專利名稱：：一種骨架增強體復合錘頭的制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及破碎、粉磨等領域廣泛使用的錘頭的制備，特別涉及一種骨架增強體復合錘頭的制備方法。該方法制備的復合錘頭，由高硬度的骨架增強體和基體金屬組成，既發(fā)揮了增強體的高耐磨性，又保留了基體金屬的良好韌性，綜合性能顯著提高。
背景技術：
：在冶金、礦山、建材等工業(yè)行業(yè)中，物料的破碎、粉磨一般采用機械的辦法，錘式破碎設備是一種常規(guī)的機器設備，其中的主要工作部件錘頭承受著不同程度的沖擊和磨損，更換頻繁，耗費極大，是主要的易損件。目前制作錘頭主要的材質為高錳鋼。高錳鋼具有良好的加工硬化性能，在高負荷、高沖擊應力下，實現奧氏體向馬氏體的固態(tài)相變而加工硬化，從而表現出一定的耐磨性。但高錳鋼組織中不含有高硬度碳化物，其耐磨性優(yōu)勢并不明顯。為了提高錘頭的耐磨性，也有采用高鉻鑄鐵材質進行制作，但韌性差容易斷裂，使用受到限制。針對錘頭的工況要求，采用復合技術，將硬質材料與高韌性材料相結合，形成性能優(yōu)勢互補、綜合性能良好的復合錘頭，成為主要的研究方向。目前常用的復合制備方法有雙液澆注、堆焊、鑲鑄以及機械組合。雙液澆注方法較為復雜，澆注過程中必須使用高溫保護劑，結合部位容易產生氣孔、夾渣，影響整體性能，復合質量不穩(wěn)定；堆焊易產生裂紋，耐磨層容易剝落開裂，適用范圍也有限；鑲鑄由于存在界面結合強度偏低，硬質相容易脫落等問題，會導致早期失效；機械組合是將錘頭分成兩部分，頭部材料為高鉻鑄鐵，錘柄材料為40Cr，用螺栓將二者連接組合成一體，這種機械組合錘頭初期使用效果較佳，但到后期，兩部分會發(fā)生分離并飛出，造成設備損毀。申請人已公開的申請專3利"一種復合耐磨錘頭的制備方法"，申請?zhí)?00810232495.5，選用合金粉芯棒材軋制成捆，布置于錘頭的鑄型型腔內，然后把熔化的基體金屬液直接澆入型腔制備復合綞頭，該方法主要利用高溫金屬液的熱量來熔化溶解合金粉芯棒材，使其原位反應生成硬質相并與基體金屬融為一體。但實際應用過程中發(fā)現，該方法存在以下不足(1)基體金屬液必須具有足夠的高溫熱能，才能保證合金粉芯棒材的熔化溶解，但在實際操作中由于受到基體金屬熔點的局限而很難保證；(2)由于溫差的作用，合金元素的反應很難控制，溫度高的部位合金元素完全溶解擴散，會全部溶入到基體金屬中，導致基體金屬組織變異，無法保證原有韌性，達不到材料復合的效果；而溫度低的部位，合金元素反應不完全，僅起到簡單燒結的作用，無法形成充分的冶金組織，結合強度很差，起不到增強的效果；(3)合金粉芯棒材在高溫下容易軟化變形，破壞了原有的排列順序，難以保證復合的均勻性；(4)沒有采用預熱措施，合金粉芯棒材的制冷作用很容易導致金屬液過早冷卻，流動性變差，無法填充到位，造成澆不足、冷隔、縮孔等鑄造缺陷，導致內部復合質量較差，使用性能受到很大限制。
發(fā)明內容針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠滿足沖擊磨料磨損工況下使用的高性能骨架增強體復合錘頭的制備方法。該方法采用內裝硬質材料的管絲制成預制骨架體，進行真空冶金燒結，在高溫下管絲和內部的硬質材料熔化溶解，形成充分的冶金組織結構，并生成大量的硬質相，然后冷卻使其原位凝固形成完整的骨架增強體，再將其與基體金屬澆鑄復合形成一體，制備出由含有硬質相的骨架增強體與基體金屬組成的復合錘頭。該方法制備的骨架增強體由于經過真空高溫冶煉燒結，形成了充分的冶金組織結構，性能穩(wěn)定，具有良好的強度和剛度，整體性強，與基體金屬復合仍能保持完整的骨架結構，且排列有序，分布均勻，可達到最佳的復合效果；硬質相的種類和含量可自由調控，并達到局部復合、梯度復合，從而達到最佳的使用性能；該方法制得的復合錘頭由含有硬質相的骨架增強體和基體金屬組成，既發(fā)揮了骨架增強體中硬質相的高耐磨性，又保留了基體金屬的良好韌性，二者相互交織、互相支撐，綜合性能顯著提高。為了實現上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案一種骨架增強體復合錘頭的制備方法，制得的該復合錘頭是由含有硬質相的骨架增強體與基體金屬復合而成，具體包括下列步驟(1)選用內裝硬質材料的管絲，將管絲剪切、彎制、編織、疊加，按錘頭磨損部位的結構制成骨架預制體；(2)用耐火材料，填充骨架預制體內的空隙，并包覆壓實制成塊狀，干燥，形成具有一定強度的塊體；(3)將塊體放入真空冶金燒結爐內，進行冶煉燒結，在高溫下管絲外鋼皮與內裝的硬質材料熔化溶解，形成充分的冶金組織結構，在耐火材料的定位作用下，使其在原位凝固成型；(4)降溫冷卻，清理掉耐火材料，獲得具有一定空間結構的骨架增強體，并進行酸洗，烘干，去除表面雜質；(5)按照鑄造工藝要求制作鑄型，并將骨架增強體預置入鑄型型腔內；(6)將鑄型在300。C80(TC條件下進行烘干預熱；(7)冶煉基體金屬，待達到合適的溫度后出爐，澆入鑄型內，注滿為止；(8)冷卻凝固后脫模清理，即制成由含有硬質相的骨架增強體和基體金屬組成的復合錘頭。本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點-1、含有大量硬質相的骨架增強體與基體金屬相互交織、互相支撐，有效融為一體，既發(fā)揮了增強體的高耐磨性，又具有基體金屬的高韌性，綜合性能良好。2、采用了內裝硬質材料的管絲制作骨架預制體，并進行真空冶金燒結，形成了充分的冶金組織結構，并含有大量硬質相化合物，使骨架增強體表現出良好的強度、剛度和耐熱性能，在與基體金屬復合過程中，不會軟化變形，仍能保持完整骨架結構，且排列有序，分布均勻，保證了最佳的復合效果。3、采用了真空高溫冶金燒結成型方法，形成的骨架增強體內部組織純潔、不良缺陷少，達到了完全冶金化的效果，性能穩(wěn)定可靠。4、骨架增強體具有良好的抗高溫變形能力，可提高烘干預熱的溫度，從而保證基體金屬液的流動性和充型可靠性，對基體金屬熔煉溫度無嚴格要求，也可避免澆不足、冷隔或縮孔等現象的發(fā)生，保證了內部的復合質量。5、可將骨架增強體化整為零，先制備出小規(guī)格的增強體，復合時再拼裝成整體的骨架結構，復合后仍能保持增強體的完整性，可復制性好，可操作性強，制作方法方便可靠。6、硬質相的種類和數量可根據使用要求自由調控，通過選用不同的硬質材料組合配比，制備出適應不同磨損工況的復合錘頭。7、可根據錘頭磨損部位的要求，設置合理的復合層厚度，并調整骨架增強體的空間密度，達到局部復合、梯度復合，優(yōu)化產品性能。8、由于管絲具有一定的塑性，成型性好，增強體可制成二維、三維等多種骨架結構，因此可制備不同形狀的錘頭。9、采用冶金鑄造法制備，不存在潤濕性問題，方法可控，成本較低。圖l是管絲結構示意圖。圖2是骨架預制體填充耐火材料冶金燒結示意圖。圖3是骨架增強體澆鑄復合方法示意圖。圖4為骨架增強體復合錘頭的組織結構示意圖。下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。具體實施例方式按照本發(fā)明的骨架增強體復合錘頭的制備方法，制得的該復合錘頭是由含有硬質相的骨架增強體與基體金屬復合而成，具體包括下列步驟(1)選用內裝硬質材料的管絲，將管絲剪切、彎制、編織、疊加，按錘頭磨損部位結構制成骨架預制體；(2)用耐火材料，填充骨架預制體內的空隙，并包覆壓實制成塊狀，干燥，形成具有一定強度的塊體；(3)將塊體放入真空冶金燒結爐內，進行冶煉燒結，在高溫下管絲外鋼皮與內裝的硬質材料熔化溶解，形成充分的冶金組織結構，在耐火材料的定位作用下，使其在原位凝固成型；(4)降溫冷卻，清理掉耐火材料，獲得具有一定空間結構的骨架增強體,并進行酸洗，烘干，去除表面雜質；(5)按照鑄造工藝要求制作鑄型，并將骨架增強體預置入鑄型型腔內；(6)將鑄型在30(TC80(TC條件下進行烘干預熱；(7)冶煉基體金屬，待達到合適的溫度后出爐，澆入鑄型內，注滿為止;(8)冷卻凝固后脫模清理，即制成由含有硬質相的骨架增強體和基體金屬組成的復合錘頭。所述管絲的外鋼皮為低碳鋼，直徑4)2.04)5.0mm。所述硬質材料由鐵合金粉、金屬粉、石墨粉、硬質合金顆粒、陶瓷顆粒其中一種或幾種構成，粒度0.12mm，填充率10%~60%。所述耐火材料選用樹脂砂、水玻璃砂、石墨或公知的耐火材料。所述烘干預熱溫度300°C~800°C所述基體金屬選用普通碳鋼、合金鋼、高錳鋼等。以下是發(fā)明人給出的實施例，這些實施例主要用于進一步解釋本發(fā)明，本發(fā)明不限于以下實施例。實施例l:制備高鉻合金骨架增強體與高錳鋼復合錘頭參見圖13，本實施例的制備方法按照以下步驟進行A、選用4>3.2mm直徑的管絲1，外鋼皮為低碳鋼，內裝配制好的高碳袼鐵粉2，粒度0.150.2mrn，填充率45%，按照錘頭磨損部位結構，將管絲1剪切、彎制、編織、疊加制成骨架預制體；B、選用水玻璃砂作為耐火材料3，將其填充到骨架預制體的空隙內，并包覆壓實制成塊狀，干燥后形成具有一定強度的塊體；C、將塊體放入真空冶金燒結爐內，進行高溫冶煉燒結，管絲l的外鋼皮與內裝的高碳鉻鐵粉2熔化溶解，形成高鉻合金組織，并生成大量碳化物，在水玻璃砂耐火材料3的定位作用下，降溫冷卻，使其原位凝固成型；D、清理掉水玻璃砂耐火材料3，獲得具有一定空間結構的骨架增強體，進行酸洗烘干，去除表面雜質；E、按照鑄造工藝要求制作鑄型4,并將骨架增強體預置入鑄型4的型腔內；F、將鑄型4進行烘干預熱到溫度350°C;G、冶煉高錳鋼作為基體材料5，待達到合適溫度后出爐，澆入鑄型4內，注滿為止；H、冷卻凝固后脫模清理，即制成由高鉻合金骨架增強體和高錳鋼基體5組成的復合錘頭。實施例2:制作碳化鎢硬質合金與35鋼的復合錘頭參見圖1~3，本實施例的制備方法按照以下步驟進行A、選用4)5.0mm直徑的管絲1，外鋼皮為低碳鋼，內裝配制好的碳化鎢顆粒2,粒度0.5lmm，填充率35%,按照錘頭磨損部位結構，將管絲1剪切、彎制、編織、疊加制成骨架預制體；8B、選用樹脂砂作為耐火材料3，將其填充到骨架預制體的空隙內，并包覆壓實制成塊狀，干燥后形成具有一定強度的塊體；C、將塊體放入真空冶金燒結爐內，進行高溫冶煉燒結，管絲l的外鋼皮與內裝的碳化鎢顆粒2熔化溶解，形成鋼結碳化鎢合金，在樹脂砂耐火材料3的定位作用下，降溫冷卻，使其原位凝固成型；D、清理掉樹脂砂耐火材料3,獲得具有一定空間結構的骨架增強體，進行酸洗烘干，去除表面雜質；E、按照鑄造工藝要求制作鑄型4,并將骨架增強體預置入鑄型4的型腔內；F、將鑄型4進行烘干預熱到溫度60(TC;G、冶煉35鋼作為基體材料5，待達到合適溫度后出爐，澆入鑄型4內，注滿為止；H、冷卻凝固后脫模清理，即制成由含有碳化鎢硬質相的骨架增強體與35鋼基體5組成的復合錘頭。當然，本發(fā)明的硬質材料可以選擇鐵合金粉、金屬粉、石墨粉、硬質合金顆粒、陶瓷顆粒其中一種或幾種，耐火材料選用樹脂砂、水玻璃砂、石墨或公知的耐火材料均可以，基體金屬不局限于普通碳鋼、合金鋼、高錳鋼，可以根據要求選擇不同的基體金屬，均能夠實現本發(fā)明的目的。本發(fā)明制備的骨架增強體復合錘頭的組織結構示意圖如圖4所示，制得的該復合錘頭既發(fā)揮了骨架增強體中硬質相的高耐磨性，又保留了基體金屬的良好韌性，二者相互交織、互相支撐，綜合性能顯著提高。遵循本發(fā)明的技術方案，制得的復合錘頭的各項耐磨性技術指標對比參見下表產品材質宏觀硬度沖擊韌性蟹職相對壽命35鋼HRC1335J7cm20細4g1Mnl3HRC15129J/cm2O扁lg1.679<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>備注選用360號Al2O3砂紙、載荷0.8kg兩體磨損檢測結果按照本發(fā)明的方法，可進行局部復合、梯度復合，其硬質相的種類和含量可控可調，復合厚度也可根據要求調整，制得的該復合錘頭既發(fā)揮了骨架增強體中硬質相的高耐磨性，又保留了基體金屬的良好韌性，二者相互交織、互相支撐，綜合性能顯著提高，可廣泛應用于破碎、粉磨等磨損工況領域。權利要求1、一種骨架增強體復合錘頭的制備方法，其特征在于，制得的該復合錘頭是由含有硬質相的骨架增強體與基體金屬復合而成，具體包括下列步驟(1)選用內裝硬質材料的管絲，將管絲剪切、彎制、編織、疊加，按錘頭磨損部位結構制成骨架預制體；(2)用耐火材料，填充骨架預制體內的空隙，并包覆壓實制成塊狀，干燥，形成具有一定強度的塊體；(3)將塊體放入真空冶金燒結爐內，進行冶煉燒結，在高溫下管絲外鋼皮與內裝的硬質材料熔化溶解，形成充分的冶金組織結構，在耐火材料的定位作用下，使其在原位凝固成型；(4)降溫冷卻，清理掉耐火材料，獲得具有一定空間結構的骨架增強體，并進行酸洗，烘干，去除表面雜質；(5)按照鑄造工藝要求制作鑄型，并將骨架增強體預置入鑄型型腔內；(6)將鑄型在300℃～800℃條件下進行烘干預熱；(7)冶煉基體金屬，待達到合適的溫度后出爐，澆入鑄型內，注滿為止；(8)冷卻凝固后脫模清理，即制成由含有硬質相的骨架增強體和基體金屬組成的復合錘頭。2、如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述管絲的外鋼皮為低碳鋼，管絲直徑為4)2.04)5.0mm。3、根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硬質材料由鐵合金粉、金屬粉、石墨粉、硬質合金顆粒、陶瓷顆粒其中一種或幾種構成，粒度為0.1~2mm，填充率為10%~60%。_4、如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述耐火材料選用樹脂砂、水玻璃砂、石墨或公知的耐火材料。5、如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述基體金屬選用普通碳鋼、合金鋼、高錳鋼。全文摘要本發(fā)明公開了一種骨架增強體復合錘頭的制備方法，制得的復合錘頭是由含有硬質相的骨架增強體與基體金屬復合而成，該方法采用內裝硬質材料的管絲制成骨架預制體，然后進行真空高溫冶金燒結，制成含有硬質相的骨架增強體，再將其與基體金屬澆鑄復合成型，形成由含有硬質相的骨架增強體與基體金屬復合而成的錘頭。由于骨架增強體經過了真空高溫冶煉燒結，形成了充分的冶金組織結構，且排列有序，均勻分布，性能穩(wěn)定，整體性強，與基體金屬復合仍能保持完整的骨架結構，既發(fā)揮了骨架增強體中硬質相的高耐磨性，又保留了基體金屬的良好韌性，也可進行局部復合、梯度復合，達到最佳的使用效果，綜合性能顯著提高。文檔編號B22D19/02GK101658917SQ20091002405公開日2010年3月3日申請日期2009年9月22日優(yōu)先權日2009年9月22日發(fā)明者宏武,牛立斌,許云華申請人:西安建筑科技大學