專利名稱：一種復(fù)合材料內(nèi)蓋的鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造方法，特別是在輸送渣漿中，易磨損過流件的復(fù)合材 料鑄造方法。技術(shù)背景渣漿泵過流件廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、水利、電力等行業(yè)，主要進(jìn)行精礦、 尾礦、泥沙、灰渣等固體物料的水力輸送。有些在礦山使用的渣漿泵皆因過流部件的穿洞、變形或其它形式的結(jié)構(gòu)失效，4英寸泵的高鉻鑄鐵過流件使用壽命 僅200小時(shí)左右， 一星期左右就報(bào)廢，被稱為"星期泵"。由于其過流部件的磨 損相當(dāng)嚴(yán)重，它造成材料的大量的消耗，增加了維護(hù)費(fèi)用和能源消耗。現(xiàn)以國 內(nèi)有關(guān)礦山的消耗量推算國內(nèi)年用此類過流件約5萬噸左右。因此國內(nèi)外學(xué)者 對此非常重視并進(jìn)行了大量的研究。目前國內(nèi)使用的渣漿泵內(nèi)蓋主要有①整體鑄造內(nèi)蓋，所涉及的材料有低 合金白口鐵、鎳硬鑄鐵、高鉻白口鑄鐵、合金鑄鋼等；②復(fù)合內(nèi)蓋，涉及的材 料有陶瓷/鋼鐵基表面復(fù)合材料等。對于整體鑄造內(nèi)蓋，盡管其具有高的強(qiáng)韌性、 不易發(fā)生斷裂，但由于渣漿泵中的整體硬度低，且組織中無硬質(zhì)相存在，所以 耐磨性差，使用壽命短；所謂復(fù)合渣漿泵過流件，是指將一種高硬度的材料如 陶瓷材料與一種具有強(qiáng)韌性的材料通過復(fù)合鑄造等方法組合在一起，其中高硬 度材料作為內(nèi)蓋的工作面以提高其耐磨性。該方法既避開了單一高硬度材料的 脆性，又利用了其較好的抗磨性；既利用了連續(xù)金屬基體的韌性，又避開了金 屬基體不抗磨的不利因素。表面局部復(fù)合材料的采用，既照顧了磨損部位的抗 磨要求，又兼顧了整體材料抗沖擊的要求，還降低了制造成本，提高了材料的 回收利用性。但是由于復(fù)合內(nèi)蓋是將陶瓷材料與鋼鐵等材料復(fù)合，復(fù)合層的形 成完全依靠鋼鐵液的滲透作用，因此該類內(nèi)蓋存在復(fù)合層厚度小和界面結(jié)合差 等問題，使其壽命不是很長。發(fā)明內(nèi)容1. 本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料內(nèi)蓋的鑄造方法，其利用負(fù)壓作用和高 碳鉻鐵顆粒的熔解提高金屬液的滲透性和改善界面間的結(jié)合能力，制備的內(nèi)蓋 抗磨性高、使用中不易斷裂和剝落、復(fù)合層與基材呈冶金結(jié)合。2. 技術(shù)方案(1)預(yù)置層為粒度40目~60目的碳化鎢和高碳鉻鐵混合顆粒,碳化鵠所占體 積分?jǐn)?shù)為10%~52%,預(yù)置層厚度為2mm 4mm,另外還加入混合顆粒總重2%~4%的水玻璃，均勻預(yù)置在過流件模樣的磨損表面，吹以C02硬化，填充 水玻璃砂并安放抽氣管，固化后在砂芯非復(fù)合部位刷快干涂料、下芯時(shí)在底部芯頭上鋪聚乙烯薄膜密封，然后合箱；(2)爐熔煉金屬母體材料形成金屬液，金屬液的出爐溫度為1550~ 1650°C， 經(jīng)過球化和孕育處理后，在1450 155(TC時(shí)抽氣澆鑄，澆注系統(tǒng)的真空度為 0.04 ~ 0.06MPa。在上述技術(shù)方案中，所說的金屬母體材料為灰鑄鐵、低鉻鑄鐵、球墨鑄鐵 或35鑄鋼任一種；下芯時(shí)在底部芯頭上所鋪聚乙烯薄膜厚度為30拜，金屬母 液的孕育處理是釆用加入其總重2%~4%的硅鐵。碳化鎢(WC)顆粒的加入量根據(jù)下式計(jì)算W = S.h.fv .p式中W為WC顆粒的重量g; S過流件工作面的表面積mm2; h為復(fù)合層的厚度mm; fv為復(fù)合層中WC顆粒的體積分?jǐn)?shù)； p為WC顆粒的密度g/mm3。按照本發(fā)明的鑄造方法鑄造的復(fù)合材料內(nèi)蓋，工作面或沖擊面為WC顆粒 增強(qiáng)復(fù)合材料，非工作面為灰鑄鐵、低鉻鑄鐵、球墨鑄鐵或35鑄鋼。 3.本發(fā)明的有益效果所獲得的復(fù)合材料內(nèi)蓋具有優(yōu)異的抗沖蝕磨損性能，復(fù)合材料層硬度為 HRC50-57,厚度為3mm左右，復(fù)合材料層與金屬母體的界面、以及復(fù)合材料 層中WC顆粒與基體的界面呈良好的冶金結(jié)合，WC顆粒分布均勻；本發(fā)明生 產(chǎn)的渣漿泵過流件內(nèi)蓋，其壽命是傳統(tǒng)高鉻鑄鐵渣漿泵過流件內(nèi)蓋的7~ 10倍。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:首先釆用100kg中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵形成金屬液，金屬液的出爐溫度 為1650°C,加入金屬液總重的2%的硅鐵孕育，155(TC時(shí)進(jìn)行澆注；釆用自行 設(shè)計(jì)的模板壓塊鋪粉工裝將混合顆粒均勻預(yù)置在內(nèi)蓋磨損表面，混合顆粒40~ 60目碳化鎢顆粒(增強(qiáng)體)和同目數(shù)的高碳鉻鐵粉組成，WC顆粒體積分?jǐn)?shù)為 27%,加入3%的水玻璃。預(yù)置層的厚度為3mm,吹以一定的(302硬化后，填 充水玻璃砂并安放抽氣管，固化后在砂芯非復(fù)合部位刷快干涂料、下芯時(shí)在底 部芯頭上鋪30^m聚乙烯薄膜密封，然后合箱、抽氣澆注，澆注系統(tǒng)在澆注時(shí) 的真空度分別為0.04MPa。實(shí)施例2:首先釆用100kg中頻感應(yīng)電爐熔煉低鉻鑄鐵形成金屬液，金屬液的出爐溫度為1550°C, 145(TC時(shí)進(jìn)行澆注；釆用自行設(shè)計(jì)的模板壓塊鋪粉工裝 將混合顆粒均勻預(yù)置在內(nèi)蓋磨損表面，混合顆粒40~60目碳化鎢顆粒(增強(qiáng)體) 和同目數(shù)的高碳鉻鐵粉組成，WC顆粒體積分?jǐn)?shù)為10%，加入2%的水玻璃。預(yù) 置層的厚度為2mm，吹以一定的C02硬化后，填充水玻璃砂并安放抽氣管，固 化后在砂芯非復(fù)合部位刷快干涂料、下芯時(shí)在底部芯頭上鋪30^im聚乙烯薄膜 密封，然后合箱、抽氣燒注，澆注系統(tǒng)在澆注時(shí)的真空度分別為0.05MPa。實(shí)施例3:首先釆用100kg中頻感應(yīng)電爐熔煉球墨鑄鐵形成金屬液，金屬液 的出爐溫度為1600°C,加入金屬液總重的4%的硅鐵孕育，150(TC時(shí)進(jìn)行澆注； 釆用自行設(shè)計(jì)的模板壓塊鋪粉工裝將混合顆粒均勻預(yù)置在內(nèi)蓋磨損表面，混合 顆粒40~60目碳化鎢顆粒(增強(qiáng)體)和同目數(shù)的高碳鉻鐵粉組成，WC顆粒體 積分?jǐn)?shù)為52%，加入4%的水玻璃。預(yù)置層的厚度為4mm,吹以一定的(^02硬 化后，填充水玻璃砂并安放抽氣管，固化后在砂芯非復(fù)合部位刷快干涂料、下 芯時(shí)在底部芯頭上鋪30miti聚乙烯薄膜密封，然后合箱、抽氣澆注，澆注系統(tǒng) 在澆注時(shí)的真空度分別為0.06MPa。實(shí)施效果(1) 生產(chǎn)出的內(nèi)蓋基本上能達(dá)到整體復(fù)合，復(fù)合材料層硬度為HRC50 ~ 57,厚度為3mm左右，復(fù)合材料層與金屬母體的界面、以及復(fù)合材料層中WC 顆粒與基體的界面呈良好的冶金結(jié)合，WC顆粒分布均勻；(2) 將其經(jīng)機(jī)加工后，安裝在用于排出cp500旋流器沉砂用泵上使用，礦 物粒度為0.074 0.2mrn,安裝后設(shè)備運(yùn)行正常，未因其它事故修理而停機(jī)。經(jīng) 實(shí)際工況測試，此內(nèi)蓋共計(jì)使用60~70天。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合材料內(nèi)蓋的鑄造方法，其特征在于(1)預(yù)置層為粒度40目～60目的碳化鎢和高碳鉻鐵混合顆粒，碳化鎢所占體積分?jǐn)?shù)為10％～52％，預(yù)置層厚度為2mm～4mm，另外還加入混合顆?？傊?％～4％的水玻璃，均勻預(yù)置在過流件模樣的磨損表面，吹以CO2硬化，填充水玻璃砂并安放抽氣管，固化后在砂芯非復(fù)合部位刷快干涂料、下芯時(shí)在底部芯頭上鋪聚乙烯薄膜密封，然后合箱；(2)爐熔煉金屬母體材料形成金屬液，金屬液的出爐溫度為1550～1650℃，經(jīng)過球化和孕育處理后，在1450～1550℃時(shí)抽氣澆鑄，澆注系統(tǒng)的真空度為0.04～0.06MPa。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料內(nèi)蓋的鑄造方法，其特征在于所說的 金屬母體材料為灰鑄鐵、低鉻鑄鐵、球墨鑄鐵或35鑄鋼任一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料內(nèi)蓋的鑄造方法，其特征在于下芯時(shí) 在底部芯頭上所鋪聚乙烯薄膜厚度為30pm，金屬母液的孕育處理是采用加入 其總重2%~4%的硅鐵。
全文摘要
一種復(fù)合材料內(nèi)蓋的鑄造方法，涉及鑄造方法，特別是在輸送渣漿中，易磨損過流件的復(fù)合材料鑄造方法。首先采用中頻感應(yīng)爐熔煉金屬母體材料形成金屬液，將碳化鎢和高碳鉻鐵混合顆粒均勻預(yù)置在內(nèi)蓋磨損表面，然后合箱、抽氣澆注，在澆注系統(tǒng)真空度為0.04～0.06MPa下進(jìn)行澆注。本發(fā)明所制備的過流件的工作面或沖擊面為碳化鎢顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，非工作面為灰鑄鐵、低鉻鑄鐵、球墨鑄鐵或35鑄鋼，具有優(yōu)異的抗沖擊磨損性能；復(fù)合材料層與金屬母體的界面、以及復(fù)合材料層中WC顆粒與基體的界面呈良好的冶金結(jié)合，WC顆粒分布均勻。
文檔編號B22C9/00GK101274360SQ20081005834
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者榮 周, 張玉勤, 李祖來, 蔣業(yè)華 申請人:昆明理工大學(xué)