專利名稱：一種球墨鑄鐵基復(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，特別涉及一種球墨鑄鐵基復(fù)合材料制備工藝。
背景技術(shù)：
球墨鑄鐵是一種廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、電力、建筑、機械、煤碳、汽車等行業(yè)的常 用金屬材料，由于具有較高的碳含量，經(jīng)過孕育和球化處理后，碳以球狀或蠕蟲狀石墨形態(tài) 分布在組織中，使球墨鑄鐵有較好的強度和韌性。但由于球墨鑄鐵中缺少碳化物等硬質(zhì)相， 其宏觀硬度只有HRC35左右，所以球墨鑄鐵不能抵制磨損工況條件下，磨料對零件表面的 切削磨損作用，這使得球墨鑄鐵很難應(yīng)用到受磨損的設(shè)備零件上，極大地限制了其使用范 圍。 目前生產(chǎn)上提高球墨鑄鐵耐磨性方面，通過加入合金元素或熱處理，獲得貝氏體、 馬氏體等組織，只能微量提高耐磨性，仍舊不能使球墨鑄鐵廣泛應(yīng)用于磨損領(lǐng)域；近年來出 現(xiàn)了陶瓷顆粒增強的復(fù)合制備工藝，例如用碳化鈮或氮化鈮顆粒放置在鑄型底部，然后再 澆入球墨鑄鐵，但制備工藝難以穩(wěn)定控制，增強顆粒分布不均勻，仍舊難以獲得增強體分布 均勻的整體抗磨球墨鑄鐵。也有將碳化鈮等硬質(zhì)顆粒用粘結(jié)劑固化成形，放入鑄型內(nèi)，然后 澆注金屬液，使硬質(zhì)顆粒與金屬液互相滲透熔合，但由于粘結(jié)劑在高溫下分解產(chǎn)生大量氣 體，導(dǎo)致復(fù)合層內(nèi)部形成許多氣孔，效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種球墨鑄鐵基復(fù)合材料制備工藝，通過該工藝在球墨鑄鐵
基體中形成網(wǎng)狀碳化鈮硬質(zhì)相，并與球墨鑄鐵有效結(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，可制作成多種結(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)方案是這樣實現(xiàn)的 (i)用鈮絲編織鈮絲網(wǎng)(l); (2)將鈮絲網(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)制的鈮絲網(wǎng)(1)狀立體骨架放入鑄型(2); (6)冶煉球墨鑄鐵(3)，得到液態(tài)球墨鑄鐵； (7)把液態(tài)球墨鑄鐵澆入鑄型，獲得鈮絲_球墨鑄鐵二元材料預(yù)制體； (8)冷卻清理后把鈮絲_球墨鑄鐵二元材料預(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，即制成碳化鈮增強球墨鑄鐵基復(fù)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(dāng)增加間距。 所述步驟(2)中，根據(jù)零件的尺寸和規(guī)格來制作鈮絲網(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，保溫時間為30min 120min。
與現(xiàn)有技術(shù)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)狀骨架固定在球墨鑄鐵基體中制作成預(yù)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1080°C 1350°C ，保溫時間為30min 120min，使鈮原子進(jìn) 行中長程的充分?jǐn)U散，彌散到球墨鑄鐵基體中，并與球墨鑄鐵中的碳原子發(fā)生原位反應(yīng)，自 然生成碳化鈮硬質(zhì)相顆粒，由于1080°C 135(TC溫度區(qū)低于球墨鑄鐵的液化溫度，因此鈮 原子的擴(kuò)散屬于固態(tài)擴(kuò)散，碳化鈮也是在固態(tài)下原位反應(yīng)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(zhì)相難以彌散且均勻分布的復(fù)合材料制備難題， 并且可以使全部鈮參與原位反應(yīng)生成碳化鈮。 3、碳化鈮硬質(zhì)相屬于內(nèi)部原位化學(xué)反應(yīng)生成，所以碳化鈮顆粒的界面潔凈無污 染，與球墨鑄鐵基體結(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相界面弱化問題，獲得的復(fù)合材料既保留了球墨鑄鐵的良好韌 性，又有了碳化鈮硬質(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，既可以把鈮絲網(wǎng)放置于鑄型的局部，澆注球墨鑄鐵后獲得局 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；也可以把鈮絲網(wǎng)放置于整個鑄型型 腔中，澆注球墨鑄鐵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2為預(yù)置鈮絲網(wǎng)的鑄型截面示意3為落料襯板預(yù)制體截面示意4為整體碳化鈮增強球墨鑄鐵基復(fù)合材料落料襯板截面示意5為局部碳化鈮增強球墨鑄鐵基復(fù)合材料落料襯板示意截面圖
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例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鈮絲編織鈮絲網(wǎng)l，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)l進(jìn)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)冶煉球墨鑄鐵3，得到液態(tài)球墨鑄鐵；(7)采用重力鑄造方法把液態(tài)球墨鑄鐵3澆入鑄型，獲得鈮絲-球墨鑄鐵二元材料
預(yù)制體;
(8)冷卻脫型清理后，把鈮絲_球墨鑄鐵二元材料預(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，即得到整體碳化鈮增強球墨鑄鐵基復(fù)合材料落料襯板4。 實施例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(jìn)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)冶煉球墨鑄鐵3，得到液態(tài)球墨鑄鐵； (7)采用重力鑄造方法把液態(tài)球墨鑄鐵3澆入鑄型，獲得局部鈮絲-球墨鑄鐵二元 材料預(yù)制體； (8)冷卻脫型清理后，把局部鈮絲_球墨鑄鐵二元材料預(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，即得到局部碳化鈮增強球墨鑄鐵基復(fù)合材料落料襯板4。
權(quán)利要求
一種球墨鑄鐵基復(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(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)制的鈮絲網(wǎng)狀立體骨架放入鑄型(2)；(6)冶煉球墨鑄鐵(3)，得到液態(tài)球墨鑄鐵；(7)把液態(tài)球墨鑄鐵(3)澆入鑄型(2)，獲得鈮絲-球墨鑄鐵二元材料預(yù)制體；(8)冷卻清理后把鈮絲-球墨鑄鐵二元材料預(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，即制成碳化鈮增強球墨鑄鐵基復(fù)合材料(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵基復(fù)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(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵基復(fù)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(dāng)增加間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵基復(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)格來制作鈮絲網(wǎng)立體骨架結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球墨鑄鐵基復(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，保溫時間為30min 120min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球墨鑄鐵基復(fù)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成鈮絲網(wǎng)，經(jīng)過裁剪、多層卷制或疊加制成網(wǎng)狀立體骨架結(jié)構(gòu)；按照鑄造工藝要求制作鑄型，把鈮絲立體網(wǎng)狀骨架預(yù)置在鑄型型腔中；冶煉球墨鑄鐵澆入鑄型中，冷卻清理后得到鈮絲-球墨鑄鐵二元材料預(yù)制體；把鈮絲-球墨鑄鐵二元材料預(yù)制體置入熱處理爐，加溫到碳化物形成溫度進(jìn)行保溫，獲得碳化鈮顆粒增強球墨鑄鐵基復(fù)合材料。該方法制備的復(fù)合材料發(fā)揮了碳化鈮硬質(zhì)相的高耐磨性能和球墨鑄鐵的良好韌性，調(diào)控方便，工藝可靠，解決了復(fù)合材料反應(yīng)不完全，增強相顆粒分布不均勻，增強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C22C101/12GK101709441SQ20091021887
公開日2010年5月19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)明者劉文剛, 劉曉潔, 岑啟宏, 牛立斌, 蔡安江, 許云華, 阮曉光 申請人:西安建筑科技大學(xué)