專利名稱：合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷復合材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合材料的制造方法，具體地說，是合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷復合材料的制造方法；屬于機械材料制造技術領域。
背景技術：
在礦山用來采礦的機械因為磨損消耗量巨大，每年僅磨料磨損消耗的金屬耐磨材料達到300多萬噸。經(jīng)濟損失在1000億元以上。主要原因是多數(shù)工作部件采用金屬制造，而在礦山面對的工作對象是硬度較高的非金屬，前者的硬度比較后者低得多，許多礦區(qū)用于礦石破碎的破碎機的錘頭質(zhì)量僅用幾天就需要更換，導致成本增加停工損失。復雜的工作對象和惡劣的工況條件，要求加工部件的材料應該在硬度方面與之對應甚至高于工作對象，單一的金屬合金材料已經(jīng)難以適應，特別是工作部件的打擊面應該采用硬度高的陶瓷材料，而在位于非工作面的材料則不需要高硬度，只要硬度適中和較高的韌性即可。作者康樂等人在《熱加工工藝》2010年12期刊登的“新型金屬-陶瓷耐磨材料的應用研究”論文指出通過機械加工方法將氧化鋁陶瓷片嵌入金屬基體中，磨損實驗結果，金屬-陶瓷復合材料與高鉻合金白口鑄鐵材料相比，耐磨性提高了 3倍以上。該復合材料在某電廠的輸煤管上與普通鑄鋼襯板進行對比試驗。普通鑄鋼襯板運轉1440h已基本失效，而金屬-陶瓷復合襯板至少可運轉7200 h0金屬陶瓷復合襯板具有耐磨性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但復合技術屬于機械加工范疇，效率低，難以大批量生產(chǎn)。鄧剛等人在2004年第八期《機械工程材料》刊登的“離心鑄造鐵基梯度功能復合材料”論文指出利用離心力場中強化相質(zhì)點與液態(tài)金屬熔體之間的密度差異引起的質(zhì)點偏析現(xiàn)象，制備出強化相成梯度分布的功能材料，復合材料表層和基體硬度分別達到63-65HRC和50-55HRC ;用WC顆粒和Fe-C合金液同步澆注，可獲得表層為18 25mm的復合材料，WC顆粒體積分數(shù)約70% ;但是離心鑄造法只能生產(chǎn)環(huán)狀的鑄件，不能用形態(tài)復雜的鑄件的指定部位進行硬化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種產(chǎn)品硬度高，使用壽命長的合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷復合材料的制造方法。本發(fā)明的技術方案是這樣的一種鋯剛玉陶瓷球-低合金鋼復合材料的制造方法，其特征在于，包括下述步驟1)預制鑲鑄鋯剛玉陶瓷塊將氧化鋯粉、氧化鋁粉和硬脂酸充分混合后填充到模具內(nèi)，填充過程中分層加入不銹鋼纖維，壓制成型，經(jīng)過燒結制成鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊；其中，氧化鋯粉、氧化鋁粉、不銹鋼纖維和硬脂酸按重量比為2-4 6-8 0.5 O. 05 ；2)加工鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的保護殼將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊套在鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊上；3 )涂料配制和涂料涂敷
將牌號FeV50的釩鐵經(jīng)過破碎、球磨制成釩鐵粉。將釩鐵粉、水玻璃粘結劑、水混合后充分攪拌制成涂料，將套有鋼管的鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊浸在涂料中，取出干燥；其中釩鐵粉、水玻璃粘結劑、水重量比為9-11 :1:1;4)制作固定鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的鋼板根據(jù)鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊保護鋼管的尺寸，在鋼板上沖孔，孔的數(shù)量多于需要安裝的鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的數(shù)量，兩塊沖過孔的鋼板將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊固定，其他剩下的孔用作澆注金屬的通道；5)安裝鋼板將安裝有鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的兩塊鋼板，放在鑄型對應的位置，用鐵釘將鋼板固 定在鑄型內(nèi)；6)熔化合金鋼，將合金液體澆入鑄型，液體通過鑄型內(nèi)的空腔和固定鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的鋼板上的孔，對鑄型進行充型，合金鋼液體將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊包圍，釩鐵涂料中的釩原子在鋼的液體中擴散，凝固后形成內(nèi)部含有鋯剛玉陶瓷的鑄件，且在鋯剛玉陶瓷與合金鋼的界面區(qū)域產(chǎn)生碳化釩顆粒。上述的合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷形成復合材料的制造方法，所述的合金鋼硬度200HB ;所述的鋯剛玉陶瓷硬度2400HV。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的復合耐磨材料，將高硬度鋯剛玉陶瓷用作硬化材料，用合金鋼作為產(chǎn)品的基體材料，在產(chǎn)品內(nèi)部按照需要分布著塊狀的鋯剛玉鑲嵌體，鋯剛玉陶瓷和金屬基體共同構成耐磨復合材料，二者配合各自發(fā)揮其作用避免了單一金屬功能不全面的問題，按相同體積計算，鋯剛玉陶瓷塊的成本比合金鋼的成本稍有增加，因此可以在產(chǎn)品成本增加量允許的條件下，大幅度提高產(chǎn)品的使用壽命，為生產(chǎn)企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。該材料采用鑄造工藝制造而成。鋯剛玉陶瓷分布在產(chǎn)品需要承受磨損的區(qū)域。陶瓷體距離產(chǎn)品表面8-10mm，在8_10mm區(qū)域的材料為合金，而合金鋼的硬度僅僅200HB，鋯剛玉陶瓷硬度達到2400HV，HB硬度與HV硬度相比約1:1，鋯剛玉陶瓷硬度是合金鋼的10倍左右。當材料用于制造機械耐磨部件時，鑄件表面的8-lOmm的合金層被磨損后，硬度極高的鋯剛玉陶瓷和碳化釩顆粒將發(fā)揮抵抗物料磨損的功能，提高了部件的使用壽命。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步的描述，但其不代表為本發(fā)明的唯一實施方式。本發(fā)明的合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷復合材料的制造方法，首先制作一個金屬模具，用于壓制鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊；配置制作鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的粉料，包括氧化鋯粉、氧化鋁粉、不銹鋼纖維和硬脂酸，其中氧化鋯粉、氧化鋁粉的粒度為S 50 μ m，不銹鋼纖維直徑<O. 2mm，氧化鋁粉是鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的主要材料，氧化鋯粉起到對氧化鋁組織的第一增韌作用，不銹鋼纖維用作第二增韌作用，硬脂酸用作材料壓力成型時的潤滑劑；將氧化鋯粉、氧化鋁粉和硬脂酸混合均勻，分次加入金屬模具中，每次中間，將不銹鋼纖維逐層水平放入模具內(nèi)的材料中間，材料按定量加完后，壓力機對模具中的物料進行壓制，壓力值3 50兆帕。將陶瓷坯體置入燒結爐內(nèi)，按照10°C /min的升溫速率，將爐溫升至1350°C，保溫4h,隨爐冷卻至室溫出爐。將內(nèi)尺寸與鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊外尺寸相對應的鋼管進行切割，其長度與鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的長度一致，將切割好的鋼管套在鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊上，鋼管與陶瓷塊形成緊配合，防止運輸過程中二者脫開，涂敷釩鐵涂料、干燥。制造用于裝配鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的支撐架，該支撐架采用兩個經(jīng)過沖孔的鋼板而成，鋼板中的孔與內(nèi)套有陶瓷塊的鋼管外部尺寸一致，將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊裝在兩塊鋼板的孔中，陶瓷塊被固定，然后在用鐵釘將鋼板固定在砂型內(nèi)，陶瓷鑲鑄塊距離鑄型型壁8-10mmo熔化合金，合金牌號是Mnl3。鋼液熔化溫度1550°C-1600°C，鋼液澆注溫度1500。。。將澆注冷卻形成后的鑄件置入熱處理爐中，加熱至1050°C，保溫4h，升溫至1100°C以上，快速放入冷水中進行水韌處理，以消除金屬基體晶粒界面上的碳化物，增強材料的韌性。本發(fā)明的梯度耐磨材料，是在合金鋼的基體上根據(jù)需要在某一部位或多個部位鑲鑄鋯剛玉陶瓷塊，其他部位仍然為合金組織，陶瓷塊具有高的硬度，合金組織具有較好的韌性，二者配合各自發(fā)揮其作用避免了單一金屬功能不全面的問題，按相同體積計算，鋯剛玉陶瓷塊的成本比合金鋼的成本稍有增加，因此可以在產(chǎn)品成本增加量允許的條件下，大幅度提高產(chǎn)品的使用壽命，為生產(chǎn)企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。本發(fā)明與單一合金鋼的成本和耐磨性能比較見表一。表一
權利要求
1.一種合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷形成復合材料的制造方法，其特征在于，依次包括下述步驟 1)預制鑲鑄鋯剛玉陶瓷塊 將氧化鋯粉、氧化鋁粉和硬脂酸充分混合后填充到模具內(nèi)，填充過程中分層加入不銹鋼纖維，壓制成型，經(jīng)過燒結制成鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊； 其中，氧化鋯粉、氧化鋁粉、不銹鋼纖維和硬脂酸按重量比為2-4 : 6-8 : 0.5 : 0. 05； 2)加工鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的保護殼 將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊套在鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊上； 3)涂料配制和涂料涂敷 將釩鐵粉、水玻璃粘結劑、水混合后充分攪拌制成涂料，將套有鋼管的鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊浸在涂料中，取出干燥； 其中釩鐵粉、水玻璃粘結劑、水重量比為9-11 :1:1; 4)制作固定鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的鋼板 根據(jù)鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊保護鋼管的尺寸，在鋼板上沖孔，孔的數(shù)量多于需要安裝的鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的數(shù)量，兩塊沖過孔的鋼板將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊固定，其他剩下的孔用作澆注金屬的通道； 5)安裝鋼板 將安裝有鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的兩塊鋼板，放在鑄型對應的位置，用鐵釘將鋼板固定在鑄型內(nèi)； 6)熔化Mnl3合金鋼，將合金液體澆入鑄型，液體通過鑄型內(nèi)的空腔和固定鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的鋼板上的孔，對鑄型進行充型，合金鋼液體將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊包圍，釩鐵涂料中的釩原子在鋼的液體中擴散，凝固后形成內(nèi)部含有鋯剛玉陶瓷的鑄件，且在鋯剛玉陶瓷與合金鋼的界面區(qū)域產(chǎn)生碳化釩顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷形成復合材料的制造方法，其特征在于，所述的合金鋼硬度200HB。
3.根據(jù)權利要求1所述的合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷形成復合材料的制造方法，其特征在于，所述的鋯剛玉陶瓷硬度2400HV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合金鋼鑲鑄鋯剛玉陶瓷形成復合材料的制造方法，旨在提供一種不大幅度提高產(chǎn)品的使用壽命的復合耐磨材料制造方法；其制備方法1)預制鑲鑄鋯剛玉陶瓷塊；2)加工鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的保護殼；3)涂料配制和涂料涂敷；4)制作固定鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的鋼板；5)澆鑄鋼板；6)熔化合金鋼，將合金液體澆入鑄型，液體通過鑄型內(nèi)的空腔和固定鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊的鋼板上的孔，對鑄型進行充型，合金鋼液體將鋯剛玉陶瓷鑲鑄塊包圍，釩鐵涂料中的釩原子在鋼的液體中擴散，凝固后形成內(nèi)部含有鋯剛玉陶瓷的鑄件，且在鋯剛玉陶瓷與合金鋼的界面區(qū)域產(chǎn)生碳化釩顆粒；屬于機械材料制備技術領域。
文檔編號B22D19/00GK103008615SQ20121052577
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權日2012年12月6日
發(fā)明者曾輝, 黃傳福, 溫建平, 張海 申請人:嘉應學院