃，时间为10h，待其冷却后使用；
步骤4，高耐磨复合立磨辊套浇注：
(1)将步骤2中制备的金属框架增韧陶瓷复合材料放入砂型的指定位置(工作区)；
(2)将整体推入高炉中进行预热，得到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和浇注模具；其中，预热温度为500℃，预热时间为3h；
(3)将高耐磨合金在电弧炉内于1400℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水，出炉浇注；所述的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:4.0％、Cr:2.0％、Mn:0.3％、V:15％、Ni:3％、Si:1％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(4)高耐磨合金出炉后，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1300℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨复合立磨辊套；
步骤4，高耐磨复合立磨辊套整体热处理：
(1)将冷却后的高耐磨复合立磨辊套放入高温炉内进行整体高温扩散退火处理，空冷，得到退火后的高耐磨复合立磨辊套；其中，退火温度为1000℃，退火时间为12h；
(2)将退火后的高耐磨复合立磨辊套进行淬火处理；其中淬火温度为850℃，保温12h；
(3)将淬火后的高耐磨复合立磨辊套进行回火处理；其中，回火温度为350℃，保温12h。
经上述工艺制备出的高耐磨复合立磨辊套中，增强复合块体的基体硬度为850HV，陶瓷颗粒硬度为1800HV，增强块体中基体和陶瓷颗粒的界面硬度为1300HV；金属框架增韧陶瓷复合材料，外壳金属框架与增强复合块体之间界面硬度为600HV；高耐磨复合立磨辊套中，浇注区硬度为1000HV，高耐磨复合立磨辊套的冲击韧性为5.8J/cm2，剪切强度为520MPa。经此方法制备的高耐磨复合立磨辊套，整体复合效果较好，使用中不破碎、耐腐蚀、抗冲击，与传统立磨辊套相比，抗磨能力大幅提升。
实施例3
一种金属框架增韧陶瓷复合材料，内部设置多个蜂窝状腔体、腔体为六边棱柱体，该金属框架增韧陶瓷复合材料用于立磨辊套，其中包括外部金属框架，六边棱柱体陶瓷颗粒增强金属粉末增强复合块体，将金属框架增韧陶瓷复合材料设置在立磨辊套的工作区，采用浇注材料为高耐磨合金粉末；工作区厚度为整体立磨辊套高度的1/2；
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料包括六边棱柱体压缩增强复合块体，腔体内部设置有六边棱柱体的外部金属框架，六边棱柱体压缩增强复合块体设置在外部金属框架中六边棱柱体预留区；所述的陶瓷颗粒为白刚玉颗粒+Cr7C3颗粒作为增强相，按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:5。
所述的增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:8％、Mo:8％、Mn:4％、Cr:50％、V:1％、Ti:0.5％、Si:1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质；
陶瓷颗粒的选择为白刚玉颗粒+Cr7C3颗粒，其中，白刚玉颗粒：Cr7C3颗粒＝1:2，粒径为0.1～1mm，其中，白刚玉颗粒的化学成分为Al2O3：99wt.％以上，含有少量的氧化铁、氧化硅等及不可避免的杂质。
外部金属框架为40钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为C：0.40％，余量为铁及不可避免的杂质。
一种高耐磨立磨辊套的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，金属框架增韧陶瓷复合材料中增强复合块体的制备：
(1)增强复合块体内所采用的增强相为白刚玉颗粒+Cr7C3颗粒，白刚玉颗粒的粒径范围为0.1～1mm；Cr7C3颗粒平均粒径范围为200目。按体积比，增强颗粒：耐磨金属合金粉末＝1:5称量陶瓷颗粒与金属合金粉末，放入混粉机混粉，混粉时间为1h，得到混合好的物料；
(2)将混合好的物料放入压实模具中，以压力为300MPa压力在液压机上单向压制成坯。在压制过程中，施加至50MPa压力时，保压2S，以便粉末中的气体能够排出。为保证粉末能在模具中充分填实，当达到预定压力300MPa时，保持时间为30S，得到压实的增强复合块体，其尺寸为边长为30mm的六边棱柱体；
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(200mm×180mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区；
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空、然后通入氩气，以9℃/min速度升温至900℃，保温40min；以5℃/min速度升温至1500℃，保温4h；以3℃/min速度降温至1250℃后随炉冷却，烧结后的宏观样品俯视图如图6所示。
步骤3，砂型制备：
(1)使用刚玉砂、铬铁矿砂、粘土和适量水混合，所包含的原料及各个原料的质量百分比为：粘土8％，水5％，余量为型砂，型砂中，按质量比，刚玉砂：铬铁矿砂＝1:1。砂型采用木模造型，造型后充二氧化碳气体固化，然后取下木模，得到造型后的型砂。
(2)将造型后的砂型型腔表面刷制铝矾土耐火涂料，涂层厚度为0.3mm，随后置于烘炉中烘干，烘干温度为600℃，时间为5h，待其冷却后使用；
步骤4，高耐磨立磨辊套浇注：
(1)将步骤2中制备的金属框架增韧陶瓷复合材料放入砂型的指定位置(工作区)；
(2)将整体推入高炉中进行预热，得到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和浇注模具；其中，预热温度为300℃，预热时间为4h；
(3)将高耐磨合金在电弧炉内于1500℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水，出炉浇注；所述的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:3.0％、Cr:30％、Mn:0.3％、Ni:10％、Si:2％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(4)高耐磨合金出炉后，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1400℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨立磨辊套；
步骤4，高耐磨立磨辊套整体热处理：
(1)将冷却后的高耐磨立磨辊套放入高温炉内进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1300℃，退火时间为8h；
(2)将退火后的高耐磨立磨辊套进行淬火处理；其中淬火温度为900℃，保温10h；
(3)将淬火后的高耐磨立磨辊套进行回火处理；其中，回火温度为400℃，保温10h。
经上述工艺制备出的高耐磨立磨辊套中，增强复合块体的基体硬度为900HV，陶瓷颗粒硬度为1600HV，增强复合块体中基体和陶瓷颗粒的界面硬度为1100HV；金属框架增韧陶瓷复合材料中，外壳金属框架与增强复合块体之间界面硬度为650HV；高耐磨立磨辊套中，浇注区硬度为950HV，高耐磨立磨辊套的冲击韧性为6J/cm2，剪切强度为540MPa。经此方法制备的高耐磨立磨辊套，整体复合效果较好，从材料性能、使用情况、经济效益上都优于普通耐磨材料。
实施例4
一种金属框架增韧陶瓷复合材料，内部设置多个蜂窝状腔体，腔体为圆柱体，该金属框架增韧陶瓷复合材料用于高压辊磨机辊套，其包括外部金属框架，圆柱形陶瓷颗粒增强金属粉末增强复合块体，将金属框架增韧陶瓷复合材料设置在高压辊磨机辊套的工作区，采用浇注材料为高耐磨合金粉末；工作区厚度为整体高压辊磨机辊套高度的1/3；
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料包括陶瓷颗粒与基体粉末圆柱体压缩增强复合块体，预留区为圆柱体的外部金属框架；其中，圆柱体压缩增强复合块体设置在金属框架中设置的圆柱体预留区；所述的陶瓷颗粒为WC颗粒作为增强相，按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:5。
所述的增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:3.5％、Mn:4％、Cr:10％、V:10％、Si:1.5％、Ni:6.0％、Nb：5.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。
陶瓷颗粒的选择为WC颗粒，粒径为3～5mm，WC增强颗粒为钨钴类硬质合金(WC+Co)，其化学成分按重量百分比为：WC：94％、Co：6.0％。
外部金属框架:45钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为C：0.42～0.50％，余量为铁及不可避免的杂质。
一种高压辊磨机辊套的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，金属陶瓷复合材料中增强复合块体的制备：
(1)增强复合块体内所采用的增强相为WC颗粒，粒径范围为3～5mm。按体积比，增强颗粒：耐磨金属合金粉末＝1:5，称量陶瓷颗粒与金属合金粉末，放入混粉机混粉，混粉时间为2h，得到混合好的物料；
(2)将混合好的物料放入压实模具中，以压力为200MPa压力在液压机上单向压制成坯。在压制过程中，施加至50MPa压力时，保压2S，以便粉末中的气体能够排出。为保证粉末能在模具中充分填实，当达到预定压力200MPa时，保持时间为20S，得到压实的增强复合块体，其尺寸为Φ47×40mm的圆柱体；
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(200mm×180mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区；
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空、然后通入氩气，以9℃/min速度升温至900℃，保温40min；以5℃/min速度升温至1200℃，保温2h；以3℃/min速度降温至1000℃后随炉冷却。
步骤3，砂型制备：
(1)使用刚玉砂、铬铁矿砂、粘土和适量水混合，所包含的原料及各个原料的质量百分比为：粘土10％，水8％，余量为型砂，型砂中，按质量比，刚玉砂：铬铁矿砂＝1:1。砂型采用木模造型，造型后充二氧化碳气体固化，然后取下木模，得到造型后的型砂。
(2)将造型后的砂型型腔表面刷制铝钒土耐火涂料，涂层厚度为0.35mm,随后置于烘炉中烘干，烘干温度为450℃，时间为5h；
步骤4，高耐磨高压辊磨机辊套浇注：
(1)将步骤2中制备的金属框架增韧陶复合材料放入砂型的指定位置(工作区)；
(2)将整体推入高炉中进行预热，得到预热后的浇注模具；其中，预热温度为450℃，预热时间为5h；
(3)将高耐磨合金在电弧炉内于1500℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水，出炉浇注；所述的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:3.0％、Cr:2.0％、Mn:20％、V:1％、Ni:1％、Si:1％、Nb:3％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(4)高耐磨金属液出炉后，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1400℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨高压辊磨机辊套；
步骤4，高耐磨高压辊磨机辊套整体热处理：
(1)将冷却后的高耐磨高压辊磨机辊套放入高温炉内进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1000℃，退火时间为8h；
(2)将退火后的高耐磨高压辊磨机辊套进行淬火处理；其中淬火温度为900℃，保温10h；
(3)将淬火后的高耐磨高压辊磨机辊套进行回火处理；其中，回火温度为280℃，保温10h。
经上述工艺制备出的高耐磨高压辊磨机辊套中，增强复合块体的基体硬度为1050HV，陶瓷颗粒硬度为1300HV，增强复合块体中基体和陶瓷颗粒的界面硬度为1150HV；金属框架增韧陶瓷复合材料中，外壳金属框架与增强复合块体之间界面硬度为750HV；高耐磨立磨机复合衬板中，浇注区硬度为940HV，高耐磨高压辊磨机辊套的冲击韧性为9J/cm2，剪切强度为600MPa。此工艺制备的增强复合块体中陶瓷颗粒与基体发生有效冶金结合，其SEM图如图8所示。经此方法制备的高耐磨高压辊磨机辊套，连续运行时间延长一倍，而且在单位运行期间最大限度保持最佳经济性下运行。
实施例5
一种金属框架增韧陶瓷复合材料，内部设置多个蜂窝状腔体，腔体为圆柱体，该金属框架增韧陶瓷复合材料用于高压辊磨机辊套，其包括外部金属框架，圆柱体陶瓷颗粒增强金属粉末增强复合块体，将金属框架增韧陶瓷复合材料设置在高压辊磨机辊套的工作区，采用浇注材料为高耐磨合金粉末；工作区厚度为整体高压辊磨机辊套高度的1/3；
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料包括陶瓷颗粒与基体粉末圆柱形压缩增强复合块体，腔体内部预留区为圆柱体的外部金属框架；其中，陶瓷颗粒与基体粉末圆柱形压缩增强复合块体设置在金属框架中的圆柱体预留区；所述的陶瓷颗粒为WC颗粒作为增强相，按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:5。
所述的增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C：1.5％、Mo:50％、Ti:10％、Si:4.0％、W:15％、Nb:1.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。
陶瓷颗粒的选择为WC颗粒，粒径为3～5mm，WC增强颗粒为钨钴类硬质合金(WC+Co)，其化学成分按重量百分比为：WC：94％、Co：6.0％。
外部金属框架为20钢，其化学成分及各个成分的质量百分比为C：0.20％，余量为铁及不可避免的杂质。
一种高耐磨高压辊磨机辊套的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，金属框架增韧陶瓷复合材料增强复合块体的制备：
(1)增强块体内所采用的增强相为WC颗粒，粒径范围为3～5mm。按体积比，增强颗粒：耐磨金属合金粉末＝1:5，称量陶瓷颗粒与金属合金粉末，放入混粉机混粉，混粉时间为2h，得到混合好的物料；
(2)将混合好的物料放入压实模具中，以压力为200MPa压力在液压机上单向压制成坯。在压制过程中，施加至50MPa压力时，保压2S，以便粉末中的气体能够排出。为保证粉末能在模具中充分填实，当达到预定压力200MPa时，保持时间为20S，得到压实的增强复合块体，其尺寸为Φ47×40mm的圆柱体；
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(200mm×180mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区；
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空、然后通入氩气，以9℃/min速度升温至900℃，保温40min；以5℃/min速度升温至1200℃，保温10h；以3℃/min速度降温至1000℃后随炉冷却。
步骤3，砂型制备：
(1)使用刚玉砂、铬铁矿砂、粘土和适量水混合，所包含的原料及各个原料的质量百分比为：粘土10％，水8％，余量为型砂，型砂中，按质量比，刚玉砂：铬铁矿砂＝1:2。砂型采用木模造型，造型后充二氧化碳气体固化，然后取下木模，得到造型后的型砂。
(2)将造型后的砂型型腔表面刷制铝矾土耐火涂料，涂层厚度为0.35mm，随后置于烘炉中烘干，烘干温度为450℃，时间为5h，待其冷却后使用；
步骤4，高耐磨高压辊磨机辊套浇注：
(1)将步骤2中制备的金属框架增韧陶瓷复合材料放入砂型的指定位置(工作区)；
(2)将整体推入高炉中进行预热，得到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和浇注模具；其中，预热温度为400℃，预热时间为5h；
(3)将高耐磨合金在电弧炉内于1500℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水，出炉浇注；所述的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:2.0％、Cr:4.0％、Mn:2.0％、Ti:10％、Si:1％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(4)高耐磨合金出炉后，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1400℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨高压辊磨机辊套；
步骤4，高耐磨高压辊磨机辊套整体热处理：
(1)将冷却后的高耐磨高压辊磨机辊套放入高温炉内进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1200℃，退火时间为9h；
(2)将退火后的高耐磨高压辊磨机辊套进行淬火处理；其中淬火温度为1000℃，保温9h；
(3)将淬火后的高耐磨高压辊磨机辊套进行回火处理；其中，回火温度为300℃，保温9h。
经上述工艺制备出的高耐磨高压辊磨机复合辊套中，整体复合较好，外部低碳钢框架与内部增强复合块体的SEM图片如图9所示。增强复合块体的基体硬度为850HV，陶瓷颗粒硬度为1300HV，增强复合块体中基体和陶瓷颗粒的界面硬度为850HV；金属框架增韧陶瓷复合材料中，外壳金属框架与增强复合块体之间界面硬度为550HV；高耐磨高压辊磨机辊套中，浇注区硬度为1000HV，耐磨高压辊磨机辊套的冲击韧性为7.2J/cm2，剪切强度为570MPa。经此方法制备的高耐磨高压辊磨机辊套，耐磨性和抗疲劳性能好，使用寿命长，并且生产成本低。
实施例6
一种高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料，其制备过程如图11所示，其中，高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料中，陶瓷颗粒采用TiC+ZrC+TiN颗粒作为增强相(按质量比为1:1:1)，外部增韧金属框架为20Cr钢，内部为蜂窝状为四方体。
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料包括，陶瓷颗粒与基体粉末圆柱体压缩增强复合块体，腔体内部预留区为四方体预留区的外部金属框架；其中，陶瓷颗粒与基体粉末四方体压缩增强复合块体设置在金属框架中四方体压缩增强复合块体预留区；按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:5。
增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：Mn:15％、Cr:1％、V:2％、Ti:1％、Si:1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，金属框架增韧陶瓷复合材料中增强复合块体的制备，同实施例2，不同之处在于：
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(120mm×120mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区。
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空、然后通入氩气，以8℃/min速度升温至800℃，保温50min；以4℃/min速度升温至1450℃，保温5h；以3℃/min速度降温至1100℃后随炉冷却后得到高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料，所制备的增强复合块体中陶瓷颗粒与基体的界面金相照片如图10所示。
实施例7
一种高耐磨立磨辊套，同实施例2，不同之处在于：
陶瓷颗粒为B4C+Cr3C2颗粒作为增强相，外部增韧金属框架为Q235钢，内部为蜂窝状预留区为不规则多边体，工作区厚度为整体高耐磨复合立磨辊套的1/2。
增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：Mn:10％、Mo:15％、Cr:1％、V:2％、Ti:1％、Si:1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种高耐磨金属框架增韧陶瓷制备的高耐磨复合立磨辊套复合辊套，其制备方法同实施例2，不同之处在于：
所述的步骤3(2)中，浇注的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:2.0％、Cr:5.0％、Mn:3％、V:1％、Ni:10％、Si:1％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例8
一种高耐磨高压辊磨机辊套，同实施例4，不同之处在于：
陶瓷颗粒为SiC+Si3N4颗粒作为增强相，外部增韧金属框架为40Cr钢，内部预留区为蜂窝状四方体，工作区厚度为整体高压辊磨机辊套的1/2。
增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:2.5％、Mn:8％、Cr:4％、V:2％、Si:1.5％、Ni:10％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料制备高压辊磨机复合辊套，其制备方法同实施例4，不同之处在于：
所述的步骤3(2)中，浇注的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:2.0％、Cr:4.0％、Mn:15％、V:1％、Ni:2％、Si:1％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例9
一种热处理后的高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料，其制备过程如图12所示，同实施例5，不同之处在于：
陶瓷颗粒为VC+Mo2C颗粒作为增强相，外部增韧金属框架为40CrMoV钢，内部预留区为蜂窝状四方体，工作区厚度为整体高压辊磨机辊套的1/2。
增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:2.0％、Mo:10％、Ti:2％、Si:1.5％、W:10％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，金属框架增韧陶瓷复合材料中增强复合块体的制备，同实施例5，不同之处在于：
步骤2，金属框架增韧陶瓷复合材料的制备：
(1)将金属框架放入预先制备好的低碳钢坩埚中(120mm×120mm×80mm)，并将压实的增强复合块体依次放入预留区。
(2)将填满物料的坩埚放入气氛保护炉内先抽真空、然后通入氩气，以8.5℃/min速度升温至850℃，保温60min；以5℃/min速度升温至1500℃，保温4h；以2℃/min速度降温至1200℃后随炉冷却后得到高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料。
步骤3，高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料整体热处理：
(1)将冷却后的高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料放入高温炉内进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1250℃，退火时间为9h；
(2)将退火后的高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料进行淬火处理；其中淬火温度为1050℃，保温10h；
(3)将淬火后的高耐磨金属框架增韧陶瓷复合材料进行回火处理；其中，回火温度为300℃，保温10h。
实施例10
一种高耐磨高压辊磨机辊套，其工艺流程图如图13所示，其制备方法同实施例5，不同之处在于：
增强复合块体中，陶瓷颗粒为BN+AlN+Mo2C颗粒作为增强相，金属框架增韧陶瓷复合材料中的外部增韧金属框架为42Cr Mo钢，内部预留区为蜂窝状四方体，工作区厚度为整体高压辊磨机辊套的1/2。
增强复合块体的基体材料为耐磨金属合金粉末，耐磨金属合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:2.0％、Mo:8％、Ti:10％、Si:1.5％、W:15％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种高耐磨金属框架增韧陶瓷制备的高耐磨高压辊磨机复合辊套，其制备方法同实施例5，不同之处在于：
所述的步骤3(2)中，浇注的高耐磨合金钢钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:2.0％、Cr:16％、Mn:4％、Ni:8％、Si:1％、P:0.02、S:0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例11
一种金属框架增韧陶瓷复合材料，同实施例3，不同之处在于：
所述的陶瓷颗粒采用棕刚玉颗粒，其粒径为1～3mm；按体积比，增强颗粒：金属合金粉末＝1:3；
一种高耐磨立磨辊套的制备方法，具体包括以下步骤，同实施例3，不同之处在于：
所述的步骤1中采用的陶瓷颗粒为棕刚玉颗粒，其粒径为1～3mm，棕刚玉颗粒的化学成分为Al2O3：99wt.％以上，含有少量的氧化铁、氧化硅等及不可避免的杂质。按体积比，棕刚玉颗粒：金属合金粉末＝1:3。
实施例12
一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用，同实施例1，不同之处在于，其金属框架的预留区的个数为1个，其制备的四方形金属框架外壳增韧四方体陶瓷复合材料的俯视图见图7(a)。
实施例13
一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用，同实施例2，不同之处在于，其金属框架的预留区的个数为1个，其制备的圆形金属框架外壳增韧圆柱体陶瓷复合材料的俯视图见图7(b)，其中，腔体内部预留区为圆柱体预留区的圆形外部金属框架9内设置有陶瓷颗粒与基体粉末圆柱体压缩增强复合块体4。
实施例14
一种金属框架增韧陶瓷复合材料及其制备方法和应用，同实施例3，不同之处在于，其金属框架的预留区的个数为1个，其制备的四方形金属框架外壳增韧六边棱柱体陶瓷复合材料的俯视图见图7(c)，其中，腔体内部预留区为六边棱柱体的外部金属框架7内设置有陶瓷颗粒与基体粉末六边棱柱体压缩增强复合块体。

Claims (9)

1.一种金属框架增韧陶瓷复合材料，其特征在于，该金属框架增韧陶瓷复合材料外壳为增韧的金属框架，外壳内部的腔体设置有增强复合块体；
所述的增韧的金属框架的材料为普通中低碳钢或低合金钢，其冲击韧性为15~100J/cm2；
所述的增强复合块体为基体和增强颗粒混合压制的增强复合块体，基体为金属合金粉末，增强颗粒为陶瓷颗粒；其中，按体积比，增强颗粒：基体=1：(1~5)；
所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的增强复合块体中，基体硬度≥800HV，基体和陶瓷颗粒的界面硬度≥850HV，陶瓷颗粒硬度≥1300HV；
制得的金属框架增韧陶瓷复合材料，金属框架与增强复合块体之间的界面硬度≥600HV。
2.如权利要求1所述的金属框架增韧陶瓷复合材料，其特征在于，所述的增强复合块体中，所述的金属合金粉末，其含有的合金成分及各个成分的质量百分比为：C：0~8%、Mo:0~50%、Mn:0~40%、Cr:0~50%、V:0~10.0%、Ti:0~20%、Si:0.1%~4%、Ni:0~6%、W:0~15%、Nb:0~5.0%，余量为Fe及不可避免的杂质；其粒径范围为60~400目；
所述的增强复合块体中，所述的陶瓷颗粒为氧化物陶瓷颗粒、碳化物陶瓷颗粒或氮化物陶瓷颗粒中的一种或几种混合，其平均粒径范围为0.1~5mm；
所述的氧化物陶瓷颗粒为：白刚玉颗粒、棕刚玉颗粒或ZrO2- Al2O3颗粒中的一种或几种；
所述的碳化物陶瓷颗粒为：WC颗粒、SiC颗粒、TiC颗粒、VC颗粒、B4C颗粒、Mo2C颗粒、ZrC颗粒、Cr3C2颗粒或Cr7C3颗粒中的一种或几种；
所述的氮化物陶瓷颗粒为：Si3N4颗粒、BN颗粒、AlN颗粒或TiN颗粒中的一种或几种。
3.如权利要求1-2任意一项所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，增强复合块体的制备
(1)按配比，称量陶瓷颗粒和金属合金粉末，进行混粉，混合均匀，得到混合后的物料；其中，按体积比，陶瓷颗粒：金属合金粉末=1：(1~5)；
(2)将混合后的物料放入压实模具中，达到200~300MPa压力后，保压10~30s，得到压实的增强复合块体；
步骤2：金属框架增韧陶瓷复合材料的制备
(1)将设置有增强复合块体预留区的金属框架放入坩埚中，将n个压实的增强复合块体依次放入预留区；其中，n≥1；
(2)将装有物料的坩埚放入氩气气氛保护炉中，采用程序控温液相烧结法进行预烧结，得到金属框架增韧陶瓷复合材料。
4.如权利要求1所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的应用，其特征在于，为用于制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套。
5.如权利要求4所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的应用，其特征在于，所述的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，包括金属框架增韧陶瓷复合材料和浇注材料，所述的浇注材料为耐磨合金浇注液，其所含的金属合金成分及各个成分的质量百分比为：C:0.8%~4.0%、Cr:2.0~30%、Mn:0.3~20%、V:0~15%、Ni:0~10%、W:0~25%、Nb:0~3%、Ti:0~10%、Si:0~2%、Cu:0~6%、P:0~0.02%、S:0~0.01%，其余为Fe及不可避免的杂质。
6.如权利要求4所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的应用，其特征在于，高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，复合区的高耐磨合金钢硬度≥850HV，高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的冲击韧性为≥5J/cm2，高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的剪切强度≥520MPa。
7.如权利要求1所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的应用，其特征在于，应用于制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，其制备方法，包括以下步骤：
步骤一：砂型的制备
根据待制备的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的形状，将工作区设定为金属框架增韧陶瓷复合材料，然后根据设定，制备砂型；
步骤二：将金属框架增韧陶瓷复合材料放入砂型预留的工作区中，再置于高炉中，进行预热处理，得到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型；其中，预热温度为300~500℃，预热时间为3~6h；
步骤三：将高耐磨合金在1500~1700℃进行熔炼，得到高耐磨合金钢水；所述的高耐磨合金钢水含有的化学成分及各个化学成分的质量百分比为：C:0.8%~4.0%、Cr:2.0%~30%、Mn:0.3%~20%、V:0~15%、Ni:0~10%、W:0~25%、Nb:0~3%、Ti:0~10%、Si:0~2%、Cu:0~6%、P:0~0.02%、S:0~0.01%，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤四：将高耐磨合金钢水出炉，采用重力铸造浇注到预热后的金属框架增韧陶瓷复合材料和砂型中的复合区，浇注温度为1400~1600℃，浇注后进行清砂处理，得到高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套。
8.如权利要求1所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，在权利要求3所述的金属框架增韧陶瓷复合材料的制备方法后，还包括以下步骤：
步骤I：退火
将冷却后的金属框架增韧陶瓷复合材料，放入高温炉中，进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1000~1400℃，退火时间为8~12h；
步骤II：淬火
将退火后的金属框架增韧陶瓷复合材料进行淬火处理；其中，淬火温度为850~1050℃，保温9~12h；
步骤III：回火
将淬火后的金属框架增韧陶瓷复合材料进行回火处理，得到热处理后的金属框架增韧陶瓷复合材料。
9.如权利要求4所述的高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的制备方法，其特征在于，在权利要求7制备高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套的制备方法后，还包括以下步骤：
步骤I：退火
将高耐磨复合衬板或高耐磨复合辊套，放入高温炉中，进行整体高温扩散退火处理，空冷；其中，退火温度为1000~1400℃，退火时间为8~12h；
步骤II：淬火
将退火后的高耐磨复合衬板或退火后的高耐磨复合辊套，进行淬火处理；其中，淬火温度为850~1050℃，保温9~12h；
步骤III：回火
将淬火后的高耐磨复合衬板或淬火后的高耐磨复合辊套，进行回火处理，得到热处理后的高耐磨复合衬板或热处理后的高耐磨复合辊套。
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