專利名稱：一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金由于具有高硬度、耐磨、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于金屬加工、礦山開采等領(lǐng)域，但硬質(zhì)合金制造成本高，脆性較大，不宜用于受沖擊力較大的易磨損件。此外，隨著我國(guó)工業(yè)的飛速發(fā)展，硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍和用量也在逐年增多，各種報(bào)廢的硬質(zhì)合金工具如鉆頭、銑刀、鉸刀、車刀等以及制備工具時(shí)的料頭也相應(yīng)增多；由于目前硬質(zhì)合金回收再造工藝存在能耗大、設(shè)備復(fù)雜、環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題，故報(bào)廢硬質(zhì)合金沒(méi)有得到充分有效地利用；而這些報(bào)廢的硬質(zhì)合金經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的切割加工可制成耐磨復(fù)合材料所需的增強(qiáng)相。因此，利用回收?qǐng)?bào)廢的硬質(zhì)合金作為增強(qiáng)相制備耐磨復(fù)合材料，一方面可以為國(guó)家節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，另一方面也可大大降低復(fù)合材料的制造成本。通過(guò)復(fù)合制備技術(shù)將硬質(zhì)合金與韌性好、強(qiáng)度高、價(jià)格低廉的鐵基合金復(fù)合制備表層耐磨復(fù)合材料，其在獲得硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性的同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性，且可以節(jié)約昂貴的硬質(zhì)合金，降低耐磨零件的成本，擴(kuò)大硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍。雖然一些硬質(zhì)合金/鐵基復(fù)合材料產(chǎn)品已經(jīng)在工業(yè)中開始應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，但由于仍存在以下問(wèn)題限制了其使用范圍。(1)由于硬質(zhì)合金與鐵基合金線 (膨)脹系數(shù)相差懸殊，因此在界面會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，在隨后的熱處理和使用過(guò)程中，工件容易開裂，特別是隨著硬質(zhì)合金體積分?jǐn)?shù)的增大，殘余應(yīng)力也相應(yīng)增大，導(dǎo)致復(fù)合材料在制備、熱處理和使用過(guò)程中經(jīng)常開裂，更無(wú)法制備具有高體積分?jǐn)?shù)(大于30%)增強(qiáng)相的高耐磨復(fù)合材料。( 在制備過(guò)程中，由于界面處硬質(zhì)合金的熔化以及元素的相互擴(kuò)散，會(huì)形成含有大塊狀脆性Π相(Fe3W3C, Co3W3C,或(FejCo)3W3C^)區(qū)域，該區(qū)域常常是工件發(fā)生開裂的裂紋萌生源。因此，制備韌性好、防止開裂的硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)急需提高。
發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金回收和再制造，并克服上述耐磨復(fù)合材料制備技術(shù)現(xiàn)有缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料增強(qiáng)相分布均勻、體積分?jǐn)?shù)可控范圍大，界面殘余應(yīng)力小、熱影響區(qū)小、結(jié)合良好，耐磨、耐腐蝕。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟步驟1，將硬質(zhì)合金廢料經(jīng)過(guò)切割加工制成所需形狀和尺寸的硬質(zhì)合金基增強(qiáng)體， 除油后進(jìn)行噴砂處理，最后進(jìn)行清洗，步驟2，給步驟1處理過(guò)的硬質(zhì)合金基增強(qiáng)體的一端焊接鐵釘，焊接采用真空釬焊工藝，釬料選用厚度0. 2 0. 5mm的高熔點(diǎn)箔狀釬料BCu81Ni，步驟3，通過(guò)電鍍工藝在焊有鐵釘?shù)挠操|(zhì)合金基增強(qiáng)體表面鍍金屬緩沖層，硬質(zhì)合金若以Co為粘結(jié)劑，需先電鍍一層鎳，厚度為40-80 μ m，然后再電鍍一層鐵，厚度為160-200 μ m;硬質(zhì)合金若以Ni、狗或其合金為粘結(jié)劑，只需電鍍一層鐵，厚度為 200-250 μ m,步驟4，根據(jù)耐磨易損件的工況，設(shè)計(jì)高鉻合金的形狀、尺寸、排列方式和體積分?jǐn)?shù)，體積分?jǐn)?shù)可控范圍為20% 50%，體積分?jǐn)?shù)是高鉻合金體積占復(fù)合材料體積的比例， 并據(jù)此制作易磨損件模型上安插硬質(zhì)合金的盲孔，易磨損件模型為聚苯乙烯泡沫模型或石蠟?zāi)Ｐ?，步驟5，把制備好的硬質(zhì)合金插入易磨損件模型中，鐵釘朝外，澆鑄高鉻合金，步驟6，澆鑄成型后，取出鑄件，切除鐵釘，用金剛石砂輪把工作面打磨平整，然后對(duì)工件進(jìn)行熱處理。澆鑄方法采用消失模鑄造，澆鑄時(shí)把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，真空度為0. 02Mpa 0. 08Mpa，澆注溫度鑄鐵為1350°C 1450°C，鑄鋼為1450°C 1550°C。所述的硬質(zhì)合金是指Co-WC合金。所述的高鉻合金是指高鉻合金鑄鐵或高鉻合金耐熱鋼。本發(fā)明制備的耐磨復(fù)合材料增強(qiáng)相分布均勻、體積分?jǐn)?shù)可控范圍大，界面殘余應(yīng)力小、熱影響區(qū)小、結(jié)合良好，耐磨、耐腐蝕，復(fù)合材料硬質(zhì)合金位于易磨損件的工作面表層，其厚度為10 15mm，可用于制作礦山、建筑、冶金、電力等領(lǐng)域的常溫或高溫耐磨易損件。
圖1為高鉻合金1和鐵釘2釬焊裝夾示意圖。圖2(a)為高鉻合金電鍍金屬鍍層5后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 (b)為圖2 (a)的A-A剖面圖。圖3為磨煤機(jī)襯瓦的易磨損件模型6的示意圖。圖4為硬質(zhì)合金和磨煤機(jī)襯瓦模型6裝配圖。圖5為耐磨復(fù)合材料磨煤機(jī)襯瓦的成品8結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面以制備ZGMllO型(產(chǎn)量5 8t/h，磨盤直徑1100mm，轉(zhuǎn)速50r/min，功率: 110KW)磨煤機(jī)襯瓦為例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，ZGMllO型產(chǎn)量5 8t/h，磨盤直徑1100mm，轉(zhuǎn)速50r/min，功率110KW。一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟步驟1，將硬質(zhì)合金廢料經(jīng)過(guò)切割加工制成所需形狀和尺寸的復(fù)合材料增強(qiáng)體，挑選YG8牌號(hào)的硬質(zhì)合金，經(jīng)過(guò)線切割加工成尺寸為Φ5πιπιΧ8πιπι的硬質(zhì)合金增強(qiáng)體，除油后進(jìn)行噴砂處理，最后進(jìn)行清洗，步驟2，給步驟1處理過(guò)的硬質(zhì)合金增強(qiáng)體的一端焊接鐵釘，焊接采用真空釬焊工藝，釬料選用厚度0. 2 0. 5mm的高熔點(diǎn)箔狀釬料BCu81Ni，
焊接工藝步驟如下①對(duì)硬質(zhì)合金增強(qiáng)體焊接端面、鐵定尾部端面，以及箔狀焊料打磨清洗，并把焊料裁剪成鐵釘尾部大小，②如圖1所示，把裁好的焊料3放在硬質(zhì)合金1端部和鐵釘2尾部之間，并采用石墨制專用夾具4夾緊，保證夾緊力均勻，然后放入真空爐內(nèi)，③冷態(tài)抽真空到5X l(T2Pa，以500°C /h的速率加熱到1000°C，穩(wěn)定20 30min, 再以300°C /h的速率加熱到1150°C，保溫時(shí)間為lOmin，然后隨爐冷卻，④冷卻至室溫出爐，拆卸夾具便得到所需部件，步驟3，通過(guò)電鍍工藝在焊有鐵釘?shù)挠操|(zhì)合金表面鍍金屬緩沖層，硬質(zhì)合金以Co 為粘結(jié)劑，需先電鍍一層鎳，厚度為40-80 μ m,然后再電鍍一層鐵，厚度為160-200 μ m,鍍層的目的第一，可以阻止或減少界面生成脆性硬質(zhì)η相0 具C，Co3W3C,或0 ，Co)3W3C)； 第二，塑性好的鍍層可以充當(dāng)應(yīng)力緩沖層，減小界面殘余應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生；第三，鍍層可以減小硬質(zhì)合金的熱影響區(qū)，提高硬質(zhì)合金的利用率，此外，鍍層應(yīng)延伸到硬質(zhì)合金和鐵釘連接處，這樣可提高其連接強(qiáng)度，防止硬質(zhì)合金在澆鑄過(guò)程中傾斜或移位，硬質(zhì)合金電鍍金屬鍍層5后結(jié)構(gòu)如圖2所示，步驟4，根據(jù)耐磨易損件的工況，設(shè)計(jì)高鉻合金的形狀、尺寸、排列方式和體積分?jǐn)?shù)，體積分?jǐn)?shù)可控范圍為20% 50%，體積分?jǐn)?shù)是高鉻合金體積占復(fù)合材料體積的比例， 并據(jù)此制作易磨損件模型6上安插硬質(zhì)合金的盲孔7，易磨損件模型6為聚苯乙烯泡沫模型或石蠟?zāi)Ｐ?，模型結(jié)構(gòu)如圖3所示，步驟5，把制備好的硬質(zhì)合金插入易磨損件模型6中，鐵釘2朝外，如圖4所示，澆
鑄高鉻合金，步驟6，澆鑄成型后，取出鑄件，切除鐵釘，用金剛石砂輪把工作面打磨平整，然后對(duì)工件進(jìn)行熱處理，淬火處理工藝為加熱溫度960 980°C，升溫速度為80 100°C /h, 保溫8 10h，空冷；去應(yīng)力處理工藝為加熱溫度沈0 300°C，保溫8 10h，爐冷，制備的磨煤機(jī)襯瓦成品8如圖5所示。澆鑄方法采用消失模鑄造，澆鑄時(shí)把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，以保證金屬充分滲透增強(qiáng)體，不出現(xiàn)冷隔或澆不足的現(xiàn)象，真空度為0. 02Mpa 0. 08Mpa，澆鑄溫度為 1350 1450°C。高鉻合金選擇高鉻鑄鐵材料，利用中頻感應(yīng)爐熔煉，基材的化學(xué)成分(wt% )為 2. 6 2. 8C，0. · 6 1. OSi,0. 8 1. 2Mn，26 32Cr，1. 5 3. OMo, 1. 8 2. 2Cu，0. 01 0. 03P，0. 01 0. 03S,使用實(shí)踐表明，硬質(zhì)合金/高鉻鑄鐵基耐磨復(fù)合材料磨煤機(jī)襯瓦與高鉻鑄鐵磨煤機(jī)襯瓦相比成本增加了 25%，但其磨損性能提高了 8倍，具有很高的性價(jià)比。
權(quán)利要求
1.一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，將硬質(zhì)合金廢料經(jīng)過(guò)切割加工制成所需形狀和尺寸的硬質(zhì)合金基增強(qiáng)體，除油后進(jìn)行噴砂處理，最后進(jìn)行清洗，步驟2，給步驟1處理過(guò)的硬質(zhì)合金基增強(qiáng)體的一端焊接鐵釘，焊接采用真空釬焊工藝，釬料選用厚度0. 2 0. 5mm的高熔點(diǎn)箔狀釬料BCu81Ni，步驟3，通過(guò)電鍍工藝在焊有鐵釘?shù)挠操|(zhì)合金基增強(qiáng)體表面鍍金屬緩沖層，硬質(zhì)合金若以Co為粘結(jié)劑，需先電鍍一層鎳，厚度為40-80 μ m，然后再電鍍一層鐵，厚度為160-200μπι;硬質(zhì)合金若以Ni、！^或其合金為粘結(jié)劑，只需電鍍一層鐵，厚度為 200-250 μ m,步驟4，根據(jù)耐磨易損件的工況，設(shè)計(jì)高鉻合金的形狀、尺寸、排列方式和體積分?jǐn)?shù)，體積分?jǐn)?shù)可控范圍為20% 50%，體積分?jǐn)?shù)是高鉻合金體積占復(fù)合材料體積的比例，并據(jù)此制作易磨損件模型上安插硬質(zhì)合金的盲孔，易磨損件模型為聚苯乙烯泡沫模型或石蠟?zāi)Ｐ停襟E5，把制備好的硬質(zhì)合金插入易磨損件模型中，鐵釘朝外，澆鑄高鉻合金，步驟6，澆鑄成型后，取出鑄件，切除鐵釘，用金剛石砂輪把工作面打磨平整，然后對(duì)工件進(jìn)行熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于澆鑄方法采用消失模鑄造，澆鑄時(shí)把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，真空度為0. 02Mpa 0. 08Mpa，澆注溫度鑄鐵為1350°C 1450°C，鑄鋼為1450°C 1550°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的硬質(zhì)合金是指Co-WC合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的高鉻合金是指高鉻合金鑄鐵或高鉻合金耐熱鋼。
全文摘要
一種硬質(zhì)合金/高鉻合金基耐磨復(fù)合材料的制備方法，先制作硬質(zhì)合金/增強(qiáng)體，再給硬質(zhì)合金增強(qiáng)體的一端焊接鐵釘，然后在焊有鐵釘?shù)挠操|(zhì)合金增強(qiáng)體表面鍍金屬緩沖層，再制作易磨損件模型，把制備好的硬質(zhì)合金插入易磨損件模型中，鐵釘朝外，采用消失模鑄造工藝澆鑄高鉻合金，澆鑄成型后，取出鑄件，切除鐵釘，用金剛石砂輪把工作面打磨平整，然后對(duì)工件進(jìn)行熱處理，該復(fù)合材料增強(qiáng)相分布均勻、體積分?jǐn)?shù)可控范圍大，界面殘余應(yīng)力小、熱影響區(qū)小、結(jié)合良好，復(fù)合材料硬質(zhì)合金位于易磨損件的工作面表層，其厚度為10～15mm，可用于制作礦山、建筑、冶金、電力等領(lǐng)域的常溫或高溫耐磨易損件。
文檔編號(hào)B22C9/04GK102380605SQ20111032124
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者侯書增, 邢建東, 高義民, 鮑崇高 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)