一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法，以重量百分比计的组成成分为：C 0.35～0.55％，Cr0.2～0.5％，Mn 0.2～0.4％，Si 0.2～0.3％，FeMo60 3.7～15％，FeB 2.5～10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。本发明专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法，能够极大地提升复合材料的硬度和耐磨性，并能改善其冲击韧性，此外，该复合衬板所用制备技术简单可行，生产效率高，节能减排，综合力学性能较高，可以满足高性能球磨机衬板的性能需求，在石油、水泥、矿山等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法
本专利技术涉及金属基复合材料的领域，尤其是一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法。
技术介绍
球磨机在水泥、矿山等多种行业大量使用，其易磨损件磨机衬板需求量极大。据视点行业调研发布的《2012-2015中国球磨机衬板产业发展和规划研究报告》中第二章“中国球磨机衬板产业发展研究”第三节“中国球磨机衬板产业发展现状”第一条“产业规模与增长”的统计数据显示：我国2012年耐磨衬板需求量9.5～10万吨，而且以每年超过10％的速度递增，预计到2017年市场需求量将达到16万吨。在当前社会背景下，经济发展与环境保护之间的矛盾日益突出，中央经济工作会议明确提出“坚持以节约能源资源和保护生态环境为切入点积极促进产业结构优化升级是主要任务之一”。球磨机耐磨钢衬板是新材料领域中使用最广泛的关键零部件，其作用是保护球磨机筒体免受研磨体和物料的直接冲击与磨损。在实际工况中，球磨机衬板会受到冲击，易严重的磨损，因而导致产品粒度不均匀、生产效率下降、和能耗增加。球磨机衬板一旦损坏，将严重影响磨机性能和使用寿命，因此开发球磨机超硬耐磨衬板材料对球磨机产业具有重要意义。近年来，颗粒增强金属基复合材料具有耐高温、耐磨损、导电导热性能好和尺寸稳定等许多优良特性，而成为国内外研究的热点之一。不同的制备方法对金属基复合材料的方法主要有搅拌铸造法、喷射成型法、挤压铸造法和粉末冶金法。但这些方法均存在明显的不足之处：搅拌铸造法中增强相的含量受到限制，制备所得复合材料易产生气孔，同时还会出现增强相颗粒的沉积和部分团聚现象；挤压铸造法对大型零件适应性不高；喷射成型法污染环境，对操作者身体有较大的损伤；粉末冶金法工艺复杂，成本高且难以烧结致密。随着铸造技术的发展，人们提出利用原位合成技术来制备金属基复合材料，其原理是，在一定条件下通过元素之间或元素与化合物之间的化学反应，在基体内原位生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷或金属间化合物作为增强相，从而达到强化基体的目的。该技术具有以下几个显著优点：(1)原位生成的增强相具有较高的热力学稳定性，可以在较高温度下使用；(2)原位生成的增强相颗粒较细，在基体中分布较均匀，增强相与基体之间的界面润湿性好，有利于改善复合材料的力学性能；(3)生产工艺简单、成本较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：申请针对现有纯合金衬板的不足之处，提出一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法，其铁基复合衬板材料具有高硬度、高耐磨性、较高冲击韧性和使用寿命长等优点，满足了高性能球磨机衬板的性能需求，且制备工艺简单，可明显节约能源，减少经济损失。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，按照重量百分比计的组成成分为：C0.35～0.55％，Cr0.2～0.5％，Mn0.2～0.4％，Si0.2～0.3％，FeMo603.7～15％，FeB2.5～10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。所述的FeMo60中Mo占FeMo60总重量的百分比为58～62％。按照重量百分比计的组成成分为：C0.45％，Cr0.3％，Mn0.3％，Si0.25％，FeMo609％，FeB6％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料的制备方法，具体步骤为：第一步，将原料粉末按照重量百分比进行配料，所述重量百分比为：C0.35～0.55％，Cr0.2～0.5％，Mn0.2～0.4％，Si0.2～0.3％，FeMo603.7～15％，FeB2.5～10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe；第二步，将配置好的粉料置于球磨机中进行球磨混料，所述球磨机的转速为150～200rpm，所述球磨时间为2～4小时；第三步，将混合后的合金粉料装入感应电炉后通电加热熔化，所述加热温度为1460～1560℃，所述保温时间为2～4小时；第四步，将熔融的钢液倒入砂型铸模中浇注成型，浇注后的铸件冷却到900～950℃，直接淬入油中，进行油冷淬火，得到铸造衬板；第五步，将铸造衬板装入热处理炉中进行后续回火处理，所述热处理工艺为：升温至250～280℃，保温4～6小时，随炉缓冷至150℃出炉得到最终衬板产品。本专利技术的有益效果是，本专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料及其制备方法，具有以下技术效果：1、混合粉料在熔化过程中，FeMo和FeB粉会发生原位反应合成Mo2FeB2陶瓷相，具体反应方程如下：2FeMo+2FeB→Mo2FeB2+3Fe，随后Mo2FeB2陶瓷相和Fe会形成共晶液相。铸造过程中，钢液中会析出细小的Mo2FeB2陶瓷相，约5～20μm，在合金钢基体晶界处弥散分布，这不仅能够抑制合金晶粒的长大，同时也起到了弥散强化的作用，因此能够极大地提升复合材料的硬度和耐磨性，并能改善其冲击韧性；2、所述复合衬板材料中Mo2FeB2陶瓷相和合金基体之间具有良好的润湿性，因此可以避免传统铸造中易形成的气孔、微裂纹以及陶瓷相沉积和团聚等现象；3、所述复合衬板在铸造冷却过程中直接油淬火，免去传统的二次高温淬火热处理，不仅可以抑制材料的二次晶粒长大，也可以大量地节约能源，缩短生产周期；4、该复合衬板所用制备技术简单可行，生产效率高，节能减排，综合力学性能较高，可以满足高性能球磨机衬板的性能需求，在石油、水泥、矿山等领域具有广泛的应用前景。具体实施方式以下结合实例进一步说明本专利技术的技术效果。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，以重量百分比计的组成成分为：C0.35％，Cr0.5％，Mn0.4％，Si0.3％，FeMo6015％，FeB10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。实施例2:本专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，以重量百分比计的组成成分为：C0.55％，Cr0.2％，Mn0.2％，Si0.2％，FeMo603.7％，FeB2.5％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。实施例3:本专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，以重量百分比计的组成成分为：C0.45％，Cr0.3％，Mn0.3％，Si0.25％，FeMo609％，FeB6％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。实施例4:本专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，以重量百分比计的组成成分为：C0.45％，Cr0.5％，Mn0.4％，Si0.3％，FeMo6015％，FeB10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。第一制备方法：本专利技术的一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料的制备方法，具体步骤如下：第一步，分别按照实施例1～4中的组成成分分别以粉末的形式进行配料；第二步，将配置好的粉料置于球磨机中进行球磨混料，所述球磨机的转速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，其特征是：按照重量百分比计的组成成分为：C 0.35～0.55％，Cr 0.2～0.5％，Mn 0.2～0.4％，Si 0.2～0.3％，FeMo60 3.7～15％，FeB 2.5～10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，其特征是：按照重量百分比计的组成成分为：C0.35～0.55％，Cr0.2～0.5％，Mn0.2～0.4％，Si0.2～0.3％，FeMo603.7～15％，FeB2.5～10％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。2.根据权利要求1所述的原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，其特征是：所述的FeMo60中Mo占FeMo60总重量的百分比为58～62％。3.根据权利要求1所述的原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料，其特征是：按照重量百分比计的组成成分为：C0.45％，Cr0.3％，Mn0.3％，Si0.25％，FeMo609％，FeB6％，S≤0.025％，P≤0.035％，其余为Fe。4.一种原位合成Mo2FeB2颗粒增强铁基复合衬板材料的制备方法，其特征是具...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾开明，王丽萍，顾鹏，顾红军，葛宏明，孙文岗，何雪兰，
申请(专利权)人：江苏双星特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32