[發明專利]球墨鑄鐵基自生碳化鉭復合材料制備工藝

無效

• 申請號: 200910218864.X
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101709439A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 許云華;岑啟宏;蔡安江;阮曉光;牛立斌;李成晨
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C22C47/10
• 分類號: C22C47/10;C22C101/12
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 郭秋梅

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，特別涉及球墨鑄鐵基自生碳化鉭復合材料制備工藝。

背景技術

球墨鑄鐵是一種廣泛應用于冶金、礦山、電力、建筑、機械、煤碳、汽車等行業的常用金屬材料，由于具有較高的碳含量，經過孕育和球化處理后，碳以球狀或蠕蟲狀石墨形態分布在組織中，使球墨鑄鐵有較好的強度和韌性。但由于球墨鑄鐵中缺少碳化物等硬質相，其宏觀硬度只有HRC35左右，所以球墨鑄鐵不能抵制磨損工況條件下，磨料對零件表面的切削磨損作用，這使得球墨鑄鐵很難應用到受磨損的設備零件上，極大地限制了其使用范圍。

目前生產上提高球墨鑄鐵耐磨性方面，通過加入合金元素或熱處理，獲得貝氏體、馬氏體等組織，只能微量提高耐磨性，仍舊不能使球墨鑄鐵廣泛應用于磨損領域；近年來出現了陶瓷顆粒增強的復合制備工藝，例如用碳化鉭或氮化鉭顆粒放置在鑄型底部，然后再澆入球墨鑄鐵，但制備工藝難以穩定控制，增強顆粒分布不均勻，仍舊難以獲得增強體分布均勻的整體抗磨球墨鑄鐵。也有將碳化鉭等硬質顆粒用粘結劑固化成形，放入鑄型內，然后澆注金屬液，使硬質顆粒與金屬液互相滲透熔合，但由于粘結劑在高溫下分解產生大量氣體，導致復合層內部形成許多氣孔，效果不理想。

發明內容

本發明的目的是提供一種球墨鑄鐵基自生碳化鉭復合材料制備工藝，通過該工藝在球墨鑄鐵基體中形成網狀碳化鉭硬質相，并與球墨鑄鐵有效結合為一體，充分發揮了硬質相的高耐磨特性，也保留了基體金屬的良好韌性，從而達到最佳的性能匹配，可制作成多種結構形狀的產品，開發應用前景廣闊。

本發明的技術方案是這樣實現的：

(1)用鉭絲編織鉭絲網(1)；

(2)將鉭絲網(1)裁剪、多層卷制或疊加，預制成網狀立體骨架結構；

(3)把預制成網狀立體骨架進行酸洗去掉油污雜物；

(4)按鑄造工藝要求制作鑄型；

(5)將預制的鉭絲網(1)狀立體骨架放入鑄型(2)；

(6)冶煉球墨鑄鐵(3)，得到液態球墨鑄鐵；

(7)把液態球墨鑄鐵澆入鑄型，獲得鉭絲-球墨鑄鐵二元材料預制體；

(8)冷卻清理后把鉭絲-球墨鑄鐵二元材料預制體置入熱處理爐；

(9)在碳化物形成溫度下保溫；

(10)隨爐冷卻后出爐，即制成碳化鉭增強球墨鑄鐵基復合材料(4)。

所述鉭絲(1)直徑為0.1～2.5mm；所述鉭絲網(1)編織成單層或多層，鉭絲間距為0.2～10mm，也可根據工況需要適當增加間距。

所述步驟(2)中，根據零件的尺寸和規格來制作鉭絲網(1)立體骨架結構。所述步驟(9)碳化物形成溫度為1080℃～1350℃，保溫時間為30min～120min。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、通過鑄滲的原理，把鉭絲立體網狀骨架固定在球墨鑄鐵基體中制作成預制體，保證了碳化物形成元素鉭在基體中的均勻性；

2、在熱處理爐中，通過1080℃～1350℃，保溫時間為30min～120min，使鉭原子進行中長程的充分擴散，彌散到球墨鑄鐵基體中，并與球墨鑄鐵中的碳原子發生原位反應，自然生成碳化鉭硬質相顆粒，由于1080℃～1350℃溫度區低于球墨鑄鐵的液化溫度，因此鉭原子的擴散屬于固態擴散，碳化鉭也是在固態下原位反應生成的，避免了碳化鉭與基體金屬比重差異造成的漂浮和偏析，解決了硬質相難以彌散且均勻分布的復合材料制備難題，并且可以使全部鉭參與原位反應生成碳化鉭。

3、碳化鉭硬質相屬于內部原位化學反應生成，所以碳化鉭顆粒的界面潔凈無污染，與球墨鑄鐵基體結合成一體，具有良好的界面結合效果，避免了外加硬質顆粒等傳統復合材料制備工藝上的增強相界面弱化問題，獲得的復合材料既保留了球墨鑄鐵的良好韌性，又有了碳化鉭硬質相的高耐磨性，進一步提升了材料的磨損壽命。

4、根據零件的需要，既可以把鉭絲網放置于鑄型的局部，澆注球墨鑄鐵后獲得局部耐磨的零件，復合層厚度可根據工況要求任意調整；也可以把鉭絲網放置于整個鑄型型腔中，澆注球墨鑄鐵后獲得整體耐磨的零件，工藝可控性強。

附圖說明

圖1為本發明流程圖

圖2為預置鉭絲網的鑄型截面示意圖

圖3為落料襯板預制體截面示意圖

圖4為整體碳化鉭增強球墨鑄鐵基復合材料落料襯板截面示意圖

圖5為局部碳化鉭增強球墨鑄鐵基復合材料落料襯板示意截面圖

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。

實施例1：制作整體復合材料落料襯板