耐磨表面复合材料及其制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及在奥氏体中锰钢表面形成耐磨表面复合材料及其制作工艺。其特点是以高碳铬铁及稀土合金作为改善浸渗性及基体性能的添加剂，在奥氏体中锰钢表面复合铸造碳化钨颗粒，形成以铸造碳化钨颗粒为抗磨骨干相，以合金碳化物及含铬、钨、锰、稀土元素的马氏体为基体的耐磨性十分优异的表面复合层。其制作方法是将铸造碳化钨颗粒，高碳铬铁、稀土合金均匀混合后，然后浇注过热度的５０－１００℃的中锰钢于铸型中。该工艺简单、成本低。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在奥氏体中锰钢表面形成耐磨表面复合材料及其制作工艺。磨损是材料失效的三大形式之一，大量零部件都因磨损而失效。因此，提高耐磨件的使用售命具有很大的经济意义。在实际生产中的许多耐磨件，一方面，表面磨损一定厚度就导致报废，因而需要表面具有很好的耐磨性;另一方面，为保证零部件安全可靠运行，对基体材料的强度、韧性及耐磨性也具有较高的要求。因此，如果将高硬度，高耐磨性的陶瓷材料复合在高强度，高韧性的中锰钢表面，制成表面复合材料，上述问题就可以得到解决。铸造碳化钨(WC-W2C)硬度很高，达HV＝2500-3000。把铸造碳化钨复合在金属材料表面，可以显著提高表面硬度和耐磨性。目前国内外已经开发了在铸铁或结构钢表面复合铸造碳化钨颗粒的表面复合材料。但是，由于铸铁的强韧性较低，这种表面复合材料只能应用于对零部件强韧性要求不高的工况;而且无论是在铸铁表面还是在结构钢表面复合陶瓷颗粒，一旦复合层磨损后，整个零件的磨损速率将急剧增加，给生产带来不安全。目前铸造碳化钨颗粒表面复合材料的制作工艺主要有以下三种1、表面堆焊;2、真空吸铸法;3、膏块铸渗法。方法1需要铸、焊两次成型，工艺比较复杂，成本较高;方法2需要较复杂的工艺设备，工艺也比较复杂;方法3由于采用粘结剂和熔剂制作膏块，其突出缺点是易产生气孔和夹杂(渣)，降低机械性能和耐磨性能。本专利技术的目的是要克服现有金属表面复合材料及其制作工艺存在的上述缺点，提供一种制作表面耐磨性十分优异而整体具有良好强韧性和较高耐磨性的耐磨表面材料及其工艺方法。实现上述目的具体技术方案介绍如下一种耐磨表面复合材料，其特殊之处是在奥氏体中锰钢(Mn5-9wt%，C0.7-1.2wt%，Re0-0.2wt%)表面，形成铸造碳化钨颗粒(40-80wt%)/多元合金化基体(含Cr、Mn、W、C、Re)表面复合材料。具体说就是以高碳铬铁及稀土合金作为改善浸渗性及基体性能的添加剂，在奥氏体中锰钢表面复合铸造碳化钨颗粒，形成以铸造碳化钨颗粒为抗磨骨干相，以合金碳化物及含铬、钨、锰、稀土元素的马氏体为基体的耐磨性十分优异的表面复合层。用于制作耐磨表面复合材料的工艺方法，是将20-180目的铸造碳化钨颗粒(40-80wt%)，20-80目高碳铬铁(15-60wt%)，80-150目稀土合金(0-0.2wt%)均匀混合后，然后浇注过热度为50-100℃是中锰钢于铸型中。金属液在动压力、静压力及毛细管力的作用下向混合粒料层浸渗，同时使铬铁及稀土合金溶解或熔化，形成铸造碳化钨颗粒均匀分布于含铬、碳、锰、钨、稀土的合金锰钢呈良好的冶金结合。采用本工艺方法不用粘结剂，熔剂及附加设备，而是采用普通的粘土砂型或二氧化碳硬化砂型。本专利技术所提供的耐磨表面复合材料，若钢水中含稀土，可不加入稀土合金。加入高碳铬铁的目的是要形成含铬的具有较高硬度和耐磨性的合金基体，并在基体中分布含铬等元素的合金碳化物，以对铸造碳化钨颗粒产生强有力的支撑，以充分发挥其抗磨骨干作用;在粒料中加入稀土合金或中锰钢中含稀土，一是降低复合层内合金液的熔点，利于浸渗，二是改善凝固组织，细化生成的合金碳化物，以提高基体的综合性能。试验表明，本专利技术的表面复合材料具有十分优异的耐磨性，在220目-500目SiC砂纸上作削盘磨损试验，当载荷为31N时，其耐磨性(按磨损失重计算)较白口铸铁和高铬铁大幅度提高，最大值可分别达到18.4倍和10.19倍。本专利技术的材料是一种表面耐磨性十分优异而整体具有良好强韧性和较高耐磨性的表面复合材料，可以使工作在磨粒磨损工况下的零部件的使用寿命明显提高，本专利技术的材料制作工艺简单，成本较低，易于推广应用。为了实现本专利技术所提出的技术方案，现举例说明如下把60/80目铸造碳化钨颗粒(75wt%)与80/130目高碳铬铁均匀混合后，放在普通干粘土砂型的底部，厚度为3mm，铸件尺寸为50×50×30mm。把过热70℃的含稀中锰钢液(C1.2wt%，Mn8wt%，Re0.2wt%)浇注剂铸型中，自然冷却，所获得的表面复合材料显微组织如附图说明图1所示(图1为颗粒在基体中的分布)，复合层界面与基体呈良好的冶金结合，如图2所示(图2为复合层与中锰钢的界面)。在载荷为31N，360目SiC砂纸上做削盘磨损试验时，耐磨性较高铬白口铁提高7.56倍。权利要求1.一种耐磨表面复合材料，其特征是在奥氏体中锰钢(Mn5-9wt%)，C0.7-1.2wt%)，Re0-0.2wt%)表面，形成铸造碳化钨颗粒(40-80wt%)/多元合金化基体(含Cr、Mn、W、C、Re)表面复合材料。2.用于制作耐磨表面复合材料的工艺方法，其特征是将20-180目的铸造碳化钨颗粒(40-80wt%)，20-80目高碳铬铁(15-60wt%)，80-150目稀土合金(0-0.2wt%)均匀混合后，然后浇注热度为50-100℃的中锰钢于铸型中。3.根据权利要求2所述的用于制作耐磨表面复合材料的工艺方法，其特征是若钢水中含稀土，可不加入稀土合金。全文摘要本专利技术涉及在奥氏体中锰钢表面形成耐磨表面复合材料及其制作工艺。其特点是以高碳铬铁及稀土合金作为改善浸渗性及基体性能的添加剂，在奥氏体中锰钢表面复合铸造碳化钨颗粒，形成以铸造碳化钨颗粒为抗磨骨干相，以合金碳化物及含铬、钨、锰、稀土元素的马氏体为基体的耐磨性十分优异的表面复合层。其制作方法是将铸造碳化钨颗粒，高碳铬铁、稀土合金均匀混合后，然后浇注过热度的50—100℃的中锰钢于铸型中。该工艺简单、成本低。文档编号B22D23/06GK1089531SQ9310086公开日1994年7月20日 申请日期1993年1月11日 优先权日1993年1月11日专利技术者刘耀辉, 陈彤, 于思荣, 赵玉谦, 何镇明 申请人:吉林工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨表面复合材料，其特征是在奥氏体中锰钢（Ｍｎ：５－９ｗｔ％），Ｃ：０. ７－１. ２ｗｔ％），Ｒｅ：０－０. ２ｗｔ％）表面，形成铸造碳化钨颗粒（４０－８０ｗｔ％）／多元合金化基体（含Ｃｒ、Ｍｎ、Ｗ、Ｃ、Ｒｅ）表面复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀辉，陈彤，于思荣，赵玉谦，何镇明，
申请(专利权)人：吉林工业大学，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]