專(zhuān)利名稱(chēng)：具有增強(qiáng)耐磨性的鑄型部件的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及通過(guò)在加強(qiáng)區(qū)域中改善抗磨性同時(shí)保持可接受的抗沖擊性而制備具有增強(qiáng)抗磨性的鑄型部件。
本發(fā)明基于的現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于用于開(kāi)采和粉碎礦石，尤其是壓碎和研碎材料的設(shè)備有很多性能和成本上的限制。
例如，在處理水泥和礦物的聚集體的領(lǐng)域中可以引用的磨損部件例子是，諸如帶有立軸的研磨機(jī)的推頂器和錘砧、帶有水平軸的研磨機(jī)的錘和破碎器、用于軋碎機(jī)的圓錐、用于立式軋碎機(jī)的放料盤(pán)和軋輥、用于球磨機(jī)或棒磨機(jī)的鎧裝板和升降器。對(duì)于采礦設(shè)備，其中可以提及的是用于瀝青砂的泵或鉆孔機(jī)、用于采礦坑的泵以及挖泥齒。
這些機(jī)械耐磨部件的供應(yīng)商面臨著對(duì)于耐磨部件的增長(zhǎng)的需要，所述耐磨部件應(yīng)當(dāng)同時(shí)符合抗沖擊和抗磨損的限制。
傳統(tǒng)材料通常符合一種或其它的這類(lèi)要求，但很少同時(shí)具有抗沖擊性和抗磨性。實(shí)際上，延性材料具有增強(qiáng)的抗沖擊性，但具有的抗磨性很差。另一方面，硬質(zhì)抗磨材料對(duì)于猛烈沖擊的耐受性非常差。
以前，這一問(wèn)題最初僅僅反映在冶金方法中，其中帶有錳的鋼非常抗沖擊，但只能達(dá)到650-700Hv(維克斯硬度)級(jí)的中等強(qiáng)度水平。
還提出了其它方案，諸如帶有鉻的鑄件。在適合的熱處理之后，其能夠達(dá)到700-850Hv級(jí)的硬度水平。這些值使得合金含有的碳化物百分比高達(dá)35％。
目前，雙金屬鑄件也已被使用，但它們具有的缺點(diǎn)是局限于形狀簡(jiǎn)單的部件，極大降低了其用于工業(yè)應(yīng)用的機(jī)會(huì)。
磨損部件通常被視為消耗品，這意味著除了純技術(shù)上的制約之外，還存在經(jīng)濟(jì)上的制約限制了平均成本為US$4/kg的解決方案。一般估計(jì)這一價(jià)格水平是傳統(tǒng)耐磨部件的2倍高，這是顧客經(jīng)濟(jì)承受度的臨界點(diǎn)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)描述解決方案獲得耐磨和抗沖擊的磨損部件已經(jīng)成為各類(lèi)研究的目的。
在本文中，一方面自然地涉及基于陶瓷的復(fù)合材料部件，并且在該領(lǐng)域，申請(qǐng)人已經(jīng)在文獻(xiàn)WO99/47264中公開(kāi)了一種非?？鼓p和沖擊的基于鐵和陶瓷的合金。
在文獻(xiàn)WO98/15373中，申請(qǐng)人提供了在鑄型之前插入鑄模，在鑄型過(guò)程中被金屬滲入的多孔陶瓷晶片。而該發(fā)明申請(qǐng)局限于橫截面堅(jiān)固的部件以及在鑄型中具有高流動(dòng)性的合金。此外，這些陶瓷晶片的位置與其說(shuō)適應(yīng)了部件用途的實(shí)際需要，不如說(shuō)是適應(yīng)了被鑄型金屬滲入的需要。
基于不同的目的，Merzhanov在文獻(xiàn)WO/9007013中公開(kāi)了一種通過(guò)在真空下將原料——放熱的粉末混合物冷壓縮，隨后開(kāi)始燒結(jié)混合物而得到的耐火多孔材料。此處涉及鏈反應(yīng)。根據(jù)該方法，得到非常硬但沒(méi)有任何抗沖擊性的材料。這本質(zhì)上是因?yàn)楫a(chǎn)品的高孔隙率。
此外，在文獻(xiàn)WO/9011154中，同一發(fā)明人提出了一種類(lèi)似的方法，此時(shí)，在已經(jīng)反應(yīng)后，將粉末混合物加壓至1000bar高。該發(fā)明制得了非常抗磨但抗沖擊性不足的層制品。此處的目的全部在于制備在該意義上非?？是蟮哪湍スぞ叩谋砻?。
一般而言，使用諸如鈦、硼、鎢、鋁、鎳、鉬、硅、碳等的非常純的粉末在反應(yīng)后產(chǎn)生非常多孔的片，其孔隙率接近50％。因此，需要在反應(yīng)后進(jìn)行加壓(包括壓榨)，并因此增加密度，這對(duì)于工業(yè)用途是必不可少的。
而所述方法的實(shí)施復(fù)雜性、反應(yīng)的控制以及原料的成本極大限制了將這些技術(shù)引入工業(yè)生產(chǎn)。
德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)1979777-Lehmann公開(kāi)了一種高度耐磨的鑄型部件的生產(chǎn)方法。在該方法中，碳化物粉末與可燃粘合劑和/或低熔點(diǎn)的金屬粉末混合。在鑄型過(guò)程中，粘合劑的位置被鑄型金屬代替，所述鑄型金屬隨即包圍了碳化物顆粒。在該方法中沒(méi)有化學(xué)鏈反應(yīng)，高度耐磨的顆粒從開(kāi)始就完全存在于鑄模中。
許多文獻(xiàn)公開(kāi)了用于包圍硬顆粒的方法，尤其是US-P-5052464和US-P-6033791-Smith，這些方法是基于在鑄型前存在的硬顆粒滲入陶瓷顆粒之間的孔。
本發(fā)明通過(guò)制備具有原始結(jié)構(gòu)并且是通過(guò)原始和簡(jiǎn)單的方法制得的磨損部件(并因此是廉價(jià)的)避免了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
發(fā)明的目的本發(fā)明的目的在于以經(jīng)濟(jì)上可接受的價(jià)格提供即抗磨又抗沖擊的磨損部件，及其制備方法，尤其在于解決現(xiàn)有技術(shù)方法涉及的問(wèn)題。
發(fā)明的概述本發(fā)明涉及一種鑄造廠生產(chǎn)的磨損部件，通過(guò)至少一種類(lèi)型的金屬碳化物和/或金屬氮化物和/或金屬氧化物和/或金屬硼化物，以及金屬間化合物，以下稱(chēng)為組分，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)，其特征在于在鑄型之前，已經(jīng)將作為所述組分的反應(yīng)物的原料以插件或預(yù)成型壓榨粉末形式，或以巴氏合金(barbitone)形式加入鑄模，其中所述粉末的反應(yīng)由將金屬鑄型，就地形成多孔聚結(jié)物(conglomerate)而就地引發(fā)，并且其中所述金屬滲入多孔聚結(jié)物，由此形成增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)將所述聚結(jié)物引入用于鑄型鑄件的金屬結(jié)構(gòu)中，并因此在磨損部件中產(chǎn)生增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵方面顯示出，就地產(chǎn)生并被熔化金屬滲入的多孔聚結(jié)物具有超過(guò)1000Hv20的維克斯硬度。因此，得到的磨損部件提供的抗沖擊性高于幾乎純的陶瓷，并至少等于 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，原料，即所述組分的反應(yīng)物之間的就地反應(yīng)是鏈反應(yīng)，并且通過(guò)形成同時(shí)被熔化金屬滲入而不明顯改變?cè)鰪?qiáng)結(jié)構(gòu)的非常多孔的聚結(jié)物，由熔化金屬的熱量而引發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，原料之間的反應(yīng)在大氣壓下進(jìn)行，無(wú)需任何特殊的保護(hù)性氣氛并且在反應(yīng)之后無(wú)需壓縮。
用于制備組分的原料屬于亞鐵合金，優(yōu)選鈦鐵合金、鉻鐵合金、鈮鐵合金、鎢鐵合金、鉬鐵合金、硼鐵合金、硅鐵合金、鋯鐵合金或釩鐵合金，或?qū)儆谘趸?，?yōu)選TiO2、FeO、Fe2O3、SiO2、ZrO2、CrO3、Cr2O3、B2O3、MoO3、V2O5、CuO、MgO和NiO，甚至是金屬及其合金，優(yōu)選鐵、鎳、鈦或鋁，以及碳、硼或氮化物。
附圖的簡(jiǎn)述

圖1顯示了在鑄模1中鑄型部件2上延伸的巴氏合金3，所述部件被增強(qiáng)。
圖2顯示了鑄模1中待鑄型部件2中的增強(qiáng)插件3形式的本發(fā)明。
圖3、4和5顯示了在本發(fā)明中，用陶瓷增強(qiáng)的帶有鉻(圖3)、純陶瓷(圖4)和合金(圖5)的鑄件的硬壓縮。
圖6顯示了在鐵基基質(zhì)中，由FeTi和碳的就地反應(yīng)制備TiC而得到的鐵合金中的TiC粉末顆粒。TiC顆粒的尺寸是幾微米的數(shù)量級(jí)。
發(fā)明的詳述本發(fā)明提供了通過(guò)在鑄型前置于鑄模中，用含有能夠在鑄型熱量單獨(dú)作用下就地反應(yīng)的粉末的材料增強(qiáng)其磨損表面的鑄型部件。
為此，使用壓榨粉末形式的反應(yīng)物，并將其以所需形狀的晶片或插件3形式，或者以覆蓋鑄模1的涂層4的形式置于鑄模中，部件2在所述鑄模中被增強(qiáng)。
能夠就地反應(yīng)的材料產(chǎn)生了碳化物、硼化物、氧化物、氮化物或金屬間化合物的硬質(zhì)化合物。一旦形成，它們與任何可能已經(jīng)存在于鑄型合金中的碳化物結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了硬度Hv＞1300的硬質(zhì)顆粒的比例，有助于耐磨性。后者在約1500℃下被熔化的金屬滲入，并且導(dǎo)致耐磨顆粒摻入用于鑄型的金屬中(圖6)。
此外，與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，無(wú)需使用純金屬粉末以就地得到該反應(yīng)。優(yōu)選提供的本方法可以使用廉價(jià)的亞鐵合金或氧化物，以得到嵌入基質(zhì)中的非常硬的顆粒，所述基質(zhì)是通過(guò)將需要增強(qiáng)耐磨性之處的金屬鑄型而形成的。
本發(fā)明不僅不需要將具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的區(qū)域后續(xù)壓榨，即壓縮，而且在所述區(qū)域中產(chǎn)生的多孔性使熔化的金屬在高溫下滲入孔隙，因而由此獲益(圖6)。
本方法不需要特殊的保護(hù)性氣氛，并且在大氣壓下采用由鑄型提供的熱量而進(jìn)行，這對(duì)方法的成本明顯具有積極的結(jié)果。由此獲得了在同時(shí)具有抗沖擊和抗磨性上具有非常有利特征的結(jié)構(gòu)。
因此，通過(guò)嵌入增強(qiáng)表面的顆粒而達(dá)到的硬度值在1300-3000Hv的范圍內(nèi)。在用鑄型金屬滲入后，得到的化合物具有高于1000Hv20的硬度，同時(shí)保留的抗沖擊性高于 通過(guò)針入度測(cè)量抗沖擊性，這是指在校準(zhǔn)負(fù)載下使用錐形金剛石沖孔工具制出凹痕。負(fù)載的結(jié)果是，材料彎曲，并且在凹痕的轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)開(kāi)裂。測(cè)量開(kāi)裂的長(zhǎng)度以評(píng)價(jià)抗沖擊性(圖1、2和3)。
用于制備組分的原料屬于亞鐵合金，優(yōu)選鈦鐵合金、鉻鐵合金、鈮鐵合金、鎢鐵合金、鉬鐵合金、硼鐵合金、硅鐵合金、鋯鐵合金或釩鐵合金，或?qū)儆谘趸?，?yōu)選TiO2、FeO、Fe2O3、SiO2、ZrO2、CrO3、Cr2O3、B2O3、MoO3、V2O5、CuO、MgO和NiO，或者屬于金屬及其合金，優(yōu)選鐵、鎳、鈦或鋁，以及碳、硼或氮化物。
例如，用于本發(fā)明的反應(yīng)通常是以下類(lèi)型
這些反應(yīng)也可以結(jié)合合并。
還可以通過(guò)加入不參與反應(yīng)的不同的金屬、合金或顆?？刂品磻?yīng)速度。所述加入還可以根據(jù)需要，有利地用于就地形成的組合物的抗沖擊性或其它性能的改性。如以下闡述性反應(yīng)所示
優(yōu)選實(shí)施方案的描述本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方案在于通過(guò)簡(jiǎn)單的冷壓而壓榨所選擇的反應(yīng)性粉末。這是在帶有所需形狀的插件或預(yù)制模型3的壓模中進(jìn)行的，可以存在粘合劑，為了鑄型部件2的增強(qiáng)。隨后將該插件或預(yù)制模型置于鑄模1的所需位置。
選擇顆粒尺寸分布為D50介于1-1000微米，優(yōu)選小于100μ的粉末。實(shí)際實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，這種顆粒尺寸分布是原料處理、待滲入多孔產(chǎn)物的能力以及控制反應(yīng)的理想折中方案。
在鑄型過(guò)程中，熱金屬引發(fā)了預(yù)制模型或插件向帶有硬質(zhì)顆粒的多孔結(jié)構(gòu)的聚結(jié)物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)。仍然在高溫下，該聚結(jié)物本身滲入并嵌入制造部件的鑄型金屬中。根據(jù)所選用于制造部件的合金的鑄型溫度，該步驟在1400-1700℃下進(jìn)行。
第二優(yōu)選實(shí)施方案是使用含各種反應(yīng)物的巴氏合金(糊漿)涂覆鑄模1的某些區(qū)域或其中心。根據(jù)所需厚度，可以施加一層或多層。隨后在傾入鑄模1之前將這些不同的層干燥。該熔化的金屬還起到引發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生多孔層的作用，所述多孔層在其反應(yīng)之后立即被滲入，形成了特別抗沖擊和抗磨的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的鑄造廠生產(chǎn)的磨損部件，具有至少一種金屬碳化物和/或金屬氮化物和/或硼化物和/或金屬氧化物和/或金屬間化合物(以下稱(chēng)為組分)，其特征在于在鑄型之前，已經(jīng)將作為所述組分的反應(yīng)物的原料以插件或預(yù)成型壓榨粉末(3)形式，或以巴氏合金(4)形式加入鑄模(1)，其中所述粉末的反應(yīng)由將金屬鑄型，就地形成多孔聚結(jié)物而就地引發(fā)，并且其中所述金屬滲入多孔聚結(jié)物，由此形成增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)將所述聚結(jié)物引入用于鑄型鑄件的金屬結(jié)構(gòu)中，并因此在磨損部件(2)中產(chǎn)生增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的磨損部件，其特征在于所述多孔聚結(jié)物是就地產(chǎn)生的，并且被鑄型金屬滲入，其中所制得的顆粒具有1300-3000Hv之間的維克斯硬度，并且其中所述聚結(jié)物賦予所述復(fù)合增強(qiáng)結(jié)構(gòu)超過(guò) 的抗沖擊性。
3.制備具有被至少一種選自金屬碳化物和/或金屬氮化物和/或硼化物和/或金屬氧化物和/或金屬間化合物(以下稱(chēng)為組分)增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的磨損部件，其中所述組分是通過(guò)就地反應(yīng)，由作為所述組分的反應(yīng)物的原料而形成的，所述反應(yīng)物在鑄型之前，首先以壓榨粉末(3)的插件或預(yù)制模型的形式，或者以巴氏合金(4)的形式放入鑄模(1)，其中所述粉末的反應(yīng)的特征在于所述組分的原料之間的就地反應(yīng)是通過(guò)熔化的金屬的熱量引發(fā)并持續(xù)的。
4.權(quán)利要求3的用于制備磨損部件的方法，其特征在于原料之間的反應(yīng)形成非常多孔的聚結(jié)物，所述聚結(jié)物能夠同時(shí)被鑄型金屬滲入而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何特別的改變。
5.權(quán)利要求3或4的用于制備磨損部件的方法，其特征在于原料之間的反應(yīng)在大氣壓下進(jìn)行，在粉末的反應(yīng)之后，所述方法無(wú)需任何壓榨步驟。
6.權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)的用于制備磨損部件的方法，其特征在于原料之間的反應(yīng)不需要任何保護(hù)性氣氛。
7.權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)的用于制備磨損部件的方法，其特征在于所述原料屬于亞鐵合金，優(yōu)選鈦鐵合金、鉻鐵合金、鈮鐵合金、鎢鐵合金、鉬鐵合金、硼鐵合金、硅鐵合金、鋯鐵合金或釩鐵合金。
8.權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)的用于制備磨損部件的方法，其特征在于所述原料屬于氧化物，優(yōu)選TiO2、FeO、Fe2O3、SiO2、ZrO2、CrO3、Cr2O3、B2O3、MoO3、V2O5、CuO、MgO或NiO。
9.權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)的用于制備磨損部件的方法，其特征在于所述原料屬于金屬及其合金，優(yōu)選鐵、鎳、鈦或鋁。
10.權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)的用于制備磨損部件的方法，其特征在于所述原料包括碳、硼或氮化物。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)制備的磨損部件用于需要抗磨損和抗沖擊領(lǐng)域的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄型磨損部件，通過(guò)至少一種類(lèi)型的金屬碳化物和/或金屬氮化物和/或金屬氧化物和/或金屬硼化物，以及金屬間化合物，以下稱(chēng)為組分，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征在于在鑄型之前，已經(jīng)將作為所述組分的反應(yīng)物的原料以插件或預(yù)成型(3)形式，或以淤漿(4)形式加入鑄模，且所述粉末的反應(yīng)由將金屬鑄型，就地形成多孔聚結(jié)物而就地引發(fā)，并且所述金屬滲入多孔聚結(jié)物，由此形成增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)將所述組分包入用于鑄型的金屬的結(jié)構(gòu)中，并因此在磨損部件(2)中產(chǎn)生增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B22D19/06GK1599652SQ02824338
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月4日
發(fā)明者克勞德·蓬森, 弗朗西斯科·維斯瑟拉 申請(qǐng)人:克勞德·蓬森, 納特莎·德·波德赫拉德茲基