專利名稱：碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制
備工藝。
背景技術(shù)：
高速鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，經(jīng)過特殊工藝處理后可以得到很高的硬度，并 且在高溫條件下使用，仍保持高硬度和高耐磨性，因此被廣泛應(yīng)用到制作各種機(jī)床的切削 工具，也可應(yīng)用于高載荷模具、高溫軸承以及其它耐熱耐磨零部件等等。高速鋼經(jīng)過近百年 的發(fā)展歷史，至今已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的階段。在20世紀(jì)五六十年代，西方發(fā)達(dá)國家都普遍 采用W-Mo系高速鋼(以怖Mo5Cr4V2代表，即M2鋼)取代大多數(shù)W系高速鋼(以W18Cr4V 為代表，即Tl鋼)，而直到上世紀(jì)80年代，W-Mo系高速鋼才在我國得到迅速發(fā)展，到1994年 已占高速鋼總產(chǎn)量的近95X。這些W-Mo系高速鋼主要包括W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Al (簡 稱M1A1) 、 W9Mo3Cr4、 W8Mo5Cr4VCo3N、 W12Mo3Cr4VCo3N、 W9Mo3Cr4VCo5、 W12Mo3Cr4V3N、 W9Mo3Cr4V3等等；還有一些低合金高速鋼包括301鋼、D106和GM鋼等。
作為機(jī)械制造業(yè)中關(guān)鍵的切削技術(shù)，隨著現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也得到了飛速 提升。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了許多超硬工具材料如TiC基硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬 陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石等，在切削速度、效率及切削難加工材料方面，顯著優(yōu)于高速 鋼。但是高速鋼在韌性、工具成型性方面卻是任何脆性超硬工具材料所無法企及的，尤其是 在制造多刃刀具、精密刀具時(shí)具有顯著的成本優(yōu)勢，因此在制造復(fù)雜刀具、經(jīng)受較大沖擊振 動(dòng)的切削加工以及切削一般材料方面，高速鋼仍然占有重要地位，且使用量遠(yuǎn)大于硬質(zhì)合 金。 雖然在工具材料中，高速鋼保持著基礎(chǔ)地位，但隨著現(xiàn)代裝備技術(shù)的發(fā)展 和工況的惡化，它的耐磨性亟待進(jìn)行大量的改進(jìn)工作。專利[200810246840. 0]、 [200510038980.5]、 [200810010287.0]、
發(fā)明了層狀復(fù)合高速鋼軋輥的生產(chǎn) 工藝，把球墨鑄鐵等低耐磨性材料鑄造成軋輥的芯部，外部為高速鋼材質(zhì)，形成雙層復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明主要采用復(fù)合工藝制備出原位化學(xué)反應(yīng)合成碳化釩的高耐磨性高速鋼基 復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制備工藝，通過該工藝在高速 鋼基體中形成大量原位反應(yīng)生成的碳化釩硬質(zhì)相，并與高速鋼有效結(jié)合為一體，充分發(fā)揮 了硬質(zhì)相的高耐磨特性，也保留了基體金屬的良好韌性，從而達(dá)到最佳的性能匹配，可以把 高速鋼的耐磨性提高3倍左右。該工藝可制作多種結(jié)構(gòu)形狀的產(chǎn)品，開發(fā)應(yīng)用前景廣闊。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
(1)用釩絲編織釩絲網(wǎng)(1);
3
(2)將釩絲網(wǎng)(1)裁剪、多層巻制或疊加，預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；
(3)把預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架進(jìn)行酸洗去掉油污雜物；
(4)按鑄造工藝要求制作鑄型； (5)將預(yù)制的釩絲網(wǎng)(1)狀立體骨架放入鑄型(2);
(6)冶煉高速鋼(3)，得到液態(tài)高速鋼； (7)把液態(tài)高速鋼澆入鑄型，獲得釩絲_高速鋼二元材料預(yù)制體；
(8)冷卻清理后把釩絲_高速鋼二元材料預(yù)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，即制成碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料(4)。 所述釩絲(1)直徑為0. 1 2. 5mm ;所述釩絲網(wǎng)(1)編織成單層或多層，釩絲間距
為0. 2 10mm，也可根據(jù)工況需要適當(dāng)增加間距。 所述步驟(2)中，根據(jù)零件的尺寸和規(guī)格來制作釩絲網(wǎng)(1)立體骨架結(jié)構(gòu)。所述 步驟(9)碳化物形成溫度為1080°C 1350。C，保溫時(shí)間為30min 120min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、通過鑄滲的原理，把釩絲立體網(wǎng)狀骨架固定在高速鋼基體中制作成預(yù)制體，保 證了碳化物形成元素釩在基體中的均勻性； 2、在熱處理爐中，通過1080°C 1350°C ，保溫時(shí)間為30min 120min，使釩原子進(jìn) 行中長程的充分?jǐn)U散，彌散到高速鋼基體中，并與高速鋼中的碳原子發(fā)生原位反應(yīng)，自然生 成碳化釩硬質(zhì)相顆粒，由于1080°C 135(TC溫度區(qū)低于高速鋼的液化溫度，因此釩原子的 擴(kuò)散屬于固態(tài)擴(kuò)散，碳化釩也是在固態(tài)下原位反應(yīng)生成的，避免了碳化釩與基體金屬比重 差異造成的漂浮和偏析，解決了硬質(zhì)相難以彌散且均勻分布的復(fù)合材料制備難題，并且可 以使全部釩參與原位反應(yīng)生成碳化釩。 3、碳化釩硬質(zhì)相屬于內(nèi)部原位化學(xué)反應(yīng)生成，所以碳化釩顆粒的界面潔凈無污 染，與高速鋼基體結(jié)合成一體，具有良好的界面結(jié)合效果，避免了外加硬質(zhì)顆粒等傳統(tǒng)復(fù)合 材料制備工藝上的增強(qiáng)相界面弱化問題，獲得的復(fù)合材料既保留了高速鋼的良好韌性，又 有了碳化釩硬質(zhì)相的高耐磨性，進(jìn)一步提升了材料的磨損壽命。 4、根據(jù)零件的需要，既可以把釩絲網(wǎng)放置于鑄型的局部，澆注高速鋼后獲得局部 耐磨的零件，復(fù)合層厚度可根據(jù)工況要求任意調(diào)整；也可以把釩絲網(wǎng)放置于整個(gè)鑄型型腔 中，澆注高速鋼后獲得整體耐磨的零件，工藝可控性強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明流程圖 圖2為預(yù)置釩絲網(wǎng)的鑄型截面示意圖 圖3為落料襯板預(yù)制體截面示意圖 圖4為整體碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料落料襯板截面示意圖
圖5為局部碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料落料襯板截面示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1 :制作整體復(fù)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釩絲編織釩絲網(wǎng)1，釩絲間距為2mm ; (2)釩絲網(wǎng)1按落料襯板長度和高度規(guī)格裁剪成矩形； (3)把矩形釩絲網(wǎng)1進(jìn)行酸洗； (4)按鑄造工藝要求制作鑄型2 ; (5)把裁剪好的釩絲網(wǎng)1多層疊加，并放置入水玻璃砂型2的型腔； (6)冶煉高速鋼3，得到液態(tài)高速鋼； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)高速鋼3澆入鑄型，使液態(tài)高速鋼充滿網(wǎng)狀立體骨 架的空隙，獲得釩絲_高速鋼二元材料預(yù)制體； (8)冷卻脫型清理后，把釩絲_高速鋼二元材料預(yù)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，即得到整體碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料落料襯板4。 實(shí)施例2 :制作局部復(fù)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釩絲編織釩絲網(wǎng)1，釩絲間距為10mm (2)釩絲網(wǎng)1按落料襯板長度和一半高度規(guī)格裁剪成矩形； (3)把矩形釩絲網(wǎng)進(jìn)行酸洗； (4)按鑄造工藝要求制作鑄型2 ; (5)把裁剪好的釩絲網(wǎng)1多層疊加，并放置入水玻璃砂型2的型腔； (6)冶煉高速鋼3，得到液態(tài)高速鋼； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)高速鋼3澆入鑄型，獲得局部釩絲-高速鋼二元材料 預(yù)制體； (8)冷卻脫型清理后，把局部釩絲_高速鋼二元材料預(yù)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，即得到局部碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料落料襯板4。
權(quán)利要求
碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟(1)用釩絲編織釩絲網(wǎng)(1)；(2)將釩絲網(wǎng)(1)裁剪、多層卷制或疊加，預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；(3)把預(yù)制成網(wǎng)狀立體骨架進(jìn)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(yù)制的釩絲網(wǎng)狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉高速鋼(3)，得到液態(tài)高速鋼；(7)把液態(tài)高速鋼(3)澆入鑄型(2)，獲得釩絲-高速鋼二元材料預(yù)制體；(8)冷卻清理后把釩絲-高速鋼二元材料預(yù)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，即制成碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于所述釩絲直徑為0. 1 2. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制備工藝，其特征在于所述釩絲網(wǎng)(1)編織成單層或多層，釩絲間距為0. 2 10mm，也可根據(jù)工況需要適當(dāng)增加間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)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)格來制作釩絲網(wǎng)立體骨架結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)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(shí)間為30min 120min。
全文摘要
本發(fā)明公開了碳化釩增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料制備工藝，該制備工藝主要包括以下步驟用釩絲編織釩絲網(wǎng)，裁剪、多層卷制或疊加制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；按照鑄造工藝要求制作鑄型，把釩絲立體網(wǎng)狀骨架預(yù)置在鑄型型腔中；冶煉高速鋼澆入鑄型中，得到釩絲-高速鋼二元材料預(yù)制體；冷卻清理后把釩絲-高速鋼二元材料預(yù)制體置入熱處理爐，加溫到碳化物形成溫度進(jìn)行保溫，獲得碳化釩顆粒增強(qiáng)高速鋼基復(fù)合材料。用該工藝制備的復(fù)合材料，充分發(fā)揮了碳化釩硬質(zhì)相的高耐磨性能和高速鋼的良好韌性，調(diào)控方便，工藝可靠，解決了復(fù)合材料反應(yīng)不完全，增強(qiáng)相顆粒分布不均勻，增強(qiáng)相界面污染弱化等難題，可廣泛應(yīng)用于礦山、電力、冶金、煤炭、建材等耐磨領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B22D27/20GK101705416SQ200910218849
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者岑啟宏, 徐英鴿, 牛立斌, 蔡安江, 許云華, 馬幼平 申請人:西安建筑科技大學(xué)