專利名稱：復(fù)合耐磨件的預(yù)制體及用該預(yù)制體制造耐磨件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于破碎機(jī)錘頭，板錘，大型水泥磨輥及磨盤等的復(fù)合耐磨件 的預(yù)制體及用該預(yù)制體制造耐磨件的方法。
背景技術(shù)：
在水泥、礦山、冶金、電站或各類類似工業(yè)中遇到的磨礦設(shè)備、破碎設(shè)備中使用的 易磨損部件。這些部件通常要求有很好的整體機(jī)械性能，希望這些部件不僅具有較高的耐 磨性，還要具有一定韌性，以便具有抗沖擊等機(jī)械強(qiáng)度和能夠?qū)ζ溥M(jìn)行機(jī)加工。眾所周知，這兩種性能很難在同一材料中協(xié)調(diào)一致。為了解決這一矛盾，使用復(fù)合 材料是較好的選擇。有人提出表層復(fù)合材料的概念，在耐磨件工作表層形成一定厚度的復(fù) 合層，這層復(fù)合層具有高硬度，高耐磨性，而母體則由韌性較好的材料構(gòu)成。WC、VC、TiC、Cr3C2等碳化物陶瓷及硬質(zhì)合金破碎而來的顆粒與鋼鐵具有較好的潤 濕性、利于鑄滲，而且都具有較高的硬度，而且WC、VC、TiC、Cr3C2等碳化物陶瓷及硬質(zhì)合金 金破碎而來的顆粒均與鋼鐵都有較好的相容性，制備出的復(fù)合材料顆粒與集體為冶金結(jié)合 界面，結(jié)合牢固，具有較高的耐磨性。但是顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料不可避免的一個(gè)問題就是韌性 較低，在高的沖擊磨損條件下，這層硬而脆的復(fù)合材料層會(huì)過早的斷裂與剝落，在使用過程 中不穩(wěn)定。因?yàn)檫@個(gè)緣故，也大大限制了顆粒增強(qiáng)表層復(fù)合材料走向?qū)嶋H應(yīng)用。中國發(fā)明專利(CN 101112718A)利用碳化鎢顆粒制備陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材 料，中國發(fā)明專利(CN 100535162C)中提到碳化鎢顆粒增強(qiáng)鋼/鐵基復(fù)合耐磨襯板，中國發(fā) 明專利(CN 101214539A)利用自蔓延反應(yīng)在高錳鋼表層制備一層碳化鈦顆粒增強(qiáng)復(fù)合層 等，以往制備的顆粒增強(qiáng)耐磨復(fù)合材料都存在以上問題，并且均未提及一種通用的復(fù)合材 料預(yù)制體。最適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法就是控制硬質(zhì)復(fù)合材料在表層的分布，使得表層硬而脆的復(fù) 合材料不成整層分布，而是在表層規(guī)律的分布。中國發(fā)明專利(CN 1147373C)將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制成局部增強(qiáng)，則可避免整塊 復(fù)合增強(qiáng)的脆性，但使用范圍有限，只能針對軋鋼用導(dǎo)位板這種產(chǎn)品，并未從預(yù)制體的制備 上進(jìn)行改變；中國發(fā)明專利(CN 101412095A)采用低碳鋼薄鋼板包裹合金粉末及顆粒的方 式來控制復(fù)合材料的分布，但是薄鋼板并不能在高溫下熔化，留在鑄件中成為薄弱部分，而 且操作復(fù)雜。中國發(fā)明專利(CN 101585081A)采用粘結(jié)劑和適當(dāng)?shù)哪＞咧苽涑鲱A(yù)制體，然 后進(jìn)行澆注，操作簡單，能夠批量生產(chǎn)，提供了較好的思路，但是使用粘結(jié)劑多少會(huì)影響鑄 滲；中國發(fā)明專利(CN 1114513C)利用鑄造方法在耐磨件工作面上嵌入由陶瓷顆粒組成的 嵌入物，嵌入物呈蜂窩狀分布，具有良好的耐磨性和抗沖擊性能，但是其使用的顆粒為氧化 鋯增韌氧化鋁顆粒，與金屬液浸潤性能不好，制造困難，易產(chǎn)程缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服以上的技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種不含任何粘結(jié)劑，在澆鑄過程中 不易潰散，且鑄滲效果良好的復(fù)合耐磨件的預(yù)制體，并提供了利用這種復(fù)合耐磨件的預(yù)制體制備耐磨件的方法，在表層形成母體金屬與復(fù)合材料共存，即保證了耐磨件的耐磨損性 能，又具有高的抗沖擊能力，有效延長了耐磨件的使用壽命。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法如下1)首先，將粒徑為8-60目的陶瓷顆粒或硬質(zhì)合金顆粒與金屬粉末使用無水乙醇 機(jī)械混合均勻得混合物，金屬粉末的加入量為陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒質(zhì)量的2% -10%, 無水乙醇的加入量為陶瓷顆粒或硬質(zhì)合金顆粒質(zhì)量的2% -5% ；2)其次，將所述混合物填充于石墨模具中，在80°C烘干混合物得混合顆粒，然 后將模具連同混合顆粒一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1300-1420°C、真空度為ICT1Pa下燒結(jié) 30-60min，金屬粉末將陶瓷顆粒或硬質(zhì)合金顆粒粘結(jié)在一起，冷卻后打開模具形成預(yù)制體。所說的陶瓷顆粒為WC、TiC, VC或Cr3C2。所說的金屬粉末采用粒徑為150-300目的還原鐵粉。所說的金屬粉末采用粒徑為150-300目的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30% -45%的高碳鉻鐵 粉，余量為還原鐵粉。所說的金屬粉末采用粒徑為150-300目的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30% -45%的高碳錳鐵 粉，余量為還原鐵粉。所說的混合顆粒與模具間墊一層厚度為0. 4-0. 6mm的石墨紙。采用該預(yù)制體制備復(fù)合耐磨件的方法如下1)在鑄型的端面?zhèn)确湃攵鄩K厚度為3_25mm的預(yù)制體，每塊預(yù)制體之間間隔至少 IOmm ；2)熔煉金屬母體材料形成金屬液，金屬液的澆鑄溫度比公知澆鑄溫度 1380-1420°C高30-50°C，然后金屬液出爐澆注進(jìn)入鑄型型腔底部得到厚度為10_30mm的金 屬母體與復(fù)合材料共存的復(fù)合耐磨件。所說的熔煉金屬母體材料是在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行的。所說的金屬母體材料為制造耐磨件常用的高錳鋼、合金鋼、高碳鉻鐵、鎳鉻低合金 鑄鐵。所述復(fù)合耐磨件端部即工作面由金屬母體與規(guī)則分布其上的復(fù)合材料增強(qiáng)體即 預(yù)制體組成，其硬度為HRC 55-67。本發(fā)明制備預(yù)制體不僅方法簡單，而且便于規(guī)模批量生產(chǎn)，采用不同的模具即可 制出特定的預(yù)制體形態(tài)。這種預(yù)制體不含任何粘結(jié)劑及鑄滲劑，不發(fā)氣，不影響鑄滲，在澆 注金屬液時(shí)預(yù)制體不會(huì)被沖散，金屬液滲入預(yù)制體形成復(fù)合材料。用本發(fā)明預(yù)制體制備的 耐磨件，在其端面或工作面上復(fù)合材料與金屬母體相間分布，周圍的金屬母體能夠?qū)?fù)合 材料起到較好的支撐作用，避免了復(fù)合材料直接受到?jīng)_擊，含有硬質(zhì)陶瓷相得復(fù)合材料具 有高的耐磨性，在磨損過程中復(fù)合材料逐漸突出承受主要磨損，保護(hù)周圍金屬母體不被進(jìn) 一步磨損。因此，采用本方法制備的復(fù)合材料耐磨件即保證了耐磨件的耐磨損性能，又具有 高的抗沖擊能力。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的復(fù)合耐磨部件；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的復(fù)合耐磨部件；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的復(fù)合耐磨部件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 錘式破碎機(jī)錘頭一、預(yù)制體的制備1)首先，將粒徑為8-60目的陶瓷顆粒與金屬粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻得 混合物，其中，陶瓷顆粒為WC，金屬粉末采用粒徑為150-300目的還原鐵粉；金屬粉末加入 量為陶瓷顆粒質(zhì)量的8%，無水乙醇的加入量為陶瓷顆粒質(zhì)量的4% ；2)其次，將所述混合物填充于圓柱、條狀、蜂窩狀的石墨模具中，為了防止粘模， 在混合顆粒與石墨模具間墊一層厚度為0. 4-0. 6mm的石墨紙，在80°C烘干混合物得混合 顆粒，然后將模具連同混合顆粒一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1300°C、真空度為KT1Pa下燒結(jié) 60min,金屬粉末將陶瓷顆粒粘結(jié)在一起，制備過程不經(jīng)過壓制，直接在高溫下燒結(jié)，利用陶 瓷顆粒與金屬粉末之間的反應(yīng)和擴(kuò)散，將陶瓷顆粒連接在一起，形成具有三維通孔的海綿 狀結(jié)構(gòu)冷卻后打開模具形成預(yù)制體。二、利用預(yù)制體制備復(fù)合耐磨件1)在鑄型的端面?zhèn)确湃攵鄩K厚度為3_25mm的預(yù)制體，每塊預(yù)制體之間間隔至少 IOmm ；2)在中頻感應(yīng)電爐中熔煉金屬母體材料高錳鋼形成金屬液，金屬液的澆鑄溫度比 公知澆鑄溫度高30-50°C，然后金屬液出爐澆注進(jìn)入鑄型型腔底部，金屬液浸滲入預(yù)制體中 得到厚度為10-30mm的金屬母體與預(yù)制體共存的復(fù)合耐磨件，其硬度為HRC 55-67。如圖1 所示，復(fù)合材料在錘頭端面呈柱狀(圖la)、條狀(圖lb)、蜂窩狀(圖Ic)規(guī)律分布。實(shí)施例2 破碎機(jī)板錘一、預(yù)制體的制備1)首先，將粒徑為8-60目的陶瓷顆粒金屬粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻得混 合物，其中，陶瓷顆粒為TiC，金屬粉末采用粒徑為150-300目的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30% -45%的 高碳鉻鐵粉，余量為還原鐵粉；金屬粉末為其加入量為陶瓷顆粒質(zhì)量的5%，無水乙醇的加 入量為陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒質(zhì)量的3% ；2)其次，將所述混合物填充于圓柱的石墨模具中，為了防止粘模，在混合顆粒與石 墨模具間墊一層厚度為0. 4-0. 6mm的石墨紙，在80°C烘干混合物得混合顆粒，然后將模具 連同混合顆粒一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1350°C、真空度為ICT1Pa下燒結(jié)50min，金屬粉末將 陶瓷顆粒粘結(jié)在一起，制備過程不經(jīng)過壓制，直接在高溫下燒結(jié)，利用陶瓷顆粒與金屬粉末 之間的反應(yīng)和擴(kuò)散，將陶瓷顆粒連接在一起，形成具有三維通孔的海綿狀結(jié)構(gòu)冷卻后打開 模具形成預(yù)制體。二、利用預(yù)制體制備復(fù)合耐磨件本實(shí)例中板錘的母體合金為高鉻鑄鐵，板錘厚度較薄，則放入的預(yù)制體具有一排 孔，呈細(xì)長條狀，板錘較厚大時(shí)，可具有多排孔，這些孔交錯(cuò)排布，制備過程同實(shí)施例1。如圖 2所示，復(fù)合材料在板錘工作面呈單排孔(圖2a)、多排孔(圖2b)分布。實(shí)施例3 立式水泥磨磨輥
一、預(yù)制體的制備1)首先，將粒徑為8-60目的陶瓷顆粒與金屬粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均 勻得混合物，其中，陶瓷顆粒為Cr3C2，金屬粉末采用粒徑為150-300目的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 30% -45%的高碳鉻鐵粉，余量為還原鐵粉；金屬粉末為其加入量為陶瓷顆粒質(zhì)量的2%， 無水乙醇的加入量為陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒質(zhì)量的2% ；2)其次，將所述混合物填充于蜂窩狀的石墨模具中，為了防止粘模，在混合顆粒與 石墨模具間墊一層厚度為0. 4-0. 6mm的石墨紙，在80°C烘干混合物得混合顆粒，然后將模 具連同混合顆粒一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1380°C、真空度為ICT1Pa下燒結(jié)40min，金屬粉末 將陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒粘結(jié)在一起，制備過程不經(jīng)過壓制，直接在高溫下燒結(jié)，利用陶 瓷顆粒與金屬粉末之間的反應(yīng)和擴(kuò)散，將陶瓷顆粒連接在一起，形成具有三維通孔的海綿 狀結(jié)構(gòu)冷卻后打開模具形成預(yù)制體。二、利用預(yù)制體制備復(fù)合耐磨件立式水泥磨磨輥體積較大，是一種大型耐磨部件，很難一次澆鑄如此龐大的鑄件， 一般是以分塊鑄造，然后拼裝成輥。制備過程同實(shí)施例1。磨輥的端面如圖3所示。實(shí)施例4 立式水泥磨磨盤一、預(yù)制體的制備1)首先，將粒徑為8-60目的硬質(zhì)合金顆粒與金屬粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均 勻得混合物，其中，金屬粉末采用粒徑為150-300目的還原鐵粉；金屬粉末為其加入量為硬 質(zhì)合金顆粒質(zhì)量的10%，無水乙醇的加入量為陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒質(zhì)量的5% ；2)其次，將所述混合物填充于蜂窩狀的石墨模具中，為了防止粘模，在混合顆粒與 石墨模具間墊一層厚度為0. 4-0. 6mm的石墨紙，在80°C烘干混合物得混合顆粒，然后將模 具連同混合顆粒一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1420°C、真空度為ICT1Pa下燒結(jié)30min，金屬粉末 將陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒粘結(jié)在一起，制備過程不經(jīng)過壓制，直接在高溫下燒結(jié)，利用陶 瓷顆粒與金屬粉末之間的反應(yīng)和擴(kuò)散，將陶瓷顆粒連接在一起，形成具有三維通孔的海綿 狀結(jié)構(gòu)冷卻后打開模具形成預(yù)制體。二、利用預(yù)制體制備復(fù)合耐磨件立式水泥磨磨盤體積大，也是一種大型耐磨部 件，很難一次澆鑄完成如此龐大的鑄件，一般是以分塊鑄造，然后拼裝成盤。制備過程同實(shí) 施例1。
權(quán)利要求
復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法，其特征在于1)首先，將粒徑為8 60目的陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒與金屬粉末使用無水乙醇機(jī)械混合均勻得混合物，金屬粉末的加入量為陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒質(zhì)量的2％ 10％，無水乙醇的加入量為陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒質(zhì)量的2％ 5％；2)其次，將所述混合物填充于石墨模具中，在80℃烘干混合物得混合顆粒，然后將模具連同混合顆粒一起放入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1300 1420℃、真空度為10 1Pa下燒結(jié)30 60min，金屬粉末將陶瓷顆?；蛴操|(zhì)合金顆粒粘結(jié)在一起，冷卻后打開模具形成預(yù)制體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法，其特征在于所說的陶瓷 顆粒為 WC、TiC、VC 或 Cr3C2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法，其特征在于所說的金屬 粉末采用粒徑為150-300目的還原鐵粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法，其特征在于所說的金屬 粉末采用粒徑為150-300目的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30% -45%的高碳鉻鐵粉，余量為還原鐵粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法，其特征在于所說的金屬 粉末采用粒徑為150-300目的含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30% -45%的高碳錳鐵粉，余量為還原鐵粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合耐磨件的預(yù)制體的制備方法，其特征在于所說的混合 顆粒與模具間墊一層厚度為0. 4-0. 6mm的石墨紙。
7.一種采用權(quán)利要求1所述的預(yù)制體制備復(fù)合耐磨件的方法，其特征在于1)在鑄型的端面?zhèn)确湃攵鄩K厚度為3-25mm的預(yù)制體，每塊預(yù)制體之間間隔至少 IOmm ；2)熔煉金屬母體材料形成金屬液，金屬液的澆鑄溫度比公知澆鑄溫度1380-1420°C高 30-50°C，然后金屬液出爐澆注進(jìn)入鑄型型腔底部得到厚度為10-30mm的金屬母體與復(fù)合 材料共存的復(fù)合耐磨件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合耐磨件的制備方法，其特征在于所說的熔煉金屬母體 材料是在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合耐磨件的制備方法，其特征在于所說的金屬母體材料 為制造耐磨件常用的高錳鋼、合金鋼、高碳鉻鐵、鎳鉻低合金鑄鐵。
10.一種按權(quán)利要求7、8或9所述的制備方法制成的復(fù)合耐磨件，其特征在于所述復(fù) 合耐磨件端部即工作面由金屬母體與規(guī)則分布其上的復(fù)合材料增強(qiáng)體即預(yù)制體組成，其硬 度為 HRC 55-67。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合耐磨件的預(yù)制體及用該預(yù)制體制造耐磨件的方法。預(yù)制體由碳化物陶瓷顆?；蛘哂捎操|(zhì)合金破碎而來的顆粒與金屬粉末混合并在高溫下燒結(jié)而制成，通過設(shè)計(jì)不同的模具，可以將預(yù)制體制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等。將預(yù)制體規(guī)則排列在鑄型端面采用普通或負(fù)壓鑄造方法澆鑄液態(tài)金屬后，金屬液浸滲入預(yù)制體形成復(fù)合材料耐磨件，耐磨件的表層由母體金屬與復(fù)合材料共同組成，采用本方法制備的復(fù)合材料耐磨件即保證了耐磨件的耐磨損性能，又具有高的抗沖擊能力。
文檔編號(hào)C22C29/00GK101899585SQ201010235200
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者史芳杰, 尹宏飛, 李林, 李燁飛, 王娟, 王海燕, 蘇志輝, 邢建東, 鄭開宏, 高義民 申請人:西安交通大學(xué);廣州有色金屬研究院