CN114570925A - 一种陶瓷-钢复合体及其制备方法 - Google Patents
一种陶瓷-钢复合体及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114570925A CN114570925A CN202210207950.6A CN202210207950A CN114570925A CN 114570925 A CN114570925 A CN 114570925A CN 202210207950 A CN202210207950 A CN 202210207950A CN 114570925 A CN114570925 A CN 114570925A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- steel
- ceramic
- sintering
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 100
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 20
- 229910000617 Mangalloy Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DNXNYEBMOSARMM-UHFFFAOYSA-N alumane;zirconium Chemical compound [AlH3].[Zr] DNXNYEBMOSARMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000012863 analytical testing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- -1 mines Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/248—Thermal after-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/008—Martensite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及一种陶瓷‑钢复合体的制备方法，包括以下步骤：1)将第一陶瓷粉末与第一钢粉末混合，获得第一混合粉末，将第一混合粉末压制成第一压坯，然后对第一压坯进行第一烧结，获得第一烧结坯；2)将第一烧结坯破碎，得到复合粉末；3)将第二陶瓷粉末、第二钢粉末和所述复合粉末混合，获得第二混合粉末，将第二混合粉末压制成第二压坯，然后对第二压坯进行第二烧结，获得第二烧结坯。
Description
技术领域
属于工程机械领域，涉及一种陶瓷-钢复合体及其制备方法。
背景技术
衬套是一类常见的零部件，常与销轴配合使用，两者相对作摆动或圆周运动。在矿山、煤炭、工程机械等应用领域，其工况条件恶劣，高承载、高冲击，且衬套销轴界面间易混入砂石等硬质颗粒，对衬套的力学性能、耐磨性能提出了极高要求。常规的衬套采用中碳合金钢如42CrMo、40Cr经过整体调质+表面感应淬火和/或表面镀硬铬来提高其耐磨性能，其性能难以满足恶劣工况的使用要求，且镀硬铬层在冲击荷载下易脆性脱落、加剧磨损。部分厂家采用硬质合金衬套或陶瓷衬套(如SiC衬套)，该类产品具有高硬度、高耐磨、耐热等优点，但该类产品成本高昂，且韧性、塑性较差，在冲击荷载较大时，易开裂失效。
发明内容
发明人发现，金属陶瓷复合耐磨材料既具有陶瓷的高强度、高硬度、高耐磨等特点，又具有金属较好的韧性和塑性，被广泛应用于煤炭、矿山、化工等行业。
陶瓷颗粒与金属材料复合的成型工艺，目前常采用的包括原位生成法、复合铸造法、粉末冶金法等。其中，粉末冶金法成型工艺简单，近净成型，且得到的复合材料中陶瓷相分布均匀，耐磨性能优异，但采用该工艺制备的成品件上分布着或多或少的孔隙，不利于产品的韧性和塑性，限制了其在诸多领域的推广应用。
在一些方面，本申请提供一种陶瓷-钢复合体的制备方法，包括以下步骤：
1)将第一陶瓷粉末与第一钢粉末混合，获得第一混合粉末，将第一混合粉末压制成第一压坯，然后对第一压坯进行第一烧结，获得第一烧结坯；
2)将第一烧结坯破碎，得到复合粉末；
3)将第二陶瓷粉末、第二钢粉末和所述复合粉末混合，获得第二混合粉末，将第二混合粉末压制成第二压坯，然后对第二压坯进行第二烧结，获得第二烧结坯；
其中，所述第一钢粉末的材质为含有奥氏体的高锰钢，所述第二钢粉末的材质为含有奥氏体的高锰钢；
步骤2)中，所述复合粉末的粒度为150-250目(相当于58-106微米)；
步骤3)中，所述第二陶瓷粉末的粒度为400-600目(相当于23-38微米)；且
步骤3)中，所述第二钢粉末的粒度为600-1000目(相当于13-23微米)。
步骤3)中，第二陶瓷粉末、第二钢粉末和复合粉末按体积比0.01-0.15:1:0.1-0.4的比例混合。
在上述方案中，本申请采用特定的复合粉末的粒度、特定的第二陶瓷粉末的粒度、特定的第二钢粉末的粒度、特定的第二陶瓷粉末、第二钢粉末和复合粉末的体积比，配合本申请特定的第一烧结和第二烧结工艺，获得了特定的陶瓷-钢复合体。陶瓷-钢复合体在微观上具有高锰钢基体，高锰钢基体内分布有“陶瓷相富集区”+“陶瓷相贫乏区”，陶瓷-钢复合体能够抵抗不同尺寸硬质磨料的显微切削作用，在较宽的硬质磨料尺寸范围内，表现出高的耐磨性能。
在一些实施方案中，复合粉末的粒度为150～200目(相当于75-106微米)。
在一些实施方案中，复合粉末的粒度为200～250目(相当于58-75微米)。
在一些实施方案中，步骤3)中，第二陶瓷粉末、第二钢粉末和复合粉末按体积比0.1-0.15:1:0.1-0.4的比例混合。
在一些实施方案中，步骤3)中，第二陶瓷粉末、第二钢粉末和复合粉末按体积比0.05-0.15:1:0.2-0.4的比例混合。
在一些实施方案中，步骤1)中，第一烧结为常压烧结，第一烧结温度为1250-1350℃，保温45-90min。
在一些实施方案中，步骤3)中，第二烧结为等静压烧结，烧结温度为1280-1400℃，烧结压力为80-140MPa，保温时间30-120min。
在一些实施方案中，步骤1)中，所述第一陶瓷粉末的粒度为400-600目。
在一些实施方案中，步骤1)中，所述第一钢粉末的粒度为600-1000目。
在一些实施方案中，步骤1)中，第一陶瓷粉末与第一钢粉末按体积比0.5-1:1的比例混合。
在一些实施方案中，步骤1)中，所述第一烧结过程中，第一压坯位于真空环境，真空环境的真空度为5×10-1Pa-5×10-2Pa。
在一些实施方案中，步骤3)中，所述第二烧结过程中，第二压坯位于真空环境，真空环境的真空度为5×10-1Pa-5×10-2Pa。
在一些实施方案中，步骤1)中，所述混合为球磨混合。
在一些实施方案中，步骤3)中，所述混合为球磨混合。
在一些实施方案中，步骤1)中，所述球磨混合通过行星球磨机进行，转速为300-500r/min，球磨时间为120-600min，球磨时加入混合粉末总质量5％-10％的无水乙醇。
在一些实施方案中，步骤3)中，所述球磨混合通过行星球磨机进行，转速为300-500r/min，球磨时间为120-600min，球磨时加入混合粉末总质量5％-10％的无水乙醇。
在一些实施方案中，步骤1)中，压制第一压坯的成形压力为35-45MPa。
在一些实施方案中，步骤3)中，压制第二压坯的成形压力为35-45MPa。
在一些实施方案中，步骤3)中，所述等静压烧结采用气体作为压力传递介质。
在一些实施方案中，步骤3)中，所述气体选自氮气、氩气或其组合。
在一些实施方案中，所述第一陶瓷粉末的材质含有:碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、锆铝复合陶瓷、二氧化硅(SiO2)、氧化铝陶瓷(Al2O3)、碳化钒(VC)中的一种或多种的组合。
在一些实施方案中，所述第二陶瓷粉末的材质含有:SiC、TiC、锆铝复合陶瓷、SiO2、Al2O3、VC中的一种或多种的组合。
在一些实施方案中，所述第一钢粉末的材质含有:ZG100Mn13钢、ZG120Mn13钢、ZG120Mn13Ni3钢、或其组合。
在一些实施方案中，所述第二钢粉末的材质含有:ZG100Mn13钢、ZG120Mn13钢、ZG120Mn13Ni3钢、或其组合。
在一些实施方案中，第一陶瓷粉末和第二陶瓷粉末均为：粒度36～40微米的陶瓷粉末；
在一些实施方案中，第一钢粉末和第二钢粉末均为：粒度15～20微米的钢粉末。
在一些实施方案中，第一陶瓷粉末和第二陶瓷粉末均为：SiC陶瓷粉末；
在一些实施方案中，第一钢粉末和第二钢粉末均为：高锰钢粉末。
在一些实施方案中，制备方法还包括对第二烧结坯进行水韧处理的步骤。
在一些实施方案中，制备方法还包括对一个或多个步骤的产物进行机械加工的步骤。
在一些实施方案中，所述方法制备获得了陶瓷-钢复合体，所述陶瓷-钢复合体包括混合分布的第一颗粒相、第二颗粒相和第三颗粒相；
所述第一颗粒相的组成的90wt％以上为陶瓷；
所述第二颗粒相的组成的90wt％以上为钢；
所述第三颗粒相的组成的90wt％以上为陶瓷与钢的复合物。
在一些实施方案中，所述第一烧结体的致密度≥92％。
在一些实施方案中，所述第二烧结体的致密度≥97％。
在一些实施方案中，所述陶瓷-钢复合体为衬套。
在一些方面，本申请第二方面提供一种陶瓷-钢复合体，由上述任一项所述的方法制备获得。
在一些实施方案中，所述陶瓷-钢复合体的冲击韧性≥10J/cm2，例如10～20J/cm2。
术语说明：
高锰钢是指含锰含量在10wt％以上的合金钢。
烧结体的致密度是指烧结体实际密度与理论密度的比值。
粒度范围“A目-B目”表示能够任何能够通过A目筛网，不能通过B目筛网的颗粒。
有益效果
本公开一项或多项技术方案具有以下一项或多项有益效果:
(1)陶瓷-钢复合体在高承载、冲击荷载工况下，高锰钢基体表层组织由奥氏体相转变为高强高耐磨的马氏体相，配合其中分布的高耐磨陶瓷相，表现出优异的耐磨性能
(2)陶瓷-钢复合体在微观上具有高锰钢基体，高锰钢基体内分布有“陶瓷相富集区”+“陶瓷相贫乏区”，陶瓷-钢复合体能够抵抗不同尺寸硬质磨料的显微切削作用，在较宽的硬质磨料尺寸范围内，表现出高的耐磨性能。
(3)与纯SiC轴套相比，本申请的陶瓷-钢复合体具有成本低，且韧性、塑性较高，在冲击荷载较大时，不易开裂失效。
附图说明
图1为实施例1的复合耐磨衬套成品的显微组织示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用药品或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1。
本实施例所述高性能复合耐磨衬套，采用
第一陶瓷粉末和第二陶瓷粉末均为：粒度400目(相当于38微米)的SiC陶瓷粉末；
第一钢粉末和第二钢粉末均为：粒度800目(相当于18微米)的ZG120Mn13高锰钢粉末。
(1)第一陶瓷粉末和第一钢粉末按体积比1:1进行球磨混合，利用行星球磨机在转速300r/min下球磨120min，球磨时加入5％的无水乙醇，获得第一混合粉末；将第一混合粉末装入模具，利用压力机压制成第一压坯，成形压力35MPa，第一压坯的尺寸为60mm×25mm×10mm；将第一压坯放入真空烧结炉中进行烧结，真空度5×10-1Pa，烧结温度为1320℃，保温45min，获得致密度为93.4％的第一烧结坯。
(2)将第一烧结坯进行破碎、研磨，获得粒度150～200目(相当于75-106微米)的复合粉末。
(3)将第二陶瓷粉末、第二钢粉末以及复合粉末按照体积比0.1:1:0.4进行球磨混合，利用行星球磨机在转速300r/min下球磨240min，球磨时加入5％的无水乙醇，获得第二混合粉末；将第二混合粉末装入模具利用压力机压制成第二压坯，成形压力40MPa，第二压坯的尺寸为外径×内径×宽度＝φ75mm×φ60mm×60mm；将第二压坯放入包套模具内并对包套模具进行真空脱气，真空度5×10-1Pa，随后将其放入热等静压烧结炉，通入氩气作为压力介质，压力100MPa，烧结温度为1350℃，保温时间60min，烧结完成后取出包套模具得到复合耐磨衬套坯料。
(4)对复合耐磨衬套坯料进行水韧处理，将坯料加热到1050℃并保温40min，使基体组织发生奥氏体化，基体组织中的碳化物相基本融入奥氏体中，随后水冷获得均匀的奥氏体基体组织。最后精加工至所需尺寸，得到复合耐磨衬套成品。
实施例2
第一陶瓷粉末和第二陶瓷粉末均为：粒度600目(相当于23微米)的SiC陶瓷粉末；
第一钢粉末和第二钢粉末均为：粒度800目(相当于18微米)的ZG100Mn13高锰钢粉末。
(1)第一陶瓷粉末和第一钢粉末按体积比0.8:1进行球磨混合，利用行星球磨机在转速300r/min下球磨120min，球磨时加入5％的无水乙醇，获得第一混合粉末；将第一混合粉末装入模具，利用压力机压制成第一压坯，成形压力35MPa，第一压坯的尺寸为60mm×25mm×10mm；将第一压坯放入真空烧结炉中进行烧结，真空度5×10-1Pa，烧结温度为1320℃，保温45min，获得致密度为92.9％的第一烧结坯。
(2)将第一烧结坯进行破碎、研磨，获得粒度200～250目(相当于58-75微米)的复合粉末。
(3)将第二陶瓷粉末、第二钢粉末以及复合粉末按照体积比0.05:1:0.2进行球磨混合，利用行星球磨机在转速300r/min下球磨180min，球磨时加入5％的无水乙醇，获得第二混合粉末；将第二混合粉末装入模具利用压力机压制成第二压坯，成型压力45MPa，第二压坯的尺寸为外径×内径×宽度＝φ60mm×φ50mm×55mm；将第二压坯放入包套模具内并对包套模具进行真空脱气，真空度5×10-2Pa，随后将其放入热等静压烧结炉，通入氩气作为压力介质，压力100MPa，烧结温度为1350℃，保温时间60min，烧结完成后取出包套模具得到复合耐磨衬套坯料。
(4)对复合耐磨衬套坯料进行水韧处理，将坯料加热到1050℃并保温30min，使基体组织发生奥氏体化，基体组织中的碳化物相基本融入奥氏体中，随后水冷获得均匀的奥氏体基体组织。最后精加工至所需尺寸，得到复合耐磨衬套成品。
分析检测
(一)形貌分析
实施例1的复合耐磨衬套的显微组织示意图参见图1。该复合耐磨衬套显微组织包括高锰钢基体3，高锰钢基体3主要为过冷奥氏体相。高锰钢基体3内进一步分布有陶瓷相，陶瓷相又包括有陶瓷相富集区1和陶瓷相贫乏区2。陶瓷相富集区1和陶瓷相贫乏区2在高锰钢基体3中均匀弥散地分布。该分布特征使得复合耐磨轴套可以抵抗不同尺寸硬质磨料的显微切削作用，在较宽的硬质磨料尺寸范围内，表现出高的耐磨性能。
(二)性能分析
按照GB/T 5163测试标准测试获得样件的实际密度，并通过计算得到样件的理论密度，两者的比值即为样件的致密度。
按照GB/T 229测试标准在复合耐磨衬套成品上取样并测试其冲击韧性。
实施例1的复合耐磨衬套致密度97.5％，冲击韧性14J/cm2。实施例2的复合耐磨衬套致密度99.3％，冲击韧性19J/cm2。
实施例1和2的复合耐磨衬套在高承载、冲击荷载工况下，高锰钢基体表层组织由奥氏体相转变为高强高耐磨的马氏体相，配合其中分布的高耐磨陶瓷相，表现出优异的耐磨性能。微观上陶瓷相“富集区”+“贫乏区”的分布特征，可以抵抗不同尺寸硬质磨料的显微切削作用，在较宽的硬质磨料尺寸范围内，表现出高的耐磨性能。
(三)具体应用
实施例1的复合耐磨衬套应用于挖掘机工作装置后，较原中碳钢表面感应淬火衬套使用寿命提升3倍以上。
实施例2的复合耐磨衬套应用于液压抓斗工作装置后，较原中碳钢表面感应淬火衬套使用寿命提升2.5倍以上，解决了设备因维修更换衬套造成的频繁停机停工问题。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解:根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。
Claims (19)
1.一种陶瓷-钢复合体的制备方法，包括以下步骤：
1)将第一陶瓷粉末与第一钢粉末混合，获得第一混合粉末，将第一混合粉末压制成第一压坯，然后对第一压坯进行第一烧结，获得第一烧结坯；
2)将第一烧结坯破碎，得到复合粉末；
3)将第二陶瓷粉末、第二钢粉末和所述复合粉末混合，获得第二混合粉末，将第二混合粉末压制成第二压坯，然后对第二压坯进行第二烧结，获得第二烧结坯；
其中，所述第一钢粉末的材质为含有奥氏体的高锰钢，所述第二钢粉末的材质为含有奥氏体的高锰钢；
步骤2)中，所述复合粉末的粒度为150-250目；
步骤3)中，所述第二陶瓷粉末的粒度为400-600目；且
步骤3)中，所述第二钢粉末的粒度为600-1000目。
步骤3)中，第二陶瓷粉末与第二钢粉末、复合粉末按体积比0.01-0.15:1:0.1-0.4的比例混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-步骤1)中，第一烧结的为常压烧结，第一烧结温度为1250-1350℃，保温45-90min；
-步骤3)中，第二烧结为等静压烧结，烧结温度为1280-1400℃，烧结压力为80-140MPa，保温时间30-120min。
3.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-步骤1)中，所述第一陶瓷粉末的粒度为400-600目；
-步骤1)中，所述第一钢粉末的粒度为600-1000目。
4.根据权利要求1所述的方法，步骤1)中，第一陶瓷粉末与第一钢粉末按体积比0.5-1:1的比例混合。
5.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-步骤1)中，所述第一烧结过程中，第一压坯位于真空环境，真空环境的真空度为5×10-1Pa-5×10-2Pa。
-步骤3)中，所述第二烧结过程中，第二压坯位于真空环境，真空环境的真空度为5×10-1Pa-5×10-2Pa。
6.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-步骤1)中，所述混合为球磨混合；
-步骤3)中，所述混合为球磨混合。
7.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-步骤1)中，所述球磨混合通过行星球磨机进行，转速为300-500r/min，球磨时间为120-600min，球磨时加入混合粉末总质量5％-10％的无水乙醇；
-步骤3)中，所述球磨混合通过行星球磨机进行，转速为300-500r/min，球磨时间为120-600min，球磨时加入混合粉末总质量5％-10％的无水乙醇。
8.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-步骤1)中，压制第一压坯的成形压力为35-45MPa；
-步骤3)中，压制第二压坯的成形压力为35-45MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，步骤3)中，所述等静压烧结采用气体作为压力传递介质。
10.根据权利要求9所述的方法，步骤3)中，所述气体选自氮气、氩气或其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-所述第一陶瓷粉末的材质含有:碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、锆铝复合陶瓷、二氧化硅(SiO2)、氧化铝陶瓷(Al2O3)、碳化钒(VC)中的一种或多种的组合；
-所述第二陶瓷粉末的材质含有:SiC、TiC、锆铝复合陶瓷、SiO2、Al2O3、VC中的一种或多种的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征:
-所述第一钢粉末的材质含有:ZG100Mn13钢、ZG120Mn13钢、ZG120Mn13Ni3钢、或其组合；
-所述第二钢粉末的材质含有:ZG100Mn13钢、ZG120Mn13钢、ZG120Mn13Ni3钢、或其组合。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括对第二烧结坯进行水韧处理的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括对一个或多个步骤的产物进行机械加工的步骤。
15.根据权利要求1所述的方法，所述方法制备获得了陶瓷-钢复合体，所述陶瓷-钢复合体包括混合分布的第一颗粒相、第二颗粒相和第三颗粒相；
所述第一颗粒相的组成的90wt％以上为陶瓷；
所述第二颗粒相的组成的90wt％以上为钢；
所述第三颗粒相的组成的90wt％以上为陶瓷与钢的复合物。
16.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征：
-所述第一烧结体的致密度≥92％；
-所述第二烧结体的致密度≥97％。
17.根据权利要求1所述的方法，所述陶瓷-钢复合体为衬套。
18.一种陶瓷-钢复合体，由权利要求1-17任一项所述的方法制备获得。
19.根据权利要求18所述的陶瓷-钢复合体，所述陶瓷-钢复合体的冲击韧性≥10J/cm2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210207950.6A CN114570925B (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种陶瓷-钢复合体及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210207950.6A CN114570925B (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种陶瓷-钢复合体及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114570925A true CN114570925A (zh) | 2022-06-03 |
| CN114570925B CN114570925B (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=81777616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210207950.6A Active CN114570925B (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种陶瓷-钢复合体及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114570925B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09157048A (ja) * | 1995-12-06 | 1997-06-17 | Hitachi Ltd | 複合セラミックスとその製法 |
| CN1794367A (zh) * | 2005-12-28 | 2006-06-28 | 西北有色金属研究院 | 一种MgB2超导体的制备方法 |
| CN106925761A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-07-07 | 重庆罗曼新材料科技有限公司 | 陶瓷颗粒金属复合材料预制体及陶瓷金属复合耐磨件的制备方法 |
| CN109128098A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-04 | 北京金煤创业科技股份有限公司 | 陶瓷高锰钢复合耐磨件铸造方法 |
| CN109295394A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-02-01 | 安徽省众文重科新材料有限公司 | 一种陶瓷钢及其制造方法 |
| CN111185591A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-05-22 | 北京科技大学广州新材料研究院 | TiC高锰钢复合材料及其制备方法 |
| CN114031118A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-02-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种高纯α-钨酸锆的制备方法 |
-
2022
- 2022-03-03 CN CN202210207950.6A patent/CN114570925B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09157048A (ja) * | 1995-12-06 | 1997-06-17 | Hitachi Ltd | 複合セラミックスとその製法 |
| CN1794367A (zh) * | 2005-12-28 | 2006-06-28 | 西北有色金属研究院 | 一种MgB2超导体的制备方法 |
| CN106925761A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-07-07 | 重庆罗曼新材料科技有限公司 | 陶瓷颗粒金属复合材料预制体及陶瓷金属复合耐磨件的制备方法 |
| CN109128098A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-04 | 北京金煤创业科技股份有限公司 | 陶瓷高锰钢复合耐磨件铸造方法 |
| CN109295394A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-02-01 | 安徽省众文重科新材料有限公司 | 一种陶瓷钢及其制造方法 |
| CN111185591A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-05-22 | 北京科技大学广州新材料研究院 | TiC高锰钢复合材料及其制备方法 |
| CN114031118A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-02-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种高纯α-钨酸锆的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114570925B (zh) | 2023-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108060322B (zh) | 硬质高熵合金复合材料的制备方法 | |
| US4217141A (en) | Process for producing hard, wear-resistant boron-containing metal bodies | |
| CN113292318A (zh) | 一种zta/高铬铸铁复合耐磨材料的制备方法 | |
| CN109277576B (zh) | 钢-碳化物/铁-钢多层复合耐磨材料及其制备方法 | |
| CN113106318B (zh) | 一种wc预制体结构增强铁基复合材料及其制备方法 | |
| CN111349839B (zh) | 一种晶须强韧化fcc高熵合金复合材料及其制备方法 | |
| CN107312962A (zh) | 一种双金属合金机筒材料及其生产工艺 | |
| Chu et al. | Application of pre-alloyed powders for diamond tools by ultrahigh pressure water atomization | |
| CN102747243A (zh) | 一种石墨烯改性硬质合金的制备方法 | |
| Genga et al. | Roughing, semi-finishing and finishing of laser surface modified nickel bonded NbC and WC inserts for grey cast iron (GCI) face-milling | |
| CN110183231B (zh) | 一种高强高韧碳化硼基陶瓷材料的制备方法及其陶瓷材料 | |
| Dwan | Production of diamond impregnated cutting tools | |
| CN111393168A (zh) | 一种TiCx增强Ti3SiC2复合材料及其制备方法 | |
| Ratov et al. | Effect of vanadium nitride additive on the structure and strength characteristics of diamond-containing composites based on the Fe–Cu–Ni–Sn matrix, formed by cold pressing followed by vacuum hot pressing | |
| CN108546128B (zh) | 一种碳化硅陶瓷无压烧结工艺 | |
| Fang et al. | High-performance Ti (C, N)-based cermet with ZrO2 whiskers and Al0. 3CoCrFeNi high-entropy alloy | |
| CN106498255A (zh) | 一种硬质复合金属材料及其制备方法 | |
| CN109663900A (zh) | 一种钢铁基复合板锤及其制备方法 | |
| CN102021473A (zh) | 一种Fe3Al-Al2O3复合材料的制备方法 | |
| Tao et al. | Effects of CuSn on the diamond particle holding force of pressureless sintered FeCuCo-based diamond tools | |
| CN114570925B (zh) | 一种陶瓷-钢复合体及其制备方法 | |
| Bulut et al. | The comparison of the sintering methods for diamond cutting tools | |
| CN110981489A (zh) | 一种TiNx-Ti3SiC2复合材料及其制备方法 | |
| CN114318163B (zh) | 一种用于金刚石工具的超细多元预合金粉末及其制备方法 | |
| CN109402443A (zh) | 一种钢铁基复合耐磨件及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |