專利名稱：一種高錳鋼基復合材料制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬基復合材料技術領域，特別涉及一種高錳鋼基復合材料制備工藝。
背景技術：
高錳鋼具有高的強度、塑性、低溫韌性、加工硬化性、以及抗沖擊安全性。作為耐磨材料，在抵抗強沖擊、大壓力作用下的磨料磨損或鑿削磨損方面，其高沖擊應力工況下耐磨性是其他材料所無法比擬的。利用高錳鋼制作的襯板、錘頭、篩條、顎板等耐磨產(chǎn)品長期廣泛應用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機械裝備中。但在使用實踐中發(fā)現(xiàn)，高錳鋼的耐磨性是有條件的，只有在沖擊大、應力高、磨料硬的情況下，高錳鋼的高耐磨性才得到體現(xiàn)。在受到較大沖擊的條件下，高錳鋼的奧氏體組織表層會因變形而產(chǎn)生形變馬氏體，表面硬度會從HB180 220迅速提高至HB500 550，從而獲得高的耐磨性；但在低沖擊或無沖擊的工況下，高錳鋼的加工硬化效果不明顯，表層硬度較低，所以耐磨性很差。同時由于高錳鋼的屈服強度低、抗剪切能力差，初次使用時易于變形并發(fā)生剪切破壞，而造成較大的磨損° 為了進一步提高高錳鋼的耐磨性能，并能滿足中、低應力載荷等不同工況條件下使用，國內(nèi)外開展了大量的研發(fā)工工作。專利[91106820. 1]向高錳鋼中加入稀土、鉬、鈦、鈮等多元合金元素，經(jīng)過強化孕育處理得到一種多元合金強韌化高錳鋼。專利[200810058345.7]對高錳鋼采取稀土變質處理改善高錳鋼的組織和力學性能。由于釔基稀土的加入增加了形核核心和抑制奧氏體晶粒長大，奧氏體晶粒得到細化，抗拉強度和沖擊韌性提高。專利[200610048665.5]通過加入鉻、稀土，調整原高錳鋼中錳、碳、硅、鐵的重量比而合成一種改性高錳鋼。專利[200710135682. 7]采用高碳、高錳、02、稀土的成分配方，經(jīng)水韌處理使高錳鋼內(nèi)的奧氏體組織均勻化。專利[200510045639.2]發(fā)明了一種稀土硼微合金化高錳鋼，其工藝過程包括配料、熔煉、出鋼、加變質劑、澆注步驟。專利[200810232313. 4]發(fā)明了用高碳鋼絲加入到高錳鋼基體中，經(jīng)過后續(xù)熱處理，利用高碳鋼絲的淬硬性來增強高錳鋼基體的一種制備工藝，其強化性能低于原位化學反應合成碳化物。 可見，目前關于高錳鋼的專利主要集中在采用傳統(tǒng)工藝對高錳鋼進行合金化和稀土變質處理，高錳鋼性能提升幅度非常有限，也不能完全適應中、低沖擊應力工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高錳鋼基復合材料制備工藝，通過該工藝在高錳鋼基體中形成大量原位反應生成的碳化鈮硬質相，在高錳鋼基體中彌散均勻分布，并與高錳鋼有效結合為一體，增強相界面清潔無污染，結合強度高，可充分發(fā)揮硬質相的高耐磨特性，也保留了基體金屬的良好韌性，從而達到最佳的性能匹配，可以把高錳鋼的耐磨性提高6倍左右，并且可使高錳鋼廣泛應用于高、中、低沖擊應力工況。該工藝可制作多種結構形狀的產(chǎn)品，開發(fā)應用前景廣闊。 本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的 (1)用鈮絲編織鈮絲網(wǎng)(1); (2)將鈮絲網(wǎng)(1)裁剪、多層巻制或疊加，預制成網(wǎng)狀立體骨架結構；
(3)把預制成網(wǎng)狀立體骨架進行酸洗去掉油污雜物；
(4)按鑄造工藝要求制作鑄型； (5)將預制的鈮絲網(wǎng)(1)狀立體骨架放入鑄型(2);
(6)冶煉高錳鋼(3)，得到液態(tài)高錳鋼； (7)把液態(tài)高錳鋼澆入鑄型，獲得鈮絲_高錳鋼二元材料預制體；
(8)冷卻清理后把鈮絲_高錳鋼二元材料預制體置入熱處理爐；
(9)在碳化物形成溫度下保溫； (10)隨爐冷卻后出爐，即制成碳化鈮增強高錳鋼基復合材料(4)。 所述鈮絲(1)直徑為0. 1 2. 5mm ;所述鈮絲網(wǎng)(1)編織成單層或多層，鈮絲間距
為0. 2 10mm，也可根據(jù)工況需要適當增加間距。 所述步驟(2)中，根據(jù)零件的尺寸和規(guī)格來制作鈮絲網(wǎng)(1)立體骨架結構。所述步驟(9)碳化物形成溫度為1080°C 1350。C，保溫時間為30min 120min。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 1、通過鑄滲的原理，把鈮絲立體網(wǎng)狀骨架固定在高錳鋼基體中制作成預制體，保證了碳化物形成元素鈮在基體中的均勻性； 2、在熱處理爐中，通過108(TC 135(TC，保溫時間為30min 120min，使鈮原子進行中長程的充分擴散，彌散到高錳鋼基體中，并與高錳鋼中的碳原子發(fā)生原位反應，自然生成碳化鈮硬質相顆粒，由于1080°C 135(TC溫度區(qū)低于高錳鋼的液化溫度，因此鈮原子的擴散屬于固態(tài)擴散，碳化鈮也是在固態(tài)下原位反應生成的，避免了碳化鈮與基體金屬比重差異造成的漂浮和偏析，解決了硬質相難以彌散且均勻分布的復合材料制備難題，并且可以使全部鈮參與原位反應生成碳化鈮。 3、碳化鈮硬質相屬于內(nèi)部原位化學反應生成，所以碳化鈮顆粒的界面潔凈無污染，與高錳鋼基體結合成一體，具有良好的界面結合效果，避免了外加硬質顆粒等傳統(tǒng)復合材料制備工藝上的增強相界面弱化問題，獲得的復合材料既保留了高錳鋼的良好韌性，又有了碳化鈮硬質相的高耐磨性，進一步提升了材料的磨損壽命。 4、根據(jù)零件的需要，既可以把鈮絲網(wǎng)放置于鑄型的局部，澆注高錳鋼后獲得局部耐磨的零件，復合層厚度可根據(jù)工況要求任意調整；也可以把鈮絲網(wǎng)放置于整個鑄型型腔中，澆注高錳鋼后獲得整體耐磨的零件，工藝可控性強。


圖1為本發(fā)明流程圖 圖2為預置鈮絲網(wǎng)的鑄型截面示意圖 圖3為落料襯板預制體截面示意圖 圖4為整體碳化鈮增強高錳鋼基復合材料落料襯板截面示意圖
圖5為局部碳化鈮增強高錳鋼基復合材料落料襯板示意截面圖
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。 實施例1 :制作整體復合材料落料襯板 如圖1 、圖2、圖3和圖4所示，具體操作步驟如下 (1)用0. 5mm鈮絲編織鈮絲網(wǎng)1，鈮絲間距為2mm ; (2)鈮絲網(wǎng)1按落料襯板長度和高度規(guī)格裁剪成矩形； (3)把矩形鈮絲網(wǎng)1進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求制作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鈮絲網(wǎng)1多層疊加，并放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉高錳鋼3，得到液態(tài)高錳鋼； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)高錳鋼3澆入鑄型，液態(tài)高錳鋼充滿網(wǎng)狀立體骨架的空隙，獲得鈮絲_高錳鋼二元材料預制體； (8)冷卻脫型清理后，把鈮絲_高錳鋼二元材料預制體置入熱處理爐； (9)在130(TC溫度左右下保溫60min ; (10)隨爐冷卻后出爐，即得到整體碳化鈮增強高錳鋼基復合材料落料襯板4。 實施例2 :制作局部復合材料落料襯板 如圖1和圖5所示，具體操作步驟如下 (1)用2. Omm鈮絲編織鈮絲網(wǎng)1，鈮絲間距為10mm ; (2)鈮絲網(wǎng)1按落料襯板長度和一半高度規(guī)格裁剪成矩形； (3)把矩形鈮絲網(wǎng)進行酸洗； (4)按鑄造工藝要求制作鑄型2 ; (5)把裁剪好的鈮絲網(wǎng)1多層疊加，并放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶煉高錳鋼3，得到液態(tài)高錳鋼； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)高錳鋼3澆入鑄型，獲得局部鈮絲_高錳鋼二元材料預制體； (8)冷卻脫型清理后，把局部鈮絲_高錳鋼二元材料預制體置入熱處理爐； (9)在1150。C溫度左右下保溫120min ; (10)隨爐冷卻后出爐，即得到局部碳化鈮增強高錳鋼基復合材料落料襯板4。
權利要求
一種高錳鋼基復合材料制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟(1)用鈮絲編織鈮絲網(wǎng)(1)；(2)將鈮絲網(wǎng)(1)裁剪、多層卷制或疊加，預制成網(wǎng)狀立體骨架結構；(3)把預制成網(wǎng)狀立體骨架進行酸洗去掉油污雜物；(4)按鑄造工藝要求制作鑄型(2)；(5)將預制的鈮絲網(wǎng)狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉高錳鋼(3)，得到液態(tài)高錳鋼；(7)把液態(tài)高錳鋼(3)澆入鑄型(2)，獲得鈮絲-高錳鋼二元材料預制體；(8)冷卻清理后把鈮絲-高錳鋼二元材料預制體置入熱處理爐；(9)在碳化物形成溫度下保溫；(10)隨爐冷卻后出爐，即制成碳化鈮增強高錳鋼基復合材料(4)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高錳鋼基復合材料制備工藝，其特征在于所述鈮絲直徑為0. 1 2. 5mm。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種高錳鋼基復合材料制備工藝，其特征在于所述鈮絲網(wǎng)(1) 編織成單層或多層，鈮絲間距為0. 2 10mm，也可根據(jù)工況需要適當增加間距。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種高錳鋼基復合材料制備工藝，其特征在于所述步驟(2) ，根據(jù)零件的尺寸和規(guī)格來制作鈮絲網(wǎng)立體骨架結構。
5. 根據(jù)權利要求l所述的一種高錳鋼基復合材料制備工藝，其特征在于所述步驟(9)碳化物形成溫度為1Q80。C 1350。C，保溫時間為30min 120min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高錳鋼基復合材料制備工藝，該制備工藝主要包括以下步驟用鈮絲編織鈮絲網(wǎng)，經(jīng)過裁剪、多層卷制或疊加制成網(wǎng)狀立體骨架結構；按照鑄造工藝要求制作鑄型，把鈮絲立體網(wǎng)狀骨架預置在鑄型型腔中；冶煉高錳鋼澆入鑄型中，冷卻清理后得到鈮絲-高錳鋼二元材料預制體；把鈮絲-高錳鋼二元材料預制體置入熱處理爐，加溫到碳化物形成溫度進行保溫，獲得碳化鈮顆粒增強高錳鋼基復合材料。用該方法制備的復合材料充分發(fā)揮了碳化鈮硬質相的高耐磨性能和高錳鋼的良好韌性，調控方便，工藝可靠，解決了復合材料反應不完全，增強相顆粒分布不均勻，增強相界面污染弱化等難題，可廣泛應用于礦山、電力、冶金、煤炭、建材等耐磨領域。
文檔編號C22C101/12GK101709440SQ20091021887
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權日2009年11月9日
發(fā)明者劉文剛, 劉曉潔, 岑啟宏, 武宏, 牛立斌, 蔡安江, 許云華 申請人:西安建筑科技大學