專利名稱：用直孔合金粉末壓片制備wc顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含WC顆粒的直孔合金粉末壓片的制備工藝以及用該壓片制備WC 顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料的工藝，屬于顆粒增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高錳鋼的耐磨性是通過其工件的表面在受到?jīng)_擊力作用時表面組織產(chǎn)生形變誘發(fā)馬氏體，即加工硬化表現(xiàn)出來的。沖擊力越大，加工硬化作用的效果越顯著，高錳鋼的耐磨性就越好。然而，高錳鋼工件在通常的服役環(huán)境中受到的主要是中、低應(yīng)力的作用。因此， 其表面加工硬化的程度有限，由初始硬度的HB200提高到硬化后的HB450-550。結(jié)果，高錳鋼的耐磨性并不理想。為了改善高錳鋼的耐磨性，目前通常采用的方法是高錳鋼表面改性處理，即通過多種工藝方法如熱噴涂、堆焊、激光熔覆和等離子表面鑄滲等在高錳鋼工件的表面上形成一層厚度約2um至5mm的、含有大量高硬度碳化物的、具有高硬度的改性合金層。本發(fā)明專利介紹的是一種利用真空消失模鑄滲的方法V-EPC制備顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料的方法。發(fā)明內(nèi)容·
本發(fā)明的目的在于提供一種含WC顆粒的直孔合金粉末壓片的制備工藝以及用該壓片制備WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料的工藝。通過采用直孔合金粉末壓片結(jié)合 V-EPC真空消失模鑄造在高錳鋼工件的工作表面上制備出一層厚度達(dá)5mm以上的以高硬度 WC增強(qiáng)顆粒為主的、復(fù)合層組織致密、沒有殘渣和氣孔的復(fù)合層，從而，使高錳鋼工件具有優(yōu)異的耐磨性能。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，其步驟如下(I)選取粒度20-50目WC粉、150-200目高碳鉻鐵粉、150-200目高溫粘結(jié)劑粉末和 150-200目硼砂粉組成合金粉末；合金粉末的配比如表I所示。
表I.合合金粉末涂料配方(vol%)WC粉高碳鉻鐵粉硼砂粉局溫粘結(jié)劑粉末30-5545-593-52-3(2)在球磨機(jī)中把合金粉末混合15-30min，料球比10:1，然后加入2_3%有機(jī)常溫粘結(jié)劑制成濕料；(3)將濕料倒入成型模具中，在液壓機(jī)上壓制成含有Φ3-6πιπι直孔的壓片，壓片厚 5-15mm，壓力為10_30MPa。壓片中孔的大小和數(shù)目可根據(jù)對壓片的厚度和對表面復(fù)合材料耐磨性要求而定。壓片厚度越小，孔的尺寸越大；孔的數(shù)目越多，表面復(fù)合材料的耐磨性提高的幅度越小；(4)成形壓片在小于80°C的溫度下烘烤干燥。將干燥后的壓片與泡沫塑料模型對應(yīng)鑄件需要復(fù)合的部位粘合。然后，整個EPS模樣外掛防粘砂涂料并在小于50° C的溫度下烘烤24小時，也可在自然環(huán)境中充分干燥，以徹底去除EPS模樣中的水分；(5 )將干燥后的EPS模樣連同澆冒口棒一起埋入V-EPC真空消失模鑄造轉(zhuǎn)用砂箱中，用 40 50目的干石英砂填埋。然后，將之置于振實(shí)臺上振動緊實(shí)。砂箱表面用一層塑料薄膜覆蓋以密封。當(dāng)高錳鋼鋼水成分和溫度符合要求后，插鋁脫氧，并將鋼水澆入到砂箱中；(6)鑄件冷卻到室溫后從砂箱中取出。打掉澆冒口，并進(jìn)行表面清砂處理。
在復(fù)合材料的復(fù)合層中，未熔WC增強(qiáng)顆粒的體積百分?jǐn)?shù)為15_30vol. %，復(fù)合層組織致密、沒有殘渣、氣孔等缺陷，復(fù)合層厚度達(dá)5-15mm。
觀察發(fā)現(xiàn)在制備的WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料中原壓片中的直孔已經(jīng)被高錳鋼液填充，WC增強(qiáng)顆粒主要分布在孔周圍的基體中。由于高錳鋼鋼水在直孔壓片中流動通暢，易于排氣和排渣。所以，采用直孔合金粉末壓片制備的WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料具有復(fù)合層組織致密、復(fù)合層與基體結(jié)合牢固、沒有殘渣、氣孔和復(fù)合層厚度大等明顯優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施方式
操作流程如圖I。
實(shí)施例I將WC粉、高碳鉻鐵粉、高溫粘結(jié)劑粉和硼砂粉等按照表I配方稱量并加入球磨機(jī)中， 充分混合15min，料球比10: I。之后，加入2-3vol%常溫有機(jī)粘結(jié)劑攪拌制成合金粉末濕料。在液壓機(jī)上將合金粉末濕料倒入模具中，壓制成含有眾多Φ3-6_的直孔壓片，壓片厚 5-15mm，壓力為10-30MPa。壓片干燥后與泡沫塑料模型對應(yīng)鑄件需要復(fù)合的部位粘合。然后，整個EPS模樣外掛約2mm厚的鎂砂粉防粘砂涂料，在< 50°C的烘箱內(nèi)干燥24小時，也可在自然環(huán)境中充分干燥。
將EPS模樣及澆注系統(tǒng)置于消失模(V-EPC)專用砂箱中，用40 50目的干石英砂填埋。然后，將之置于振實(shí)臺上振動緊實(shí)。砂箱的上部用塑料薄膜覆蓋，并安放澆口杯， 其后抽真空等待澆注。
高錳鋼鋼水在中頻感應(yīng)爐中熔煉，脫氧后扒渣、測溫、澆注成型。待鑄件冷卻到室溫后，從砂型中翻出鑄件，割掉水冒口。清理掉鑄件表面的粘砂和涂料就可以制成WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料。
實(shí)施例2將WC粉、高碳鉻鐵粉、高溫粘結(jié)劑粉和硼砂粉等按照表I配方稱量并加入球磨機(jī)中,加入球磨機(jī)中充分混合15min，料球比10: I。之后，加入2_3vol%常溫有機(jī)粘結(jié)劑攪拌制成合金粉末濕料。在液壓機(jī)上將合金粉末濕料倒入模具中，壓制成含有眾多Φ3-6_的直孔壓片，壓片厚5-15mm，壓力為10_30MPa。壓片干燥后與泡沫塑料模型對應(yīng)鑄件需要復(fù)合的部位粘合。然后，整個EPS模樣外掛約2mm厚的鎂砂粉防粘砂涂料，在< 50°C的烘箱內(nèi)干燥 24小時，也可在自然環(huán)境中充分干燥。
將EPS模樣及澆注系統(tǒng)置于消失模(V-EPC)專用砂箱中，用40 50目的干石英砂填埋。然后，將之置于振實(shí)臺上振動緊實(shí)。砂箱的上部用塑料薄膜覆蓋，并安放澆口杯， 其后抽真空等待澆注。
高錳鋼鋼水在電弧爐中熔煉，脫氧后扒渣、測溫、澆注成型。待鑄件冷卻到室溫后， 從砂型中翻出鑄件，割掉水冒口。清理掉鑄件表面的粘砂和涂料就可以制成WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.采用直孔合金粉末壓片制備WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料的方法，其特征在于步驟如下(1)合金粉末組成為20-50目WC粉30-55vol%、150-200目高碳鉻鐵粉45_59vol%、 100-200目硼砂粉3-5vol%和150-200目高溫粘結(jié)劑粉末2_3vol% ;(2)在球磨機(jī)中把合金粉末混合15-20min，料球比10:1，然后加入2_3%有機(jī)常溫粘結(jié)劑制成濕料；(3)將濕料倒入成型模具中，在液壓機(jī)上壓制成含有眾多Φ3-6πιπι直孔的合金粉末壓片，壓片厚度5-15mm，壓力為10_30MPa ；(4)將成形壓片在小于80°C的溫度下烘干；干燥后的直孔壓片粘貼在泡沫塑料EPS模型對應(yīng)鑄件需要強(qiáng)化的部位上，然后，整個 EPS模樣外掛防粘砂涂料并小于50° C的溫度下烘干；(5)將干燥后的EPS模樣連同澆冒口棒一起埋入V-EPC真空消失模鑄造轉(zhuǎn)用砂箱中， 用40 50目的干石英砂填埋，然后，將之置于振實(shí)臺上振動緊實(shí)，砂箱表面用一層塑料薄膜覆蓋以密封，當(dāng)高錳鋼鋼水成分和溫度符合要求后，插鋁脫氧，并將鋼水澆入到砂箱中；(6)高錳鋼鑄件冷卻到室溫后從砂箱中取出，打掉澆冒口，并進(jìn)行表面清砂處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含WC顆粒的直孔合金粉末壓片的制備工藝以及用該壓片制備WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基表面復(fù)合材料的方法。該方法以WC顆粒、高碳鉻鐵粉、硼砂粉、有機(jī)常溫粘結(jié)劑和高溫粘結(jié)劑按照一定的比例配制成合金粉濕料。然后，將該濕料在成型模具中壓制成一定厚度的直孔壓片，烘干并將其粘貼在泡沫塑料EPS模型對應(yīng)鑄件需要強(qiáng)化的部位上。之后，外掛防粘砂涂料制備出EPS模樣。在中頻感應(yīng)電爐或電弧爐中熔煉高錳鋼鋼水，采用V-EPC真空消失模鑄造的方法使鑄件成型并合成復(fù)合材料。采用直孔合金粉末壓片制備的WC顆粒增強(qiáng)高錳鋼基復(fù)合材料具有復(fù)合層組織致密、復(fù)合層與基體結(jié)合牢固、沒有殘渣、氣孔和復(fù)合層厚度大等明顯優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B22D19/00GK102935501SQ20121041087
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者郭長慶 申請人:江蘇大學(xué)