【CN109504889A】TiWCpFe原位复合材料双金属定位熔合工艺及产品【专利】

(10)申请公布号 CN 109504889 A (43)申请公布日 2019.03.22
权利要求书1页 说明书6页
CN 109504889 A
CN 109504889 A
权 利 要 求 书
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1 .一种(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在于，所述工艺包括如 下步骤：
工艺及产品 ( 57 )摘要
本发明公开了一种( Ti ，W )Cp/Fe原位复合材 料双金 属定位熔合工艺 ，包括 ：将硬 质相颗粒 ( Ti，W )C和活性元素颗粒Cr、Mo、Cu与冷胶混合， 制成颗粒 后压 制成预 制块 ，放置在指定位置 ；在 负压环境下，向预制块浇注熔炼处理好的基体材 料钢液，浇注温度为1600～1650℃；浇注完成，凝 固后淬火即生成( Ti，W )Cp/Fe原位复合材料。硬 质相颗粒(Ti ,W)C的质量与基体材料合金钢钢液 质量比为5～30％，硬质相颗粒(Ti ,W)C与铁基金 属液体的密度比为0 .9～1 .1。本发明通过(Ti ,W) C颗粒、活性元素与基体材料的原位熔合，强化了 硬质相与基体材料的冶金结合，避免了硬质相脱 落分离 ，增强了颗粒的 均匀分布 ，加强了产品定 位 增强区 域的 强 度 、韧性 和耐 磨度 ，改 善了 产品 适应范围和使用寿命 ，降 低工艺难度和生产成 本。
(1)将硬质相颗粒(Ti，W)C和活性元素颗粒Cr、Mo、Cu与冷胶混合，制成颗粒后压制成预 制块，放置在指定位置；
(2)在负压环境下，向所述预制块浇注熔炼处理好的基体材料钢液，浇注温度为1600～ 1650℃；
(3)浇注完成凝固后，淬火即生成(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料。 2 .根据权利要求1所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述步骤(1)中硬质相颗粒(Ti，W)C和活性元素颗粒Cr、Mo、Cu的粒度在5-10微米。 3 .根据权利要求1所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述硬质相颗粒(Ti，W)C的质量与所述基体材料钢液的质量比为5～30％。 4 .根据权利要求1所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述硬质相颗粒(Ti，W)C的密度与所述基体材料钢液的密度比为0 .9～1 .1。 5 .根据权利要求1所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述活性元素颗粒Cr、Mo、Cu的质量与所述基体材料钢液的质量比分别为1～5％、0 .3～ 0 .5％、0 .3～0 .5％； 所述预制块中还包括占所述基体材料钢液质量比为0 .3～0 .4％的辅助剂。 6 .根据权利要求1所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述步骤(2)中的负压环境为对密闭箱体抽真空得到，所述预制块置于模具中的指定位 置，所述模具置于所述密闭箱体内部； 所述基体材料为铸钢或合金铸钢。 7 .根据权利要求6所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述密闭箱体内壁与所述模具外侧之间填充低导热率的宝珠砂。 8 .根据权利要求7所述的 (Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，其特征在 于，所述步骤(3)中浇筑完成后，先停止负压1-2分钟，保持所述箱体内部的温度在3分钟内 不低于1550度；再迅速启动负压，达到快速冷却。 9 .一种(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合产品，其特征在于，所述产品应用权 利要求1至8任一项所述的 (Ti ，W) Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺制成 ，所述产品 工作部位的硬度为HRC60-65，显微硬度为2 .795GPa。 10 .根据权利要求9所述的(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合产品，其特征在 于，所述产品为破碎机锤头、衬板、铁路捣固镐或矿山机械设备配件。
代理人 朱丽华
(51)Int .Cl . C22C 33/04(2006 .01) C22C 38/28(2006 .01) C22C 38/22(2006 .01) C22C 38/20(2006 .01) B22D 19/14(2006 .01)
( 54 )发明 名称 （Ti，W）Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910006666 .0
(22)申请日 2019 .01 .04
(71)申请人 孙岗 地址 100000 北京市海淀区友谊宾馆61楼1 门12号
(72)发明人 孙岗
(74)专利代理机构 北京方韬法业专利代理事务 所(普通合伙) 11303
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CN 109504889 A
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说 明 书
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(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺及产品
技术领域 [0001] 本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定 位熔合工艺及产品。
背景技术 [0002] 复合材料被称为21世纪的新型工程材料，金属基颗粒增强复合材料以其特有的高 比 强度、高比 模量、低热膨胀、耐热、耐磨导电 、导热、阻 燃 ，使 用中不释放气体等优异的综合 性能和发展前景，成为复合材料的一个重要分支。 [0003] 金属基复合材料的研究，目前主要集中在轻质材料的基础性方面，但是作为在生 产中 广泛使 用的 钢铁基复合材料的 研究 及应 用，却处 在初步探索阶 段 ，主要是在实验室条 件下的 显微组织 、界面 、凝固过程 制备技术等理论方面 ，对其应 用和开发 则少见报道。钢铁 材料的比 强 度价格是除 水泥之外最低的 一 种工程材料 ，但其综合性能远高于水泥 ，应 用范 围广泛。 [0004] 铁基复合材料相对于轻质金属复合材料具有熔点高、密度大、制造工艺困难等原 因，导致研究成果少，成为亟待开发的领域。 [0005] 目前颗粒增强铁基复合材料主要的研究成果有： [0006] 1、整体复合 [0007] 粉末冶金：合金元素与铁基粉末搅拌压块，烧结生成铁基复合材料。这种材料硬度 高，但是，生产成本高，韧性差，难以与母体材料形成牢固结合。 [0008] 熔炼法：将硬质合金颗粒加入铁基金属液，电磁搅拌混合后浇注成型。这种方法的 缺点是 增强颗粒与基体的 润湿性差 ，无法与基体形成熔合的 冶金结合 ，使 用过程中易发生 增强颗粒的脱落，并且常用增强颗粒一般密度较低，偏析严重难以形成弥散均匀分布，且易 生成有害相。 [0009] 原位反应铸造法：将合金元素粉末颗粒加入熔炉的铁基金属液，在熔炼过程中等 温反应 ，原位生成硬 质相。碳化物与基体润湿好界面洁净 ，增强颗粒均匀弥散分布 ，工艺简 单成本低。但是 ，仅局限 在单一材料的 整体增强 ，不能单独对工作部位进行定位复合 ，因而 不能满足机械零件不同部位的性能要求。 [0010] 2、表层复合 [0011] 涂层法：用合金粉末与粘合成分混合，喷涂在铸型表面，金属液与涂层材料反映生 成复合层。缺点是复合层小于1毫米，耐磨寿命低。 [0012] 自蔓延铸渗法(SHS) ：将预制的合金粉料片放置在表层部位，被渗入钢液金属液点 燃 ，预制片反映热量溶于基体形成硬质相。该燃烧合成过程是在很短的时间内完成的 ，过程 难以 控制 ，不良 界面反应 ，偏聚 ，并都残留有非平衡过渡相杂质；此外 ，SHS过程的孔隙率高 ， 难于制备致密材料。 [0013] 3、局部复合 [0014] 生产中更多需要的是提高部件工作部分的耐磨性，然而，部件连接或支撑部分的