CN1483536A

CN1483536A - 一种耐磨复合材料的生产工艺

Info

Publication number: CN1483536A
Application number: CNA031533736A
Authority: CN
Inventors: 陈振华; 魏世忠; 刘亚民
Original assignee: CHEN ZHENHUA ET AL
Current assignee: CHEN ZHENHUA ET AL
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2004-03-24

Abstract

本发明涉及一种在碳钢或合金钢表面制成高合金耐磨层复合材料的生产工艺，首先选用粒度为0.005－0.8mm铬、钼、钨、钒、钛、镍、钴、锰、硼、碳组成的合金粉末或选用粒度为0.4－0.8mm的烧结硬质合金颗粒40－80％、粒度为0.05－0.1mm的镍和铬的合金粉末20－60％，粘结剂与合金粉末搅拌制成合金粉涂料，其次，将合金粉涂料涂敷在铸型侧面上，第三是浇注成型，具有合金层组织致密，不会出现缩松、夹杂、气孔等缺陷，合金层与本体结合良好，生产工艺稳定，成品率高，合金层组织和性能易于满足工件要求的优点。

Description

一种耐磨复合材料的生产工艺

技术领域

本发明属于冶金技术行业，尤其涉及一种在碳钢或合金钢表面制成高合金耐磨层复合材料的生产工艺。

背景技术

磨损是材料失效的主要形式之一，大量的零部件因磨损而失效，因此，提高零部件的耐磨性具有重大的经济意义。

实际生产应用中，许多工件失效的机理通常有两种：一种是工件表面磨损一定厚度而导致报废，因而要求工件要有较高的耐磨性，另一种是由于材料的强度及韧性不足而导致工件的断裂而报废，因而要求工件要有足够的强韧性。高耐磨性材料往往韧性不足，在使用过程中易产生断裂而失效；高韧性材料往往耐磨性不足而过早磨损失效。因此，将高耐磨性材料复合在碳钢或合金钢等强韧性材料表面制成高耐磨高强韧性复合材料，即可实现高耐磨性与强韧性的有机结合。

常用的复合材料生产方法有三种：1.表面堆焊法；2.离心铸造法；3.铸渗法。方法1需要铸(或锻)、焊两次成型，工艺复杂，成本高，且堆焊表面质量差；方法2需要专用的设备，成本较高，而且只能生产回转体件，因而应用受到限制。方法3是一种较好的制造耐磨复合材料的工艺。

铸渗法是将含有合金粉粒的涂料(膏)涂敷、粘贴在铸型表面上，然后注入钢液，钢液浸透涂层微孔，发生界面化学冶金反应，使其熔解或熔化，即可在铸件表面形成一层铸渗合金层。但目前所采用的工艺均为合金粉涂料涂在铸型底部的方法，该方法主要有三种缺陷：1.在浇注钢液时合金粉涂料中的挥发物及气体难以完全排除，因而采用该方法所生产的铸渗件易产生缩松、气孔、夹杂等缺陷；2.铸渗层厚度及组织不易控制；3.浇注钢液时涂在铸型底部的合金粉涂料会由于合金液的冲刷而造成合金层厚度及成分的不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种在铸渗时不易产生铸造缺陷、合金层组织致密、表面质量高且合金层厚度及组织易于控制的耐磨复合材料生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：

首先是合金层材料的选用和制作：采用粒度为0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的组成成分为：铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、硼(B)、碳(C)，可以以铁合金或纯元素形式加入，也可以以碳化物或氮化物形式加入，根据耐磨、耐蚀等要求，可以选用两种或多种合金元素进行配比。粘结剂可以采用聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液、水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯水解液或聚乙烯醇酒精溶液等任一种，将粘结剂与合金粉末充分搅拌均匀，制成合金粉涂料。在合金层材料的选用和制作中，合金粉末配方(重量百分比)为：粒度为0.4-0.8mm的烧结硬质合金颗粒40-80％、粒度为0.05-0.1mm的镍(Ni)和铬(Cr)粉末20-60％，烧结硬质合金可以为YG8(其成分为碳化钨WC92％、钴Co8％)、YG15(其成分为碳化钨WC85％、钴Co15％)或YT14(其成分为碳化钨WC78％、碳化钛TiC14％、钴Co8％)。

其次是造型：采用水玻璃砂或树脂砂造型，造型时将铸件的耐磨工作面设置在铸型的侧面，铸型固化后将合金粉涂料涂敷在铸型的侧面上，合金粉涂料面为非水平面。

第三是浇注：按常规工艺进行浇注，在设置浇注系统时内浇道要远离合金粉涂料面，不应使钢液直接冲击到合金粉涂料。

所述的合金层材料的选用和制作也可以采用所需成分及形状的合金预制体，造型时直接置于铸型侧面，该侧面为非水平面。

本发明与其它铸渗工艺相比具有如下积极效果：

1、合金层组织致密，不会出现缩松、夹杂、气孔等缺陷。

2、合金层材料与本体冶金结合良好，结合强度与本体材料相当。

3、生产工艺稳定，受工艺参数的变化影响小，成品率高达98％。

4、合金层厚度可根据需要在2-30mm内任意调整。

5、合金层组织和性能易于满足工件要求。

附图说明

图1为本发明的铸件浇注示意图。

具体实施方式

本发明的生产工艺具体如下：

首先是合金层材料的选用和制作：采用粒度为0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的组成成分为：铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、硼(B)、碳(C)，可以以铁合金或纯元素形式加入，也可以以碳化物或氮化物形式加入，根据耐磨、耐蚀等要求，可以选用两种或多种合金元素进行配比。粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液、水玻璃、硅溶胶、硅酸已酯水解液或聚乙烯醇酒精溶液等任一种。将粘结剂与合金粉末充分搅拌均匀，制成合金粉涂料。在合金层材料的选用和制作中，合金粉末配方(重量百分比)也可以为：粒度为0.4-0.8mm的烧结硬质合金颗粒40-80％、粒度为0.05-0.1mm的镍(Ni)和铬(Cr)粉末20-60％，烧结硬质合金可以为YG8(其成分为碳化钨WC92％、钴Co8％)、YG15(其成分为碳化钨WC85％、钴Co15％)或YT14(其成分为碳化钨WC78％、碳化钛TiC14％、钴Co8％)。

第三是浇注：按常规工艺进行浇注，在设置浇注系统时内浇道要远离合金粉涂料面，不应使钢液直接冲击到合金粉涂料。内浇道与合金涂料面的距离至少为10mm，合金粉涂料面的厚度根据工件的要求为2-30mm。

在合金层材料的选用、制作和造型时，也可以采用所需成分及形状的合金预制体取代合金粉涂料面，造型时直接置于铸型内侧面，该侧面为非水平面。合金预制体的厚度根据工件的要求为5-30mm。

实施例1：

如图1所示，图中1-砂箱，2-合金粉涂层或合金预制体，根据工件要求可以为各种形状，可以为工件内表面或外表面，3-型腔，4-铸型。

第一步：合金层材料的选用和制作：采用粒度为0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的组成成分为：铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、硼(B)、碳(C)，粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液，将粘结剂与合金粉末充分搅拌均匀，制成合金粉涂料。

第二步：造型：采用水玻璃砂造型，造型时先在砂箱1中造出所需铸件的型腔3，并将铸件的耐磨工作面设置在铸型4的侧面，铸型固化后将合金粉涂料涂敷在铸型4的侧面上形成合金粉涂层2。

第三步：熔炼及浇注：按常规工艺进行熔炼钢液，浇注温度为1520℃--1560℃。在设置浇注系统时内浇道要远离合金粉涂料面，不应使钢液直接冲击到合金粉涂料。

第四步：清理：铸件随型冷却到100℃后即可开箱取出铸件，清除浇冒口系统。

实施例2：

第一步：合金层材料的选用和制作：合金粉末采用重量百分比为：80％粒度为0.4-0.8mm的烧结硬质合金颗粒、20％粒度为0.05-0.1mm的镍(Ni)和铬(Cr)粉末，烧结硬质合金为YG8(其成分为碳化钨WC92％、钴Co8％)、YG15(其成分为碳化钨WC85％、钴Co15％)或YT14(其成分为碳化钨WC78％、碳化钛TiC14％、钴Co8％)。粘结剂采用聚乙烯醇酒精溶液，将粘结剂与合金粉末充分搅拌均匀，制成合金粉涂料。

第三步：熔炼及浇注：按常规工艺进行熔炼钢液，浇注温度为1520℃-1560℃。在设置浇注系统时内浇道要远离合金粉涂料面，不应使钢液直接冲击到合金粉涂料。

实施例3：

第一步：合金层材料的选用和制作：合金粉末采用重量百分比为：40％粒度为0.4-0.8mm的烧结硬质合金颗粒、60％粒度为0.05-0.1mm的镍(Ni)和铬(Cr)粉末，烧结硬质合金为YG8(其成分为碳化钨WC92％、钴Co8％)、YG15(其成分为碳化钨WC85％、钴Co15％)或YT14(其成分为碳化钨WC78％、碳化钛TiC14％、钴Co8％)。粘结剂采用水玻璃，将粘结剂与合金粉末充分搅拌均匀，制成合金粉涂料。

第二步：造型：采用树脂砂造型，造型时先在砂箱1中造出所需铸件的型腔3，并将铸件的耐磨工作面设置在铸型4的侧面，铸型固化后将合金粉涂料涂敷在铸型4的侧面上形成合金粉涂层2，并吹二氧化碳气体进行硬化。

实施例4：

第一步：合金层材料的选用和制作：采用硬质合金(牌号为YG15)制作预制体2，其成分组成为碳化钨WC85％、钴Co15％。

第二步：造型：采用水玻璃砂造型，造型时先在砂箱1中造出所需铸件的型腔3，将预制体2固定在铸型4的侧面。

第三步：熔炼及浇注：按常规工艺进行熔炼合金液，浇注温度为1500℃--1550℃。在设置浇注系统时内浇道要远离预制体2，不应使钢液直接冲击到预制体2。

Claims

1、一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：

a、合金层材料的选用和制作：采用粒度为0.005-0.8mm的合金粉末，合金粉末的组成成分为：铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、硼(B)、碳(C)等，可以以铁合金或纯元素形式加入，也可以以碳化物或氮化物形式加入，根据耐磨、耐蚀等要求进行配比；粘结剂采用有机或无机粘结剂，将粘结剂与合金粉末充分搅拌均匀，制成合金粉涂料，

b、造型：采用水玻璃砂或树脂砂造型，造型时将铸件的耐磨工作面设置在铸型的侧面，铸型固化后将合金粉涂料涂敷在铸型的侧面上，所述的合金粉涂料面为非水平面，

c、浇注：按常规工艺进行浇注，在设置浇注系统时内浇道要远离合金粉涂料面，不应使钢液直接冲击到合金粉涂料。

2、根据权利要求1所述的一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：在合金层材料的选用和制作中，合金粉末配方(重量百分比)也可以为：粒度为0.4-0.8mm的烧结硬质合金颗粒40-80％、粒度为0.05-0.1mm的镍(Ni)和铬(Cr)粉末20-60％，烧结硬质合金颗粒可以选用YG8：其成分为碳化钨WC92％、钴Co8％或YG15：其成分为碳化钨WC85％、钴Co15％或者YT14：其成分为碳化钨WC78％、碳化钛TiC14％、钴Co8％任一种烧结硬质合金颗粒。

3、根据权利要求1、2所述的一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：在合金层材料的选用制作和造型时，也可以采用所需成分及形状的合金预制体，由合金预制体取代合金粉涂料面，造型时直接置于铸型内侧面，该侧面为非水平面。

4、根据权利要求1所述的一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：所述的内浇道与合金涂料面的距离至少为10mm。

5、根据权利要求1所述的一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：所述的合金粉涂料面厚度根据工件的要求为2-30mm。

6、根据权利要求3所述的一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：所述的预制体的厚度根据工件的要求为5-30mm。

7、根据权利要求1所述的一种耐磨复合材料的生产工艺，其特征在于：在合金层材料的选用和制作中，所述的粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液、水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯水解液或聚乙烯醇酒精溶液任一种。