氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料，所述复合陶瓷主要包括Al2O3，还包括蓝晶石、金红石、长石、莫来石和石英；所述复合陶瓷在钢基材料中均匀分布。其制备方法是：首先，将按质量比配置的钢的原料加入熔炼炉，加热；然后，将混合烘干的复合陶瓷的粉末加入熔炼炉；待陶瓷粉末及钢水完全熔化，即可浇铸出钢。采用上述技术方案，有效地降低了成本；因此，降低了高耐磨、耐蚀用钢总体生产成本；实现材料的整体强化，提高了耐磨性和耐蚀性；操作工艺简单，易于在工业上推广应用。

【技术实现步骤摘要】
氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料的
更具体地，本专利技术涉及氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料。另外，本专利技术还涉及该钢基材料的制备方法。
技术介绍
磨损是材料的主要破坏形式之一，其造成的经济损失相当惊人，中国每年因磨损消耗的钢材已达数百万吨。陶瓷材料具有耐热、耐磨、耐腐蚀等优良性能。陶瓷材料强化金属材料已成为研究的热点。现有技术中，涉及陶瓷增强的金属材料的方案有以下中国专利文献：CN101181741A：采用工业Ti-Fe粉和B4C粉作为反应物，按照一定比例混合压坯后置于铸件内，通过自蔓燃反应在金属内形成Ti2B、TiC陶瓷增强颗粒，达到强化金属的目的；CN101195888A：将Ti、Cr、C粉末用上述同样的方法加入铸件中，得到了(Ti、Cr)C、Cr7C3为陶瓷强化相的钢基复合材料；CN101214541A：采用Ni、Ti和B4C压块制备了Ti2B、TiC陶瓷颗粒局部强化的锰钢；CN102366829A：采用不同粒度的Al2O3颗粒强化提高钢的表面强度和耐磨性。采用的是在铸件表面添加Al2O3颗粒方法。由于Al2O3与钢存在界面结合问题，其强化效果达不到预想的目的。上述专利技术基本上是在铸造模型内预置可发生自蔓燃反应的压块，通过浇铸引燃反应生成Ti2B、TiC等在铸件的表面形成强化相；或是将陶瓷颗粒置于铸腔内，通过浇铸使陶瓷颗粒分布于工件的表面，以达到表面强化的目的，但不能实现材料的整体强化。并且在铸造型膜内发生自蔓燃反应，该反应不易控制，易导致放出大量气体，会导致铸件的孔洞增加，引起强度下降。另外，上述专利技术实现强化所采用的材料为Ti、Cr、B4C或规定目数的Al2O3粉末，其材料的成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料，其目的是以较低成本提高钢材的整体强度。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术的氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料，其中，所述复合陶瓷主要包括Al2O3；还包括蓝晶石、金红石和长石；或者，还包括蓝晶石、金红石、长石、莫来石和石英；所述复合陶瓷在钢基材料中均匀分布。所述复合陶瓷以粉末状加入钢基材料中熔炼，其粉末粒度为1μm～20μm。按质量计算，所述钢基材料中各成分的含量分别为：Al2O3：0.5％～8％，蓝晶石：0.3％～2％，TiO2(金红石)：1.0％～5％，长石：0.3％～2％，莫来石：0.2％～1％，石英：0.5％～2％，C：0.05％～0.3％，S≤0.02％，P≤0.02％；其余为Fe。本专利技术还提供以上所述氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料的制备方法，其技术方案是：首先，将按质量比配置的钢的原料加入熔炼炉，加热；然后，将混合烘干的复合陶瓷的粉末加入熔炼炉；待陶瓷粉末及钢水完全熔化，即可浇铸出钢。所述钢基材料采用中频炉冶炼。所述复合陶瓷的制备工艺是：按质量比例配置成陶瓷材料，配置好的陶瓷材料混合1h～6h后，烘干，形成所述复合陶瓷的粉末。所述钢的原料为废钢。所述氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料为铸态；或者为锻造态；或者为热轧态。本专利技术采用上述技术方案，其有益效果是：1、制备本专利技术的复合陶瓷钢基材料所用的原料，为废钢和矿物陶瓷原料，均在市场上容易获得，价格较低，与现有的钢基复合材料相比，有效地降低了原料成本；因此，降低了高耐磨、耐蚀用钢总体生产成本；2、采用中频炉冶炼，可将陶瓷材料充分溶入钢基体，实现材料的整体强化；材料的机械性能可以达到：屈服强度450MPa～900MPa、抗拉强度750MPa～1500MPa、断面收缩率15％～25％，延伸率25％～35％；材料的硬度为25～65HRC；冲击功为50J～150J；因此，本专利技术提供的是一种高耐磨、耐蚀的复合材料；3、上述复合陶瓷钢基材料可以是铸态、锻造状态、热轧态；上述制备方法的操作工艺简单，生产成本低廉，易于在工业上推广应用。附图说明图1是本专利技术中复合陶瓷含量为18％的钢基材料金相组织显微照片；图2是本专利技术中复合陶瓷含量为10％的钢基材料金相组织显微照片。具体实施方式下面结合附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。本专利技术涉及用复合陶瓷材料增强钢的强度的技术。为了实现以较低成本整体提高钢材强度的专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术所述复合陶瓷，以Al2O3陶瓷为主，通过添加蓝晶石、金红石、长石、莫来石和石英等，降低Al2O3的熔点；所述钢基材料以废钢为原料，采用中频熔炼，在熔炼过程中将复合陶瓷粉加入钢熔炼炉中，形成复合陶瓷均匀分布的陶瓷—钢基复合材料，提高材料的耐磨耐蚀性能，并可实现材料的整体强化，且成本较低。上述技术方案，1、解决了陶瓷材料低温下融化技术问题；2、解决了陶瓷比重与金属比重不等状态下，陶瓷材料悬浮性；3、以铁基为主体下陶瓷作为新钢种多元结构的结晶体；4、元晶特钢(PH钢)的耐磨性与硬度没有直接的关系；5、解决该钢种焊接、锻压、回火、淬火等加工成型技术；6、满足产品在不同工况环境下服役条件。具体技术参数分别是：冶炼氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料所需要的复合陶瓷为粉末状，其粉末粒度1μm～20μm。按质量计算，所述钢基材料中各成分的含量分别为：Al2O3：0.5％～8％，蓝晶石：0.3％～2％、TiO2(金红石)：1.0％～5％、长石：0.3％～2％、莫来石：0.2％～1％、石英：0.5％～2％，C：0.05％～0.3％、S≤0.02％、P≤0.02％；其余为Fe。本专利技术还提供以上所述氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料的制备方法，其技术方案是：首先，将按质量比配置的钢的原料加入熔炼炉，加热至500℃～700℃；然后，将混合烘干的复合陶瓷的粉末加入熔炼炉；待陶瓷粉末及钢水完全熔化，即可浇铸出钢。陶瓷粉末及钢水完全熔化的温度为1600℃～1700℃，一般可取1650℃。所述复合陶瓷钢基材料采用中频炉冶炼。所述复合陶瓷的制备工艺是：按质量比例配置成陶瓷材料，配置好的陶瓷材料混合1～6小时后，烘干，形成所述复合陶瓷的粉末。所述钢基材料中钢的原料为废钢。本专利技术主要采用国内非金属陶瓷材料等铝硅酸盐原矿石粉材，与废旧金属材料，在中频电炉加热熔炼，使材料在不同温度阶段化合分解结晶。在中频电炉有效的温度1650℃范围内，将陶瓷材料经过融化分解结晶、再分解、再结晶的三次分解结晶的过程，形成陶瓷弥散复合结构强化相变，生成新型钢种材料——元晶特钢(PH钢)。元晶特钢(PH钢)具有在保证高强度、高硬度的同时还同时具有较高韧性、高耐磨性、高耐热性能、较好的抗腐蚀性能。上述制备方法的工艺过程分析：在熔炼陶瓷材料时，部分非金属材料在温度处于300℃～800℃阶段开始慢慢溢出液态，溢出液态开始球化陶瓷粉末，形成大小不等的小块状和球体状。溢出的液态同时具有催化金属材料特性，使其与陶瓷材料得到同步球化、融化、分解作用，达到第一次粗放结晶。初放型结晶目的是因为陶瓷材料与金属材料的比重差值，陶瓷材料产生悬浮得到有效控制。此阶段定义为初放型结晶。随着温度上升至900℃～1350℃阶段，初始结晶得到再次分解，但不具有完整结晶。液态相非常稀薄，原始矿石粉材非金属陶瓷中杂质随钢水的运动向炉壁聚集。炉壁的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料，其特征在于：所述复合陶瓷主要包括Al2O3，还包括蓝晶石、金红石和长石；所述复合陶瓷在钢基材料中均匀分布。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝复合陶瓷增强的钢基材料的制备方法，所述复合陶瓷主要包括Al2O3，还包括蓝晶石、金红石、长石、莫来石和石英；所述复合陶瓷在钢基材料中均匀分布；所述复合陶瓷以粉末状加入钢基材料中熔炼，其粉末粒度为1μm～20μm；其成分的含量分别为：Al2O3：0.5％～8％，蓝晶石：0.3％～2％，金红石：1.0％～5％，长石：0.3％～2％，莫来石：0.2％～1％，石英：0.5％～2％，C：0.05％～0.3％，S≤0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：濮训春，
申请(专利权)人：濮训春，
类型：发明
国别省市：安徽;34