專利名稱：合金制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種合金制備裝置。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金作為一種高耐磨材料，由于所具有的高硬度、高強(qiáng)度和高的耐磨性而廣泛地應(yīng)用于刃具、模具、鑿具、地質(zhì)鉆探和冶金軋輥等各種高抗磨壩的領(lǐng)域。傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金是用鈷做粘接劑，經(jīng)粉末冶金燒結(jié)工藝制造而成的。而鈷是稀缺的戰(zhàn)略物質(zhì)，價(jià)格高。近年來，由于世界工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈷的需求量越來越大，導(dǎo)致全球性鈷供不應(yīng)求，鈷價(jià)及番暴漲，使以鈷為主要原料的硬質(zhì)合金價(jià)格也隨之大幅度上漲，使本來就昂貴的硬質(zhì)合金的價(jià)格更加昂貴。同時(shí)，由于硬質(zhì)合金屬于高脆性材料，無法用于制作受沖擊力大的易磨壩件，且整體硬質(zhì)合金件還存在著造價(jià)高，一次性投資大的弊端。因此，從降低成本，提高工作性能和使用壽命考慮，人們?cè)诓粩嗟亻_發(fā)硬質(zhì)合金復(fù)合技術(shù)。但是由于使用鈷所制造的硬質(zhì)合金基體WC對(duì)鋼(鐵)的潤濕性不佳，且與鋼(鐵)的物理性能差異懸殊較大(如線膨脹系數(shù)二者之比近于1: 2)，所以兩種材料間的結(jié)合往往不能充分接觸，從二給它們的復(fù)合帶來相當(dāng)大的困難。因線膨脹系數(shù)的差異所引起的較大的殘余應(yīng)力，常導(dǎo)致復(fù)合工件的破裂，使其不能作為復(fù)合件使用。雖然可以通過增加鈷的含量來改善線膨脹系數(shù)差，但是鈷的增加除提高產(chǎn)品價(jià)格外，還由于過高的鈷含量使硬質(zhì)合金的硬度降低，抗磨性減小，且抗氧化性能力低，易出現(xiàn)龜裂。如何提高硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)，改善其性能是一個(gè)長期困擾材料工作者而難以根治的癥結(jié)。文獻(xiàn)《硬質(zhì)合金》雜志(1996年第4期第213-215頁)中報(bào)導(dǎo)了《硬質(zhì)合金輥環(huán)的試制》，該報(bào)導(dǎo)中公開了幾種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥的復(fù)合工藝，其中熱裝法是利用內(nèi)層的過盈量，通過加熱外層進(jìn)行熱裝而使內(nèi)外層固定在一起的。但硬質(zhì)合金內(nèi)外環(huán)必須有一定的厚度，以免在內(nèi)環(huán)張力的作用下破裂。因而用此法生產(chǎn)的復(fù)合輥環(huán)其硬質(zhì)合金的節(jié)約量是有限的；膠結(jié)法是用環(huán)氧樹脂之類的強(qiáng)力膠把內(nèi)外環(huán)粘結(jié)在一起。但用此法生產(chǎn)的復(fù)合輥不宜在高溫、高壓力下使用；焊接法是通過真空加熱爐將內(nèi)外環(huán)間預(yù)置的焊料熔融，把內(nèi)外環(huán)結(jié)合為一體。但焊接用硬質(zhì)合金中WC的含量受到限制，因而外環(huán)的硬度較低，且氣孔率較高；熱等靜壓法是通過裝入同一金屬包套內(nèi)外層的鐵粉和硬質(zhì)合金粉，在高壓高溫下經(jīng)熱等靜壓成復(fù)合輥坯。該工藝所制造的復(fù)合輥環(huán)存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，需在熱等靜壓后緩慢降溫，并采用后續(xù)熱處理加以消除。該工藝如果內(nèi)外層間的膨脹系數(shù)相差過大還需在內(nèi)外環(huán)間加一層過度材料而后再壓。同時(shí)，該工藝還存在著設(shè)備投資大，制造工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，生產(chǎn)成本高等缺陷；鑄造法(包括離心鑄造法)是在鑄造前先將需結(jié)合的硬質(zhì)合金環(huán)的結(jié)合面上鍍上一層金屬鎳作為過渡層，內(nèi)外環(huán)采用鑄鋼、鑄鐵材質(zhì)，以澆注的方法與外環(huán)結(jié)合成一個(gè)整體。但由于受鍍層厚度和鍍層質(zhì)量的影響，仍然沒有徹底解決兩種材料間的線膨脹系數(shù)差的問題，使實(shí)際生產(chǎn)中的成功率很低，至今尚沒有成功應(yīng)用于生產(chǎn)的報(bào)導(dǎo)。我國92101435.X號(hào)發(fā)明專利中公開了瑞典桑德維克公司所申請(qǐng)的一種《含有燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵軋輥及其制備方法》，該方法是通過離心鑄造法鑄入鐵的合金的軋輥主體的一個(gè)或幾各燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)。該鑄造合金主要包括石墨鑄鐵，在鑄造后含有殘余奧氏體。為了減少或完全消除由于鑄造后冷卻引起的鑄鐵和燒結(jié)硬質(zhì)合金之間的局部收縮，該殘余奧氏體在隨后的一次或多次熱處理中，在體積增加的情況下，全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕秦愂象w的組織。然而這種熱處理工藝復(fù)雜，成本高且費(fèi)時(shí)，所需的鑲鑄比大(一般要大于10以上)，技術(shù)難度大，難以掌握。且所使用的硬質(zhì)合金仍然是以大量的鈷做粘結(jié)劑。因而仍然存在著硬質(zhì)合金的造價(jià)高，硬質(zhì)合金基體WC與基體鋼(鐵)的潤濕性差，兩種材料間的線膨脹系數(shù)差異大，制造中易使兩種材料的結(jié)合面不能得到充分熔合等缺陷。目前，在上述各種硬質(zhì)合金復(fù)合制造工藝中，較成功并在工業(yè)生產(chǎn)中有應(yīng)用產(chǎn)品的方法是鑄造法。但目前所采用的各種鑲鑄復(fù)合工藝為了防止硬質(zhì)合金氧化和做到硬質(zhì)合金的精確定位，對(duì)硬質(zhì)合金均不采用預(yù)熱工藝處理。由鑲鑄原理可知，兩種材料間如果要形成冶金結(jié)合層，其鑲鑄比必須大于10以上，當(dāng)鑲鑄比小于10時(shí)，復(fù)合界面將不能形成完整的冶金結(jié)合層，從而限制了應(yīng)用領(lǐng)域。目前所使用的硬質(zhì)合金均使用大量的鈷做粘結(jié)劑或在粘結(jié)劑中添加部分鎳、鉻，致使硬質(zhì)合金的價(jià)格昂貴，且還存在著硬質(zhì)合金的基體WC與基體鋼(鐵)的潤濕性差，兩種材料間的線膨脹系數(shù)相差大，制造中易使兩種材料間的結(jié)合界面不能得到充分熔合等缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有復(fù)合工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)備造價(jià)低，復(fù)合產(chǎn)品性能好，生產(chǎn)成本低的合金制備裝置。解決其技術(shù)問題的設(shè)備方案是:一種合金制備裝置，該裝置由鑄模、電磁感應(yīng)加熱器和水冷底座組成，所述電磁感應(yīng)加熱器安裝在所述鑄模的外部，所述水冷底座連接在所述鑄模的底部，在所述鑄模的底部還設(shè)置有金屬底板，在所述水冷底座的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管，在所述水冷底座的上部安裝有出水管，在鑄模的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間還根據(jù)需要安裝有金屬隔板。進(jìn)一步的，所述鑄?？捎赡突鸩牧稀⑹牧?、導(dǎo)磁材料制作、耐熱鋼、或耐熱鐵制作。進(jìn)一步的，所述鑄模底部由耐火材料直接制作。進(jìn)一步的，所述鑄模為圓形或者矩形。本實(shí)用新型由于采用電磁感應(yīng)加熱器在模內(nèi)直接對(duì)所需復(fù)合的硬質(zhì)合金進(jìn)行加熱，有利于硬質(zhì)合金的準(zhǔn)確定位，減少了由于型外加熱所來回移動(dòng)工件的工序，具有加熱速度快，熱效率高，金屬不易氧化，有利于界面的冶金結(jié)合；澆注過程中繼續(xù)加熱，可以利用電磁攪拌作用，增加液態(tài)金屬對(duì)硬質(zhì)合金表面的沖刷，促進(jìn)兩者之間的物質(zhì)和能量交流，從而可以大大提高界面的冶金結(jié)合；在鑄模底部使用水冷底座(金屬板)可以加快復(fù)合基體金屬的冷卻速度，實(shí)現(xiàn)至下而上的順序凝固，結(jié)晶組織優(yōu)良，通過感應(yīng)加熱有利于上部金屬液對(duì)凝固金屬的流動(dòng)補(bǔ)縮，可以實(shí)現(xiàn)各種成分的硬質(zhì)合金的復(fù)合。因此，采用本實(shí)用新型，其復(fù)合工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)備造價(jià)低，復(fù)合產(chǎn)品性能好,生產(chǎn)成本低。

[0014]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，在附圖中:圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例。圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例。圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例。圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例。圖5為本發(fā)明第五實(shí)施例。圖6為本發(fā)明第六實(shí)施例。圖7為本發(fā)明第七實(shí)施例。圖8為本發(fā)明第八實(shí)施例。圖9為本發(fā)明第九實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:該設(shè)備由鑄模、電磁感應(yīng)加熱器和水冷底座組成，在鑄模的外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器，在鑄模的底部連接有水冷底座、金屬底板，在水冷底座的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管，上部安裝有出水管，在鑄模的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間還根據(jù)需要安裝有金屬隔板。當(dāng)使用電磁感應(yīng)加熱器時(shí)，鑄模材料可由耐火材料、石墨材料或?qū)Т挪牧现谱鳎?dāng)不使用電磁感應(yīng)加熱器時(shí)，鑄模材料可由耐火材料、石墨材料或耐熱鋼、耐熱鐵制作。鑄模底部由耐火材料直接制作，不安裝在水冷底座上。鑄模即可以是圓形，亦可以是矩形、長方型各種幾何形狀的整體結(jié)構(gòu)或雙開合哈復(fù)式結(jié)構(gòu)或組合式結(jié)構(gòu)。在圖1中，將10% -40%的含有以下成分和百分比的高鉻鑄鐵或改進(jìn)型高鉻鑄鐵作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)劑:(I)Cl.5-3.8%，Cr 15-27%，余 Fe ;(2) Cl.5-3.8%，Cr 15-27%，Ni0.4-2.5%，余 Fe ; (3) Cl.5-3.8 %，Cr 15-27 %，Co0.5-3 %，Mo0.4-3 %，V0.2-2 %，余 Fe ;(4)在上述各成分的合金中還可以加入適量鈰或鑭或釔等成分的稀土及稀土合金的高鉻鑄鐵和改進(jìn)型高鉻鑄鐵合金。將含量為90% -60%的含有以下成分和百分比的硬質(zhì)合金顆粒作為硬質(zhì)相。⑴WC 顆粒 100%;(2) TiC 顆粒 100% ;(3) WC 顆粒 70 % -90% ；TiC 顆粒 30%-10% ;(4)在上述硬質(zhì)合金顆粒中還可以加入總量為8%以下的TaC或10%以下的NbC ;(5)在上述各成分中的硬質(zhì)合金顆粒中加入總量為4%以下的VC、或硼化物或氮化物顆粒，或在上述各組分中的硬質(zhì)合金中還可以加入總量為0.1% -2%的硬質(zhì)合金和高鉻鑄鐵晶粒長大抑制劑VC、Cr3C2、Mo2C，或其中的任何一種。將上述組分的粘結(jié)劑按所需百分比和上述組分的硬質(zhì)合金顆粒按所需百分比進(jìn)行配比，其兩種材料的合計(jì)組成比為100%。將所配制好的上述組分的硬質(zhì)合金經(jīng)濕磨、參蠟(或參膠)、烘干、壓制成型、高溫?zé)Y(jié)(保護(hù)氣氛燒結(jié)、真空燒結(jié)、等靜壓燒結(jié))后制造成所需形狀和尺寸的硬質(zhì)合金。實(shí)施例2:在圖2中，該設(shè)備由用耐火材料制成的鑄模4，在鑄模4的外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器5，鑄模4的底部連接有水冷箱底座6，在水冷箱底座6的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管8，在水冷箱底座6的任一側(cè)面的頂部安裝有出水管7，在鑄模4的頂部連接有澆注保溫冒口 I。工作開始時(shí)，將上述各成分中的任何一種硬質(zhì)合金3經(jīng)表面清洗和去除氧化物后烘干，在其需復(fù)合的部位的表面上涂覆一層l_4mm厚的鑄鐵粉9或含有2% -10%的鎳的鐵粉9或含有10% -50% WC等硬質(zhì)合金顆粒的鐵粉或含有2% -10%鎳的鐵粉或含有10% -50% WC等硬質(zhì)合金顆粒、2% -10%鎳、2% -15%鉻及1% -5%的鑰和其它合金的鐵粉9 (或不涂覆上述各成分的鐵粉9)，固定在外部安裝有電磁感應(yīng)加熱器5的鑄模4中的所需位置尺寸上，將鑄模4安裝在水冷底座(或金屬底板)6上，在鑄模4的中心設(shè)有一澆注保溫冒口 1，打開進(jìn)水閥門將冷卻水通過進(jìn)水8進(jìn)入水冷底座6，然后通過出水管7流出，啟動(dòng)電磁感應(yīng)加熱器5，對(duì)鑄模4內(nèi)的硬質(zhì)合金3進(jìn)行感應(yīng)加熱，當(dāng)加熱到400-1250度時(shí)，將熔化好的含有 Cl.5-3.8%, Cr 15-25%，余為鐵，或含有 Cl.5-3.8%, Crl5-25%, Ni2_5.5%,余為鐵的高鉻鑄鐵 2，或含有 C2.5-3.8 %, Sil.5-2.5 %, Mn0.2-0.6 %, Ni3_5.5 %,Mo0.1-0.4%,Mg0.04-0.06%，余為鐵的球墨鑄鐵2，加熱到1400-1550度后，經(jīng)澆注保溫冒口 I澆入到鑄模4中，電磁感應(yīng)加熱器5繼續(xù)加熱，鑄模4充滿后，電磁感應(yīng)加熱器5在繼續(xù)加熱3-20分鐘后停止加熱，以獲得硬質(zhì)合金3與基體金屬材料2之間1-5_寬的過度層21，實(shí)現(xiàn)兩種材料間的冶金結(jié)合。待鑄模4冷卻后，將鑄模4整體吊出，脫模，取出硬質(zhì)合金復(fù)合坯體，送入熱處理爐中進(jìn)行球化退火處理，以消除鑄造應(yīng)力和轉(zhuǎn)變基體金屬的鑄態(tài)組織。采用上述工藝同時(shí)還可以對(duì)各種用鈷或鈷和鎳、鉻合金的混合體做粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金或其它各種金屬材料進(jìn)行雙金屬復(fù)合。實(shí)施例3:在圖3中，與圖2的不同點(diǎn)為在鑄模4內(nèi)安裝了 2個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)合金10，重復(fù)上述工藝過程，即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)硬質(zhì)合金的同時(shí)復(fù)合。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例2相同。略。實(shí)施例4:在圖4中，與圖2的不同點(diǎn)為鑄模4的底部是采用耐火材料直接制作，在鑄模4的底部不安裝水冷底座6。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例2相同。略。實(shí)施例5:在圖5中，與圖3的不同點(diǎn)為鑄模4的底部是采用耐火材料直接制作，在鑄模4的底部不安裝水冷底座6。其它過程及設(shè)備與實(shí)施例3相同。略。實(shí)施例6:在圖6中，與圖4的不同點(diǎn)為在鑄模4的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金3和10之間安裝一金屬隔板11，在鑄模內(nèi)的硬質(zhì)合金3和10與隔套、板11之間設(shè)有澆注口 14和保溫冒口 13，在鑄模的中心設(shè)有另一澆注保溫冒口 1，鑄模4的底部直接由耐火材料直接制作(也可安裝在水冷底座6的上面)，設(shè)備其它部分與實(shí)施例3相同。略。實(shí)施例7:在圖7中，與圖5的不同點(diǎn)為鑄模5的外部不安裝電磁感應(yīng)加熱器5，設(shè)備其它部分與實(shí)施例2相同。略。實(shí)施例8:在圖8中，與圖1的不同點(diǎn)為在鑄模4的頂部安裝有壓力機(jī)19，在壓力機(jī)19的下面連接有擠壓頭20，設(shè)備其它部分與實(shí)施例2相同。略。實(shí)施例9:在圖9中，與圖7的不同點(diǎn)為鑄模4安裝在尚心機(jī)上,設(shè)備其它部分與實(shí)施例2相同。略。
權(quán)利要求1.一種合金制備裝置，其特征在于:該裝置由鑄模、電磁感應(yīng)加熱器和水冷底座組成，所述電磁感應(yīng)加熱器安裝在所述鑄模的外部，所述水冷底座連接在所述鑄模的底部，在所述鑄模的底部還設(shè)置有金屬底板，在所述水冷底座的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管，在所述水冷底座的上部安裝有出水管，在鑄模的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間還根據(jù)需要安裝有金屬隔板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金制備裝置，其特征在于:所述鑄?？捎赡突鸩牧?、石墨材料、導(dǎo)磁材料、耐熱鋼、或耐熱鐵制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金制備裝置，其特征在于:所述鑄模底部由耐火材料直接制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合金制備裝置，其特征在于:所述鑄模為圓形或者矩形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種合金制備裝置，該裝置由鑄模、電磁感應(yīng)加熱器和水冷底座組成，所述電磁感應(yīng)加熱器安裝在所述鑄模的外部，所述水冷底座連接在所述鑄模的底部，在所述鑄模的底部還設(shè)置有金屬底板，在所述水冷底座的任一側(cè)面的底部安裝有進(jìn)水管，在所述水冷底座的上部安裝有出水管，在鑄模的內(nèi)腔與硬質(zhì)合金之間還根據(jù)需要安裝有金屬隔板。采用本實(shí)用新型，其復(fù)合工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)備造價(jià)低，復(fù)合產(chǎn)品性能好，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C22C1/00GK202989258SQ20132005703
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
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