專利名稱：一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝。
背景技術(shù)：
高錳鋼具有高的強(qiáng)度、塑性、低溫韌性、加工硬化性、以及抗沖擊安全性。作為耐磨 材料，在抵抗強(qiáng)沖擊、大壓力作用下的磨料磨損或鑿削磨損方面，其高沖擊應(yīng)力工況下耐磨 性是其他材料所無(wú)法比擬的。利用高錳鋼制作的襯板、錘頭、篩條、顎板等耐磨產(chǎn)品長(zhǎng)期廣 泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機(jī)械裝備中。但在使用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，高錳鋼的 耐磨性是有條件的，只有在沖擊大、應(yīng)力高、磨料硬的情況下，高錳鋼的高耐磨性才得到體 現(xiàn)。在受到較大沖擊的條件下，高錳鋼的奧氏體組織表層會(huì)因變形而產(chǎn)生形變馬氏體，表面 硬度會(huì)從HB180 220迅速提高至HB500 550，從而獲得高的耐磨性；但在低沖擊或無(wú)沖 擊的工況下，高錳鋼的加工硬化效果不明顯，表層硬度較低，所以耐磨性很差。同時(shí)由于高 錳鋼的屈服強(qiáng)度低、抗剪切能力差，初次使用時(shí)易于變形并發(fā)生剪切破壞，而造成較大的磨 損° 為了進(jìn)一步提高高錳鋼的耐磨性能，并能滿足中、低應(yīng)力載荷等不同工況條件 下使用，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的研發(fā)工工作。專利[91106820. 1]向高錳鋼中加入稀土、 鉬、鈦、鉬等多元合金元素，經(jīng)過(guò)強(qiáng)化孕育處理得到一種多元合金強(qiáng)韌化高錳鋼。專利 [200810058345.7]對(duì)高錳鋼采取稀土變質(zhì)處理改善高錳鋼的組織和力學(xué)性能。由于釔基 稀土的加入增加了形核核心和抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，奧氏體晶粒得到細(xì)化，抗拉強(qiáng)度和沖 擊韌性提高。專利[200610048665.5]通過(guò)加入鉻、稀土，調(diào)整原高錳鋼中錳、碳、硅、鐵的 重量比而合成一種改性高錳鋼。專利[200710135682. 7]采用高碳、高錳、02、稀土的成 分配方，經(jīng)水韌處理使高錳鋼內(nèi)的奧氏體組織均勻化。專利[200510045639.2]發(fā)明了一 種稀土硼微合金化高錳鋼，其工藝過(guò)程包括配料、熔煉、出鋼、加變質(zhì)劑、澆注步驟。專利 [200810232313. 4]發(fā)明了用高碳鋼絲加入到高錳鋼基體中，經(jīng)過(guò)后續(xù)熱處理，利用高碳鋼 絲的淬硬性來(lái)增強(qiáng)高錳鋼基體的一種制備工藝，其強(qiáng)化性能低于原位化學(xué)反應(yīng)合成碳化 物。 可見(jiàn)，目前關(guān)于高錳鋼的專利主要集中在采用傳統(tǒng)工藝對(duì)高錳鋼進(jìn)行合金化和稀 土變質(zhì)處理，高錳鋼性能提升幅度非常有限，也不能完全適應(yīng)中、低沖擊應(yīng)力工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，通過(guò)該工藝在高錳鋼基體 中形成大量原位反應(yīng)生成的碳化鉬硬質(zhì)相，在高錳鋼基體中彌散均勻分布，并與高錳鋼有 效結(jié)合為一體，增強(qiáng)相界面清潔無(wú)污染，結(jié)合強(qiáng)度高，可充分發(fā)揮硬質(zhì)相的高耐磨特性，也 保留了基體金屬的良好韌性，從而達(dá)到最佳的性能匹配，可以把高錳鋼的耐磨性提高6倍 左右，并且可使高錳鋼廣泛應(yīng)用于高、中、低沖擊應(yīng)力工況。該工藝可制作多種結(jié)構(gòu)形狀的
3產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景廣闊。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 (1)用鉬絲編織鉬絲網(wǎng)(1); (2)將鉬絲網(wǎng)(1)裁剪、多層巻制或疊加，預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；
(3)把預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架進(jìn)行酸洗去掉油污雜物；
(4)按鑄造工藝要求制作鑄型； (5)將預(yù)制的鉬絲網(wǎng)(1)狀立體骨架放入鑄型(2);
(6)冶煉高錳鋼(3)，得到液態(tài)高錳鋼； (7)把液態(tài)高錳鋼澆入鑄型，獲得鉬絲_高錳鋼二元材料預(yù)制體；
(8)冷卻清理后把鉬絲_高錳鋼二元材料預(yù)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，即制成碳化鉬增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料(4)。 所述鉬絲(1)直徑為0. 1 2. 5mm ;所述鉬絲網(wǎng)(1)編織成單層或多層，鉬絲間距
為0. 2 10mm，也可根據(jù)工況需要適當(dāng)增加間距。 所述步驟(2)中，根據(jù)零件的尺寸和規(guī)格來(lái)制作鉬絲網(wǎng)(1)立體骨架結(jié)構(gòu)。所述 步驟(9)碳化物形成溫度為1080°C 1350。C，保溫時(shí)間為30min 120min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、通過(guò)鑄滲的原理，把鉬絲立體網(wǎng)狀骨架固定在高錳鋼基體中制作成預(yù)制體，保 證了碳化物形成元素鉬在基體中的均勻性； 2、在熱處理爐中，通過(guò)108(TC 135(TC，保溫時(shí)間為30min 120min，使鉬原子進(jìn) 行中長(zhǎng)程的充分?jǐn)U散，彌散到高錳鋼基體中，并與高錳鋼中的碳原子發(fā)生原位反應(yīng)，自然生 成碳化鉬硬質(zhì)相顆粒，由于1080°C 135(TC溫度區(qū)低于高錳鋼的液化溫度，因此鉬原子的 擴(kuò)散屬于固態(tài)擴(kuò)散，碳化鉬也是在固態(tài)下原位反應(yīng)生成的，避免了碳化鉬與基體金屬比重 差異造成的漂浮和偏析，解決了硬質(zhì)相難以彌散且均勻分布的復(fù)合材料制備難題，并且可 以使全部鉬參與原位反應(yīng)生成碳化鉬。 3、碳化鉬硬質(zhì)相屬于內(nèi)部原位化學(xué)反應(yīng)生成，所以碳化鉬顆粒的界面潔凈無(wú)污 染，與高錳鋼基體結(jié)合成一體，具有良好的界面結(jié)合效果，避免了外加硬質(zhì)顆粒等傳統(tǒng)復(fù)合 材料制備工藝上的增強(qiáng)相界面弱化問(wèn)題，獲得的復(fù)合材料既保留了高錳鋼的良好韌性，又 有了碳化鉬硬質(zhì)相的高耐磨性，進(jìn)一步提升了材料的磨損壽命。 4、根據(jù)零件的需要，既可以把鉬絲網(wǎng)放置于鑄型的局部，澆注高錳鋼后獲得局部 耐磨的零件，復(fù)合層厚度可根據(jù)工況要求任意調(diào)整；也可以把鉬絲網(wǎng)放置于整個(gè)鑄型型腔 中，澆注高錳鋼后獲得整體耐磨的零件，工藝可控性強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明流程圖 圖2為預(yù)置鉬絲網(wǎng)的鑄型截面示意圖 圖3為落料襯板預(yù)制體截面示意圖 圖4為整體碳化鉬增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料落料襯板截面示意圖
圖5為局部碳化鉬增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料落料襯板示意截面圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例1 :制作整體復(fù)合材料落料襯板 如圖1 、圖2、圖3和圖4所示，具體操作步驟如下 (1)用0. 5mm鉬絲編織鉬絲網(wǎng)l，鉬絲間距為2mm ; (2)鉬絲網(wǎng)1按落料襯板長(zhǎng)度和高度規(guī)格裁剪成矩形； (3)把矩形鉬絲網(wǎng)1進(jìn)行酸洗； (4)按鑄造工藝要求制作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鉬絲網(wǎng)1多層疊加，并放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉高錳鋼3，得到液態(tài)高錳鋼； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)高錳鋼3澆入鑄型，使液態(tài)高錳鋼充滿網(wǎng)狀立體骨 架的空隙，獲得鉬絲_高錳鋼二元材料預(yù)制體； (8)冷卻脫型清理后，把鉬絲_高錳鋼二元材料預(yù)制體置入熱處理爐； (9)在130(TC溫度左右下保溫60min ; (10)隨爐冷卻后出爐，即得到整體碳化鉬增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料落料襯板4。 實(shí)施例2 :制作局部復(fù)合材料落料襯板 如圖1和圖5所示，具體操作步驟如下 (1)用2. Omm鉬絲編織鉬絲網(wǎng)l，鉬絲間距為10mm ; (2)鉬絲網(wǎng)1按落料襯板長(zhǎng)度和一半高度規(guī)格裁剪成矩形； (3)把矩形鉬絲網(wǎng)進(jìn)行酸洗； (4)按鑄造工藝要求制作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鉬絲網(wǎng)1多層疊加，并放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉高錳鋼3，得到液態(tài)高錳鋼； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)高錳鋼3澆入鑄型，獲得局部鉬絲-高錳鋼二元材料 預(yù)制體； (8)冷卻脫型清理后，把局部鉬絲_高錳鋼二元材料預(yù)制體置入熱處理爐； (9)在1150。C溫度左右下保溫120min ; (10)隨爐冷卻后出爐，即得到局部碳化鉬增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料落料襯板4。
權(quán)利要求
一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟(1)用鉬絲編織鉬絲網(wǎng)(1)；(2)將鉬絲網(wǎng)(1)裁剪、多層卷制或疊加，預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；(3)把預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架進(jìn)行酸洗去掉油污雜物；(4)按鑄造工藝要求制作鑄型(2)；(5)將預(yù)制的鉬絲網(wǎng)狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉高錳鋼(3)，得到液態(tài)高錳鋼；(7)把液態(tài)高錳鋼(3)澆入鑄型(2)，獲得鉬絲-高錳鋼二元材料預(yù)制體；(8)冷卻清理后把鉬絲-高錳鋼二元材料預(yù)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，即制成碳化鉬增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于所述鉬絲直徑為0. 1 2. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于所述鉬絲網(wǎng)(1) 編織成單層或多層，鉬絲間距為0. 2 10mm，也可根據(jù)工況需要適當(dāng)增加間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于所述步驟(2) ，根據(jù)零件的尺寸和規(guī)格來(lái)制作鉬絲網(wǎng)立體骨架結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于所述步驟(9) 碳化物形成溫度為1Q80。C 1350。C，保溫時(shí)間為30min 120min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高錳鋼基復(fù)合材料制備工藝，該工藝主要包括以下步驟用鉬絲編織成鉬絲網(wǎng)，裁剪、多層卷制或疊加制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；按照鑄造工藝要求制作鑄型，把鉬絲立體網(wǎng)狀骨架預(yù)置在鑄型型腔中；冶煉高錳鋼，得到液態(tài)高錳鋼澆入鑄型中，冷卻清理后得到鉬絲-高錳鋼二元材料預(yù)制體；把鉬絲-高錳鋼二元材料預(yù)制體置入熱處理爐，加溫到碳化物形成溫度進(jìn)行保溫，獲得碳化鉬顆粒增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料。用該方法制備的復(fù)合材料充分發(fā)揮了碳化鉬硬質(zhì)相的高耐磨性能和高錳鋼的良好韌性，調(diào)控方便，工藝可靠，解決了復(fù)合材料反應(yīng)不完全，增強(qiáng)相顆粒分布不均勻，增強(qiáng)相界面污染弱化等難題，可廣泛應(yīng)用于礦山、電力、冶金、煤炭、建材等耐磨領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C101/02GK101705444SQ20091021887
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者劉文剛, 岑啟宏, 徐英鴿, 牛立斌, 蔡安江, 許云華, 馬幼平 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)