CN109513934A - 一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，具体如下：步骤1，用传统砂型铸造法制备锤柄；步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10～20％，其余为氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末中的一种或几种，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：将微细粉末进行压制，压制过程需添加微细粉末重量的2～4％的石蜡，制成粉末压片，使用粉末压片和高锰钢层板制成立方体预制块，再与锤柄焊接即得到多层高锰钢耐磨锤头。本发明制备的锤头中微纳米级细小硬质相分布均匀，粘结相分布连续，提高了锤头的耐磨性能和冲击韧性，从而显著的提高锤头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于钢质锤头制备方法技术领域，具体涉及一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法。
背景技术
反击式破碎机是破碎生产线和制砂生产线中的常用设备之一，被广泛用于铁矿石、砂岩、高炉渣、煤矸石、块煤及其它中硬矿石的破碎。而锤头是锤式破碎机的关键部件，也是易磨损件，在破碎机高速运转时直接打击物料，从而不断受到了很高的冲击载荷和挤压等综合作用而逐渐发生磨损，因此，要求锤头不仅应具备足够的抗冲击的能力，同时还必须具有优良的韧性和高的耐磨性。目前，国内破碎机行业所用的锤头的制备工艺主要表现为铸造法和堆焊技术。铸造法主要是通过预先将锤头中的镶铸合金预埋好，再将钢液浇入型腔来制备锤头。在锤头的工作面上形成镶铸了钢基硬质合金棒或颗粒，从而改善锤头的耐磨性。其优点是预埋合金棒或颗粒较方便，但是它的铸造质量难以保证。因为它属于冷铁铸造，当钢水温度和浇注速度等因素不匹配时，冷态的合金棒就相当于钢水形核的晶核，使钢水快速冷凝而结晶，阻碍钢水流动，在合金棒或锤柄的周围出现孔洞和冷隔，而且锤头在运行过程中基体被磨损时，硬质合金块易产生脱落，不但影响使用寿命还造成较大的经济损失。堆焊法是通过在高锰钢基表面堆焊耐磨层，来提高锤头打击部分的高硬度。虽然制备工艺简单，但由于锤头工作时震动极大，堆焊的耐磨层极易脱落，从而严重影响设备使用的寿命和安全性。因此，对与高强韧性、高耐磨性锤头的制备是至关重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，解决了现有多层高锰钢耐磨锤头强韧性差、耐磨性能差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10～20％，其余为氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末中的一种或几种，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，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进行压制，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：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为3～4：1，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，在烧结前需先进行预烧脱蜡，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，其中每25mm壁厚保温1h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
本发明的特点还在于，
步骤2氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末同时混合时的质量比为9～15：2～4：1～3；氧化铝粉末、氧化钛粉末混合时质量比为6～8：1～2；氧化钛粉末、氧化锆粉末混合时质量比为1～2：7～9；氧化铝粉末、氧化锆粉末混合时质量比为1～2：3。
步骤3球磨机转速为300～400r/min，球料比10:1～30:1，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4压制压力采用1.0～1.5t/cm2，粉末压片成型厚度0.75～1.50mm。
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立方体预制块的总厚度d2不超过70mm。
高锰钢层板A和高锰钢层板B的厚度为2～5mm。
步骤3干燥是放置于90～100℃的真空干燥箱中干燥2～2.5h。
本发明的有益效果是：
1)本发明所制备的氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头中高体积分数的微纳米级细小硬质相分布均匀，粘结相分布连续，而且由于氧化物增强层中10％-20％的铁与钢层板之间在高温下通过扩散形成同质界面(钢板与铁/碳化物陶瓷硬质点)，从而显著的改善了界面的力学匹配。
2)本发明所制备的氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头不仅可以克服传统的铸造缺陷，降低清理工作量，而且还可以同时能提高锤头的耐磨性能和冲击韧性，从而显著的提高锤头的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法中氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头的结构示意图；
图2是是本发明的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法中立方体预制块的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10～20％，其余为氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末中的一种或几种，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10:1～30:1，球磨时间6～24h，混料完成后干燥，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.0～1.5t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的2～4％的石蜡作为成形剂，制成厚度为0.75～1.50mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为3～4：1，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度d2不超过70mm的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，其中每25mm壁厚保温1h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
步骤2氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末同时混合时的质量比为9～15：2～4：1～3；氧化铝粉末、氧化钛粉末混合时质量比为6～8：1～2；氧化钛粉末、氧化锆粉末混合时质量比为1～2：7～9；氧化铝粉末、氧化锆粉末混合时质量比为1～2：3。
高锰钢层板A和高锰钢层板B的厚度为2～5mm。
下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明。
实施例1
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉20％，其余为氧化钛粉末，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，混料完成后放置于90℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.5t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的4％的石蜡作为成形剂，制成厚度为1.50mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为4：1、厚度为2mm，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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10h，烧结过程中压力保持在30MPa，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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1.2h，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度d2为60mm的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，保温2.4h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
实施例2
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10％，其余为氧化铝粉末，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，混料完成后放置于100℃的真空干燥箱中干燥2.5h，，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.0t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的2％的石蜡作为成形剂，制成厚度为0.75mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为3：1、厚度为5mm，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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6h，烧结过程中压力保持在10MPa，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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0.8h，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度d2为70mm的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，保温2.8h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
实施例3
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉15％，其余为氧化锆粉末，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10h，混料完成后放置于95℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.2t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的2～4％的石蜡作为成形剂，制成厚度为1mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为4：1、厚度为3mm，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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1270℃，保温8h，烧结过程中压力保持在15MPa，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度为60的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，保温2.4h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
实施例4
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉15％，氧化铝粉末45％、氧化钛粉末10％、氧化锆粉末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3000r/min，球料比30:1，球磨时间24h，混料完成后放置于95℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.0t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的3％的石蜡作为成形剂，制成厚度为1.5mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为4：1、厚度为2mm，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度为70mm的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，保温2.8h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
实施例5
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10％，氧化铝粉末75％、氧化钛粉末10％、氧化锆粉末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400r/min，球料比20:1，球磨时间12h，混料完成后放置于95℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.5t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的2～4％的石蜡作为成形剂，制成厚度为0.75mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为4：1、厚度为5mm，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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7h，烧结过程中压力保持在20MPa，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度为70mm的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，保温2.8h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
实施例6
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10％，氧化铝粉末30％、氧化锆粉末混合时质量比为60％，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15:1，球磨时间14h，混料完成后放置于95℃的真空干燥箱中干燥2h，干燥后再研磨制成微细粉末，微细粉末是研磨后使用200目筛过筛的粉末；
步骤4：将微细粉末通过普通模压或冷等静压的压制方式进行压制，压制压力采用1.5t/cm2，压制过程需添加微细粉末重量的4％的石蜡作为成形剂，制成厚度为1mm的粉末压片；
步骤5：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为4：1、厚度为4mm，将高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，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6h，烧结过程中压力保持在30MPa，在烧结前需先进行预烧脱蜡，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，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个预制体B1与两块预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到总厚度为70mm的立方体预制块；
步骤6：将立方体预制块加热至1080℃，保温2.8h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
本发明方法制备的氧化物陶瓷颗粒(Al2O3+TiO2+ZrO2/Fe)增强的多层高锰钢耐磨锤头的耐磨损性是高锰钢的8～10倍左右，氧化物层(Al2O3+TiO2+ZrO2/Fe)的显微硬度达到1030～1250HV0.5。
Claims (9)
1.一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1，采用传统砂型铸造法制备锤柄，依次进行砂型制作、金属熔炼、浇注、清理，并对锤柄上的安装孔表面采用机加工进行精抛、磨削刮研；
步骤2：按质量百分比称取以下材料：铁粉10～20％，其余为氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末中的一种或几种，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，混料完成后干燥，干燥后再研磨制成微细粉末；
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进行压制，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：采用厚度和宽度相同的高锰钢层板A和高锰钢层板B，所述高锰钢层板A和高锰钢层板B的长度比为3～4：1，将所述高锰钢层板A和与高锰钢层板A长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板A，制成预制体A；
将所述高锰钢层板B和与高锰钢层板B长度、宽度一致的粉末压片依次交替叠加，确保粉末压片层两端为高锰钢层板B，制成预制体B；所述预制体A与预制体B均为立方体结构，高度一致；
将预制体A与预制体B分别放置在真空保护气氛下热压烧结，在烧结前需先进行预烧脱蜡，分别得到预制体A1和预制体B1；
取两块预制体A1和两块预制体B1，将两块预制体B1分别置于两块预制体A1之间，两块所述预制体B1分别位于预制体A1的两端，其端部与预制体A1平齐，两个所述预制体B1与两块所述预制体A1中间形成了空心空间，其中预制体B1与预制体A1的接触面处采用熔化极气体保护焊，用不锈钢焊条将其焊接，得到立方体预制块；
步骤6：将所述立方体预制块加热至1080℃，其中每25mm壁厚保温1h，保温完成后进行淬火处理并自然冷却至室温，获得多层高锰钢耐磨锤头预制体，然后将步骤1获得的锤柄和多层高锰钢耐磨锤头预制体进行组装焊接，即可获得氧化物陶瓷颗粒增强的多层高锰钢耐磨锤头。
2.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，步骤2所述氧化铝粉末、氧化钛粉末、氧化锆粉末同时混合时的质量比为9～15：2～4：1～3；所述氧化铝粉末、氧化钛粉末混合时质量比为6～8：1～2；所述氧化钛粉末、氧化锆粉末混合时质量比为1～2：7～9；所述氧化铝粉末、氧化锆粉末混合时质量比为1～2：3。
3.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，步骤3所述球磨机转速为300～400r/min，球料比10:1～30:1，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。
4.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，步骤4所述压制压力采用1.0～1.5t/cm2，粉末压片成型厚度0.75～1.50mm。
5.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，步骤5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。
6.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，步骤5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。
7.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，步骤5所述立方体预制块的总厚度d2不超过70mm。
8.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，其特征在于，所述高锰钢层板A和高锰钢层板B的厚度为2～5mm。
9.根据权利要求1所述的一种氧化物增强多层高锰钢耐磨锤头的制备方法，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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