一种高抗磨定向Fe制造技术

本发明专利技术公开了一种高抗磨定向Fe

A kind of high wear-resistant directional Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高抗磨定向Fe2B致密块体及其制备方法
本专利技术属于抗磨材料
，具体涉及一种高抗磨定向Fe2B致密块体及其制备方法。
技术介绍
金属硼化物通常是由过渡金属与硼元素组成的金属间化合物，具有较高的硬度和高温稳定性，广泛应用于耐磨涂层及复合材料增强相等领域。Fe2B金属间化合物是一种常见的硼化物,其通常作为Fe-B耐磨合金的硬质相和钢铁材料表面渗硼层被熟知，具有较高的耐磨性和耐高温锌液腐蚀性能。因此，Fe2B块体可用作抗磨和抗腐蚀工况下的关键部件材料。通过粉末冶金和合金熔炼的技术方法，均可获得抗磨性能良好的Fe2B块体。然而，之前方法制备的Fe2B块体中晶粒的取向呈现随机性，不同取向Fe2B晶粒的抗磨效果差异较大，导致整体的耐磨性并不理想。此外，此前报道方法制备工艺复杂，且成本相对较高。研究表明，Fe2B晶体具有沿[002]取向择优生长的特征，且其(002)晶面的硬度和断裂韧性均优于其垂直晶面，可在磨损过程中表现出最优的抗磨能力。因此，制备定向Fe2B块体，选择定向Fe2B块体中高抗磨的(002)晶面作为对磨工作表面，对于新型耐磨材料的开发利用具有重要的应用价值。然而，目前关于高抗磨定向Fe2B块体制备的详细方法尚没有专利报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高抗磨定向Fe2B致密块体及其制备方法，工艺简单、低成本、生产效率高。本专利技术采用以下技术方案：一种高抗磨定向Fe2B致密块体制备方法，包括以下步骤：S1、以纯铁块和硼铁颗粒为原料，Fe：B按质量比91.2:8.8进行配料；S2、将配好的混合原料置入坩埚中；S3、将坩埚置于真空感应熔炼炉内进行真空感应熔炼；S4、步骤S3熔炼完成后，将金属熔体浇入水玻璃砂型腔内，随炉冷却至室温后获得定向Fe2B块体。具体的，步骤S1中，纯铁中Fe的含量高于99.8％；硼铁中B含量为10％～25％，剩余杂质元素含量低于1.2％。具体的，步骤S2中，纯铁放置在刚玉坩埚的中心位置处，四周填充硼铁颗粒。具体的，步骤S3熔炼前，将刚玉坩埚在真空环境下烘烤8小时以上。具体的，步骤S3中，熔炼参数为：升温速度为20～50℃/min，熔炼温度为1600℃，保温时间大于15min。进一步的，升温加热前，连通循环水并对炉腔抽真空至气压低于10-2Pa。具体的，步骤S4中，水玻璃砂型的底部设置有水冷铜块，当金属熔体的温度降至1370～1430℃时，将金属熔体浇入水玻璃砂型中。进一步的，水玻璃砂型为圆柱型通孔，并在型腔顶部预制冒口，水冷铜块的底部和周围均通有循环冷却水，水玻璃砂型的内表面涂刷有石墨粉脱模剂，并在浇注前对砂型烘烤24小时。进一步的，水冷铜块的直径高于所浇注圆柱型高抗磨定向Fe2B块体的直径的3倍。本专利技术的另一个技术方案是，一种高抗磨定向Fe2B致密块体，利用所述方法制备而成，定向Fe2B致密块体的柱状晶宽度为30～70μm，横截面显微硬度为1741～1870HV，纵截面硬度为1670～1782HV。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种高抗磨定向Fe2B致密块体制备方法，制备工艺简单，纯度较高；材料中Fe2B晶粒具有较好的取向性，充分发挥Fe2B高硬度(002)晶面的抗磨性。进一步的，原料硼铁中B含量高于8.8％是成功制备纯Fe2B块体的基本条件，选取B含量高于10％的硼铁便于配料设计，且控制硼铁中杂质元素含量较低水平是保证Fe2B块体高纯度的关键因素。进一步的，纯铁块置于坩埚中间位置有利于其熔化后快速向四周扩散，可有效提高熔炼效率。进一步的，在熔炼前需在真空环境下烘烤8小时以上，以除去水分及气体。进一步的，在1600℃下进行熔炼，可保证金属熔体良好的流动性，有利于感应熔炼过程中原料元素的均匀化。进一步的，在1400℃左右进行浇注，可保证金属熔体流动性的同时降低铸件的缩孔缺陷；选择充分烘干的水玻璃砂型，可保证金属熔体相对平衡的凝固过程；设置水冷铜块体的直径为Fe2B块体的3倍，可保证其导热效率，以控制凝固过程中的单一热流传导，从而保证Fe2B晶粒较好的定向效果。本专利技术一种高抗磨定向Fe2B致密块体，横截面具有较高的硬度和耐磨性。综上所述，本专利技术制备的高抗磨定向Fe2B块体兼具较好的纯度和致密性，且Fe2B晶粒呈现沿凝固方向定向排列的均匀柱状晶形态特征，可充分发挥其横截面的高硬度优势，表现在优异的抗磨性能。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术制备的高抗磨定向Fe2B块体材料的金相图片；图2为本专利技术制备的高抗磨定向Fe2B块体材料的横截面XRD图谱；图3为本专利技术制备的高抗磨定向Fe2B块体材料的横截面断口显微图片；图4为本专利技术制备的高抗磨定向Fe2B块体材料的纵截面断口显微图片。具体实施方式本专利技术提供了一种高抗磨定向Fe2B致密块体制备方法，利用纯铁和硼铁为原料，按照质量比为Fe:B＝91.2:8.8进行配料，通过真空感应熔炼加定向凝固的方法制备得到致密高抗磨定向Fe2B块体材料。本专利技术制备的Fe2B块体材料中Fe2B具有良好的取向性，其定向凝固横截面具有更高的硬度和耐磨性，且该方法制备的材料致密性好、纯度高，制备工艺简单，可应用于高温耐磨及腐蚀等严酷工况。本专利技术一种高抗磨定向Fe2B致密块体制备方法，包括以下步骤：S1、配料纯铁和硼铁按照质量比Fe:B＝91.2:8.8进行配料；纯铁块中Fe的含量高于99.8％，去除表面氧化物及污染层；硼铁中B含量为10％～25％，且除B和Fe外的杂质元素低于1.2％。S2、装料将纯铁块和硼铁颗粒依次放入刚玉坩埚中，保证硼铁颗粒填充纯铁块周围空隙且紧实分布；纯铁块放置在刚玉坩埚的中心位置处，四周填充硼铁颗粒。S3、熔炼将装有原料的坩埚置于真空感应熔炼炉中，进行真空熔炼，熔炼参数为：升温速度为20～50℃/min，熔炼温度为1600℃，保温时间大于15min；升温加热前，需连通循环水，并对炉腔抽真空至气压低于10-2Pa，利用红外测温监测原料的温度，在熔炼前需在真空环境下烘烤8小时以上，以除去水分及气体。S4、浇注浇注温度为1370～1430℃，将金属熔体浇入底部置有水冷铜块的水玻璃砂型中，随炉冷却至室温，获得定向Fe2B块体。玻璃砂型内表面需涂刷石墨粉脱模剂，在浇注前需对砂型烘烤24小时以除去水分；砂型底部水冷铜块周围及底部连通循环冷却水，直至试样冷却至室温，以控制熔体凝固热量沿单一方向传导。请参阅图1和图2，采用本专利技术方法制备的定向生长Fe2B柱的状晶宽度为30～70μm，如图1为本专利技术所制备的定向Fe2B块体纵截面显微组织，Fe2B晶粒呈定向生长的柱状晶形态，平均柱状晶宽度约为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高抗磨定向Fe

【技术特征摘要】
1.一种高抗磨定向Fe2B致密块体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以纯铁块和硼铁颗粒为原料，Fe：B按质量比91.2:8.8进行配料；
S2、将配好的混合原料置入坩埚中；
S3、将坩埚置于真空感应熔炼炉内进行真空感应熔炼；
S4、步骤S3熔炼完成后，将金属熔体浇入水玻璃砂型腔内，随炉冷却至室温后获得定向Fe2B块体。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，纯铁中Fe的含量高于99.8％；硼铁中B含量为10％～25％，剩余杂质元素含量低于1.2％。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，纯铁放置在刚玉坩埚的中心位置处，四周填充硼铁颗粒。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3熔炼前，将刚玉坩埚在真空环境下烘烤8小时以上。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，熔炼参数为：升温速度为20～50℃/min，熔炼温度为1600℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：坚永鑫，皇志富，邢建东，高义民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61