专利名称：灰口铸铁基自生碳化钽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，特别涉及灰口铸铁基自生碳化钽复合材料
制备工艺。
背景技术：
灰口铸铁价格便宜，是应用最广的一种铸铁，一般用于制造支架、齿轮箱、阀体、轴 承座等零件。但由于灰口铸铁中缺少碳化物等硬质相，其宏观硬度很低，所以灰口铸铁不能
抵制磨损工况条件下，磨料对零件表面的切削磨损作用，这使得灰口铸铁很难应用到受磨 料磨损的设备零件上，极大地限制了其使用范围。 近年来出现了陶瓷颗粒增强的复合制备工艺以提高灰口铸铁的耐磨性，例如用碳
化钽或氮化钛颗粒放置在铸型底部，然后再浇入灰口铸铁，但制备工艺难以稳定控制，增强
颗粒分布不均匀，仍旧难以获得增强体分布均匀的整体抗磨灰口铸铁。也有将碳化钽等硬
质颗粒用粘结剂固化成形，放入铸型内，然后浇注金属液，使硬质颗粒与金属液互相渗透
熔合，但由于粘结剂在高温下分解产生大量气体，导致复合层内部形成许多气孔，效果不理 术巨
发明内容
本发明的目的是提供灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，通过该工艺在灰
口铸铁基体中形成网状碳化钽硬质相，并与灰口铸铁有效结合为一体，充分发挥了硬质相
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，可制作成多种结
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 (i)用钽丝编织钽丝网(l); (2)将钽丝网(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)将预制的钽丝网(1)状立体骨架放入铸型(2); (6)冶炼灰口铸铁(3)，得到液态灰口铸铁； (7)把液态灰口铸铁浇入铸型，获得钽丝_灰口铸铁二元材料预制体； (8)冷却清理后把钽丝_灰口铸铁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，即制成碳化钽增强灰口铸铁基复合材料(4)。 所述钽丝(1)直径为0. 1 2. 5mm ;所述钽丝网(1)编织成单层或多层，钽丝间距
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钽丝网(1)立体骨架结构。所述 步骤(9)碳化物形成温度为1Q80。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，把钽丝立体网状骨架固定在灰口铸铁基体中制作成预制体， 保证了碳化物形成元素钽在基体中的均匀性； 2、在热处理炉中，通过1080°C 1350°C ，保温时间为30min 120min，使钽原子进 行中长程的充分扩散，弥散到灰口铸铁基体中，并与灰口铸铁中的碳原子发生原位反应，自 然生成碳化钽硬质相颗粒，由于1080°C 135(TC温度区低于灰口铸铁的液化温度，因此钽 原子的扩散属于固态扩散，碳化钽也是在固态下原位反应生成的，避免了碳化钽与基体金 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， 并且可以使全部钽参与原位反应生成碳化钽。 3、碳化钽硬质相属于内部原位化学反应生成，所以碳化钽颗粒的界面洁净无污 染，与灰口铸铁基体结合成一体，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灰口铸铁的良好韧 性，又有了碳化钽硬质相的高耐磨性，进一步提升了材料的磨损寿命。 4、根据零件的需要，既可以把钽丝网放置于铸型的局部，浇注灰口铸铁后获得局 部耐磨的零件，复合层厚度可根据工况要求任意调整；也可以把钽丝网放置于整个铸型型 腔中，浇注灰口铸铁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为预置钽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为整体碳化钽增强灰口铸铁基复合材料落料衬板截面示意图
图5为局部碳化钽增强灰口铸铁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钽丝编织钽丝网l，钽丝间距为2mm ; (2)钽丝网1按落料衬板长度和高度规格裁剪成矩形； (3)把矩形钽丝网1进行酸洗； (4)按铸造工艺要求制作铸型2 ; (5)把裁剪好的钽丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2的型腔； (6)冶炼灰口铸铁3，得到液态灰口铸铁； (7)采用重力铸造方法把液态灰口铸铁3浇入铸型，液态灰口铸铁充满网状立体 骨架的空隙，获得钽丝-灰口铸铁二元材料预制体； (8)冷却脱型清理后，把钽丝_灰口铸铁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，即得到整体碳化钽增强灰口铸铁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. 0mm钽丝编织钽丝网1，钽丝间距为10mm ; (2)钽丝网1按落料衬板长度和一半高度规格裁剪成矩形； (3)把矩形钽丝网进行酸洗； (4)按铸造工艺要求制作铸型2 ; (5)把裁剪好的钽丝网1多层叠加，并放置入水玻璃砂型2的型腔； (6)冶炼灰口铸铁3，得到液态灰口铸铁； (7)采用重力铸造方法把液态灰口铸铁3浇入铸型，获得局部钽丝-灰口铸铁二元 材料预制体； (8)冷却脱型清理后，把局部钽丝_灰口铸铁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，即得到局部碳化钽增强灰口铸铁基复合材料落料衬板4。
权利要求
灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，其特征在于该制备工艺包括以下步骤(1)用钽丝编织钽丝网(1)；(2)将钽丝网(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)将预制的钽丝网状立体骨架放入铸型(2)；(6)冶炼灰口铸铁(3)，得到液态灰口铸铁；(7)把液态灰口铸铁(3)浇入铸型(2)，获得钽丝-灰口铸铁二元材料预制体；(8)冷却清理后把钽丝-灰口铸铁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，即制成碳化钽增强灰口铸铁基复合材料(4)。
2. 根据权利要求1所述的灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，其特征在于所述钽丝直径为0. 1 2. 5mm。
3. 根据权利要求1所述的灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，其特征在于所 述钽丝网(1)编织成单层或多层，钽丝间距为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所述的灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，其特征在于所述步骤(2)，根据零件的尺寸和规格来制作钽丝网立体骨架结构。
5. 根据权利要求1所述的灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，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
本发明公开了灰口铸铁基自生碳化钽复合材料制备工艺，该工艺主要包括以下步骤用钽丝编织钽丝网，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，把钽丝立体网状骨架预置在铸型型腔中；冶炼灰口铸铁浇入铸型中，冷却清理后得到钽丝-灰口铸铁二元材料预制体；把钽丝-灰口铸铁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，获得碳化钽颗粒增强灰口铸铁基复合材料。用该方法制备的复合材料充分发挥了碳化钽硬质相的高耐磨性能和灰口铸铁的良好韧性，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C22C47/10GK101709437SQ20091021884
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
发明者岑启宏, 李成晨, 牛立斌, 许云华, 阮晓光, 马幼平 申请人:西安建筑科技大学