CN109317683B - 一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，具体如下：步骤1，将钢层板经喷砂、净化处理得到干净钢层板；步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉10％‑20％、石墨粉4‑13％，其余为钨铁粉或钛铁粉中的一种或两种混合，以上各组分质量百分比之和为100％；步骤3：将步骤2称取的材料球磨混料、干燥、研磨制成微细粉末；步骤4：将微细粉末压制，压制过程需添加微细粉末重量的2‑4％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，进行预烧脱蜡后再热压烧结，即制得碳化物增强多层板。多层板中硬质相碳化物颗粒分布均匀、体积分数高，粘结相分布连续，从而显著的改善了衬板的力学性能。

Description

一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法
技术领域
本发明属于钢质多层板制备方法技术领域，具体涉及一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法。
背景技术
用于矿山生产的溜槽是矿物流通运输的重要设备，需要耐磨、光滑以便物料下滑，但溜槽的工作条件恶劣、易磨损。溜槽衬板是设置在溜槽上的衬板，用来保护溜槽，使溜槽免受物料直接冲击和摩擦，承担抗磨的功用。由于物料在运输过程中对衬板具有很强的冲击和磨擦，使其发生较大的变形和磨损，以致其使用寿命很短，造成衬板更换频繁、成本高。所以要求衬板具有较高的冲击韧性，又必须具有耐磨损性能。据统计，全国每年因冲击磨损失效消耗的溜槽衬板约在3.5万吨左右，经济价值在10亿元以上，所以提高溜槽衬板的使用寿命已成为研制溜槽的重要课题之一。目前，国内溜槽衬板的制备工艺主要是单一材质铸造和镶铸高铬铸铁耐磨衬板。利用高锰钢制备的衬板工艺简单，应用广泛，但是采用单一材质高锰钢制造的衬板，无法满足“强韧匹配”的特性，一般高锰钢衬板的使用寿命大约是200～300h。镶铸高铬铸铁耐磨衬板，在衬板进行整体水韧处理时，高铬铸铁由于过冷度较大容易产生裂纹，且耐腐蚀、耐冲刷和耐磨损性能较差，造成衬板更换频繁。因此，对与高强韧性、高耐磨性的溜槽衬板的制备是至关重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，解决了现有钢质多层板耐磨损性差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法具体操作步骤如下：
步骤1，将钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉10％-20％、石墨粉4-13％，其余为钨铁粉或钛铁粉中的一种或两种混合，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行混料，混料完成后干燥，干燥后再研磨制成微细粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制过程需添加微细粉末重量的2-4％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；
步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为干净钢层板，进行预烧脱蜡后再热压烧结，制得碳化物增强多层板；
本发明的特点还在于，
步骤2钨铁粉和钛铁粉混合使用时的质量比为1-1.5:1。
步骤3球磨机转速为300～400r/min，球料比10-30:1，球磨时间6～24h，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末。
步骤3干燥是放置于90-100℃的真空干燥箱中干燥2-2.5h。
步骤4压制压力采用1.0～1.5t/cm2，粉末压片厚度d4为1.25～2.5mm。
步骤5干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致。
步骤5预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在500～600℃，脱蜡时间0.8-1.2h。
步骤5热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1250～1280℃，保温6～10h，烧结过程中压力保持在10～30MPa。
步骤5叠加后的总厚度d5不超过150mm。
步骤1钢层板为碳素钢，厚度为4～10mm。
本发明的有益效果是：
1)本发明所制备的碳化物增强多层板的宏观和微观界面呈现良好的结合状态，在宏观界面上，由于碳化物增强层中加入10％-20％的铁与钢层板之间通过扩散形成同质界面(钢板与铁/碳化物陶瓷硬质点)。在微观界面上，金属粉末(钨铁粉、钛铁粉)与石墨粉通过原位反应形成碳化物颗粒，，所以碳化物颗粒与Fe相的相界面干净且结合良好。
2)本发明所制备的碳化物增强多层板中硬质相碳化物颗粒分布均匀、体积分数高，粘结相分布连续，从而显著的改善了衬板的力学性能。
3)采用本发明的制备方法所制备的多层板的耐磨损性能是碳素钢的10倍左右，且室温冲击韧性Akv＞20J，从而大幅度提高了衬板的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法的多层板结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤1，将厚度为4～10mm的钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉10％-20％、石墨粉4-13％，其余为钨铁粉或钛铁粉中的一种或两种混合，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行球磨混料，球磨机转速为300～400r/min，球料比10-30:1，球磨时间6～24h，球磨混料完成后放置于90-100℃的真空干燥箱中干燥2-2.5h，干燥后再研磨制成粉末，使用200目筛过筛，得到微细粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制压力采用1.0～1.5t/cm2，粉末压片厚度d4为1.25～2.5mm压制过程需添加微细粉末重量的2-4％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；
步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致，确保粉末压片层两端为干净钢层板，叠加后的总厚度d5不超过150mm；然后进行预烧脱蜡后再热压烧结，预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在500～600℃，脱蜡时间0.8-1.2h；热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1250～1280℃，保温6～10h，烧结过程中压力保持在10～30MPa，制得碳化物增强多层板；
步骤2钨铁粉和钛铁粉混合使用时的质量比为1-1.5:1。
步骤1钢层板为碳素钢。
下面结合实施例对本发明进行详细说明，
实施例1
步骤1，将厚度为4～10mm的钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉10％、石墨粉4％，其余为钨铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行球磨混料，球磨机转速为300r/min，球料比10:1，球磨时间6h，球磨混料完成后放置于90℃的真空干燥箱中干燥2.5h，干燥后再研磨制成粉末，使用200目筛过筛，得到微细粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制压力采用1.0t/cm2，厚度d4为1.25mm，压制过程需添加微细粉末重量的2％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；
步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致，确保粉末压片层两端为干净钢层板，叠加后的总厚度d5不超过150mm；然后进行预烧脱蜡后再热压烧结，预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在500℃，脱蜡时间1.2h；热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1250℃，保温10h，烧结过程中压力保持在10MPa，制得碳化物增强多层板。
步骤1钢层板为碳素钢。
实施例2
步骤1，将厚度为10mm的钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉20％、石墨粉13％，其余为钛铁粉，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行球磨混料，球磨机转速为400r/min，球料比30:1，球磨时间24h，球磨混料完成后放置于100℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成粉末，使用200目筛过筛，得到微细粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制压力采用1.5t/cm2，厚度d4为2.5mm，压制过程需添加微细粉末重量的4％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；
步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致，确保粉末压片层两端为干净钢层板，叠加后的总厚度d5不超过150mm；然后进行预烧脱蜡后再热压烧结，预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在600℃，脱蜡时间0.8h；热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1280℃，保温6h，烧结过程中压力保持在30MPa，制得碳化物增强多层板；
步骤1钢层板为碳素钢。
实施例3
步骤1，将厚度为6mm的钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉15％、石墨粉10％，钨铁粉45％以及钛铁粉30％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行球磨混料，球磨机转速为350r/min，球料比20:1，球磨时间15h，球磨混料完成后放置于95℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成粉末，使用200目筛过筛，得到微细粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制压力采用1.2t/cm2，厚度d4为2.5mm，压制过程需添加微细粉末重量的3％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；
步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致，确保粉末压片层两端为干净钢层板，叠加后的总厚度d5不超过150mm；然后进行预烧脱蜡后再热压烧结，预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在550℃，脱蜡时间1h；热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1250℃，保温8h，烧结过程中压力保持在25MPa，制得碳化物增强多层板；
步骤1钢层板为碳素钢。
实施例4
步骤1，将厚度为4mm的钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉15％、石墨粉10％，钨铁粉37.5％以及钛铁粉37.5％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行球磨混料，球磨机转速为300r/min，球料比25:1，球磨时间10h，球磨混料完成后放置于100℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成粉末，使用200目筛过筛，得到微细粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制压力采用1.2t/cm2，厚度d4为2mm，压制过程需添加微细粉末重量的3％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；
步骤5：将干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致，确保粉末压片层两端为干净钢层板，叠加后的总厚度d5不超过150mm；然后进行预烧脱蜡后再热压烧结，预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在500℃，脱蜡时间1h；热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1280℃，保温7h，烧结过程中压力保持在15MPa，制得碳化物增强多层板；
步骤1钢层板为碳素钢。
将以上实施例制备的碳化物增强多层板依据溜槽尺寸进行自由组装焊接而成，即得到碳化物增强的多层钢质衬板。

Claims (4)

1.一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1，将钢层板经喷砂处理后净化，得到干净钢层板；
步骤2，按质量百分比称取以下材料：铁粉10％-20％、石墨粉4-13％，其余为钨铁粉或钛铁粉中的一种或两种混合，以上各组分质量百分比之和为100％；所述钨铁粉和钛铁粉混合使用时的质量比为1-1.5:1；
步骤3：将步骤2称取的材料采用行星式高能球磨机进行混料，混料完成后干燥，干燥后再研磨制成微细粉末；所述球磨机转速为300～400r/min，球料比10-30:1，球磨时间6～24h，所述微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将所述微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式压制，压制过程需添加微细粉末重量的2-4％的石蜡作为成形剂，制成粉末压片；所述压制压力采用1.0～1.5t/cm2，粉末压片厚度d4为1.25～2.5mm；
步骤5：将所述干净钢层板与粉末压片依次交替叠加，所述干净钢层板与粉末压片的长度和宽度一致，确保粉末压片层两端为干净钢层板，进行预烧脱蜡后再热压烧结，所述预烧脱蜡时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，脱蜡温度在500～600℃，脱蜡时间0.8-1.2h；所述热压烧结时使用纯度≥99.9％的氢气作为保护气体，温度控制在1250～1280℃，保温6～10h，烧结过程中压力保持在10～30MPa；制得碳化物增强多层板。
2.根据权利要求1所述的一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，其特征在于，步骤5所述叠加后的总厚度d5不超过150mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，其特征在于，步骤1所述钢层板为碳素钢，厚度为4～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于溜槽的碳化物增强多层板的制备方法，其特征在于，步骤3所述干燥是放置于90-100℃的真空干燥箱中干燥2-2.5h。
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