专利名称：碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及碳化钛增强高锰钢基复合材料制
备工艺。
背景技术：
高锰钢具有高的强度、塑性、低温韧性、加工硬化性、以及抗冲击安全性。作为耐磨 材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其高冲击应力工况下耐磨 性是其他材料所无法比拟的。利用高锰钢制作的衬板、锤头、筛条、颚板等耐磨产品长期广 泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中。但在使用实践中发现，高锰钢的 耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢的高耐磨性才得到体 现。在受到较大冲击的条件下，高锰钢的奥氏体组织表层会因变形而产生形变马氏体，表面 硬度会从HB180 220迅速提高至HB500 550，从而获得高的耐磨性；但在低冲击或无冲 击的工况下，高锰钢的加工硬化效果不明显，表层硬度较低，所以耐磨性很差。同时由于高 锰钢的屈服强度低、抗剪切能力差，初次使用时易于变形并发生剪切破坏，而造成较大的磨 损° 为了进一步提高高锰钢的耐磨性能，并能满足中、低应力载荷等不同工况条件 下使用，国内外开展了大量的研发工工作。专利[91106820. 1]向高锰钢中加入稀土、 钼、钛、钛等多元合金元素，经过强化孕育处理得到一种多元合金强韧化高锰钢。专利 [200810058345.7]对高锰钢采取稀土变质处理改善高锰钢的组织和力学性能。由于钇基 稀土的加入增加了形核核心和抑制奥氏体晶粒长大，奥氏体晶粒得到细化，抗拉强度和冲 击韧性提高。专利[200610048665.5]通过加入铬、稀土，调整原高锰钢中锰、碳、硅、铁的 重量比而合成一种改性高锰钢。专利[200710135682. 7]采用高碳、高锰、02、稀土的成 分配方，经水韧处理使高锰钢内的奥氏体组织均匀化。专利[200510045639.2]发明了一 种稀土硼微合金化高锰钢，其工艺过程包括配料、熔炼、出钢、加变质剂、浇注步骤。专利 [200810232313. 4]发明了用高碳钢丝加入到高锰钢基体中，经过后续热处理，利用高碳钢 丝的淬硬性来增强高锰钢基体的一种制备工艺，其强化性能低于原位化学反应合成碳化 物。 可见，目前关于高锰钢的专利主要集中在采用传统工艺对高锰钢进行合金化和稀 土变质处理，高锰钢性能提升幅度非常有限，也不能完全适应中、低冲击应力工况。
发明内容
本发明的目的是提供碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，通过该工艺在高锰 钢基体中形成大量原位反应生成的碳化钛硬质相，在高锰钢基体中弥散均匀分布，并与高 锰钢有效结合为一体，增强相界面清洁无污染，结合强度高，可充分发挥硬质相的高耐磨特 性，也保留了基体金属的良好韧性，从而达到最佳的性能匹配，可以把高锰钢的耐磨性提高 6倍左右，并且可使高锰钢广泛应用于高、中、低冲击应力工况。该工艺可制作多种结构形状的产品，开发应用前景广阔。 本发明的技术方案是这样实现的 (1)用钛丝编织钛丝网(1); (2)将钛丝网(1)裁剪、多层巻制或叠加，预制成网状立体骨架结构；
(3)把预制成网状立体骨架进行酸洗去掉油污杂物；
(4)按铸造工艺要求制作铸型； (5)将预制的钛丝网(1)状立体骨架放入铸型(2);
(6)冶炼高锰钢(3)，得到液态高锰钢； (7)把液态高锰钢浇入铸型，获得钛丝_高锰钢二元材料预制体；
(8)冷却清理后把钛丝_高锰钢二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在碳化物形成温度下保温； (10)随炉冷却后出炉，即制成碳化钛增强高锰钢基复合材料(4)。 所述钛丝(1)直径为0. 1 2. 5mm ;所述钛丝网(1)编织成单层或多层，钛丝间距
为0. 2 10mm，也可根据工况需要适当增加间距。 所述步骤(2)中，根据零件的尺寸和规格来制作钛丝网(1)立体骨架结构。所述 步骤(9)碳化物形成温度为1080°C 1350。C，保温时间为30min 120min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点 1、通过铸渗的原理，把钛丝立体网状骨架固定在高锰钢基体中制作成预制体，保 证了碳化物形成元素钛在基体中的均匀性； 2、在热处理炉中，通过1080°C 1350°C ，保温时间为30min 120min，使钛原子进 行中长程的充分扩散，弥散到高锰钢基体中，并与高锰钢中的碳原子发生原位反应，自然生 成碳化钛硬质相颗粒，由于1080°C 135(TC温度区低于高锰钢的液化温度，因此钛原子的 扩散属于固态扩散，碳化钛也是在固态下原位反应生成的，避免了碳化钛与基体金属比重 差异造成的漂浮和偏析，解决了硬质相难以弥散且均匀分布的复合材料制备难题，并且可 以使全部钛参与原位反应生成碳化钛。 3、碳化钛硬质相属于内部原位化学反应生成，所以碳化钛颗粒的界面洁净无污 染，与高锰钢基体结合成一体，具有良好的界面结合效果，避免了外加硬质颗粒等传统复合 材料制备工艺上的增强相界面弱化问题，获得的复合材料既保留了高锰钢的良好韧性，又 有了碳化钛硬质相的高耐磨性，进一步提升了材料的磨损寿命。 4、根据零件的需要，既可以把钛丝网放置于铸型的局部，浇注高锰钢后获得局部 耐磨的零件，复合层厚度可根据工况要求任意调整；也可以把钛丝网放置于整个铸型型腔 中，浇注高锰钢后获得整体耐磨的零件，工艺可控性强。
图1为本发明流程图 图2为预置钛丝网的铸型截面示意图 图3为落料衬板预制体截面示意图 图4为整体碳化钛增强高锰钢基复合材料落料衬板截面示意图
图5为局部碳化钛增强高锰钢基复合材料落料衬板示意截面图
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。 实施例1 :制作整体复合材料落料衬板 如图1 、图2、图3和图4所示，具体操作步骤如下 (1)用0. 5mm钛丝编织钛丝网1，钛丝间距为2mm ; (2)钛丝网1按落料衬板长度和高度规格裁剪成矩形； (3)把矩形钛丝网1进行酸洗； (4)按铸造工艺要求制作铸型2 ; (5)把裁剪好的钛丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2型腔； (6)冶炼高锰钢3，得到液态高锰钢； (7)采用重力铸造方法把液态高锰钢3浇入铸型，液态高锰钢充满网状立体骨架 的空隙，获得钛丝_高锰钢二元材料预制体； (8)冷却脱型清理后，把钛丝_高锰钢二元材料预制体置入热处理炉； (9)在130(TC温度左右下保温60min ; (10)随炉冷却后出炉，即得到整体碳化钛增强高锰钢基复合材料落料衬板4。 实施例2 :制作局部复合材料落料衬板 如图1和图5所示，具体操作步骤如下 (1)用2. Omm钛丝编织钛丝网1，钛丝间距为10mm ; (2)钛丝网1按落料衬板长度和一半高度规格裁剪成矩形； (3)把矩形钛丝网进行酸洗； (4)按铸造工艺要求制作铸型2 ; (5)把裁剪好的钛丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型型腔； (6)冶炼高锰钢3，得到液态高锰钢； (7)采用重力铸造方法把液态高锰钢3浇入铸型，获得局部钛丝_高锰钢二元材料 预制体； (8)冷却脱型清理后，把局部钛丝_高锰钢二元材料预制体置入热处理炉； (9)在1150。C温度左右下保温120min ; (10)随炉冷却后出炉，即得到局部碳化钛增强高锰钢基复合材料落料衬板4。
权利要求
碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于该制备工艺包括以下步骤(1)用钛丝编织钛丝网(1)；(2)将钛丝网(1)裁剪、多层卷制或叠加，预制成网状立体骨架结构；(3)把预制成网状立体骨架进行酸洗去掉油污杂物；(4)按铸造工艺要求制作铸型(2)；(5)将预制的钛丝网状立体骨架放入铸型(2)；(6)冶炼高锰钢(3)，得到液态高锰钢；(7)把液态高锰钢(3)浇入铸型(2)，获得钛丝-高锰钢二元材料预制体；(8)冷却清理后把钛丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉；(9)在碳化物形成温度下保温；(10)随炉冷却后出炉，即制成碳化钛增强高锰钢基复合材料(4)。
2. 根据权利要求1所述的碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于所述钛丝直径为0. 1 2. 5mm。
3. 根据权利要求1所述的碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于所述钛丝网(1)编织成单层或多层，钛丝间距为0. 2 10mm，也可根据工况需要适当增加间距。
4. 根据权利要求1所述的碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于所述 步骤(2)，根据零件的尺寸和规格来制作钛丝网立体骨架结构。
5. 根据权利要求1所述的碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，其特征在于所述步骤(9)碳化物形成温度为1Q80。C 1350。C，保温时间为30min 120min。
全文摘要
本发明公开了碳化钛增强高锰钢基复合材料制备工艺，该制备工艺主要包括以下步骤用钛丝编织成钛丝网，裁剪、多层卷制或叠加制成网状立体骨架结构；按照铸造工艺要求制作铸型，把钛丝立体网状骨架预置在铸型型腔中；冶炼高锰钢浇入铸型中，冷却清理后得到钛丝-高锰钢二元材料预制体；把钛丝-高锰钢二元材料预制体置入热处理炉，加温到碳化物形成温度进行保温，获得碳化钛颗粒增强高锰钢基复合材料。用该方法制备的复合材料充分发挥了碳化钛硬质相的高耐磨性能和高锰钢的良好韧性，调控方便，工艺可靠，解决了复合材料反应不完全，增强相颗粒分布不均匀，增强相界面污染弱化等难题，可广泛应用于矿山、电力、冶金、煤炭、建材等耐磨领域。
文档编号C22C101/12GK101709438SQ20091021884
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘文刚, 岑启宏, 牛立斌, 王建斌, 蔡安江, 许云华, 阮晓光 申请人:西安建筑科技大学