专利名称：原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料的低温加钒方法
技术领域：
本发明属于铸造技术领域，涉及原位反应铸造法制备VCp/i^e复合材料的低温加 钒方法。
背景技术：
原位反应铸造法的基本原理是在一定成分的液态合金中，利用合金液的高温，使 合金液中的合金元素之间或合金元素与化合物之间发生充分的化学反应，生成一种或几种 高硬度、高弹性模量的陶瓷增强颗粒，然后通过铸造成型即可获得由原位颗粒增强的金属 基复合材料。原位反应铸造法制备金属基复合材料，避免了基体与增强颗粒的润湿以及污 染问题，并且增强了颗粒在基体内部原位合成，界面结合较好而且界面干净，增强颗粒在基 体中分布均勻。用原位反应铸造法制备铁基复合材料的方法，因其工艺简单、成本低廉、制 得材料性能优异而成为技术开发的热点。目前，增强颗粒不断向高性能方向发展，技术开发最多的增强体是SiC、TiC和VC。 SiC增强体多见于应用在轻金属基复合材料，而TiC、VC增强体则多见于应用在钢铁基复合 材料。与TiCp/i^e复合材料相比，原位VC颗粒增强钢铁基复合材料更适用于制备内生颗粒 体积较高的复合材料。从众多的复合材料技术开发表明，在有润滑条件下的耐磨性、在腐蚀 介质中的耐腐蚀性，VCp/Fe复合材料都优于TiCp/i^e复合材料。目前，国内外利用原位反应铸造法制备VCp/i^e复合材料的工艺一般是首先熔 炼 ^-C母合金，先加入生铁，待生铁熔化后加入低碳钢。待温度约1400-145(TC两者都熔 化后，加入10 15mm钒铁合金颗粒，并用覆盖剂覆盖，当!^e-V-C熔体升温至1600_1650°C 时，保温IOmin后浇注。该法的主要缺点是由于熔化温度高，钒元素烧损大，烧损率一般在 12. 6%。
发明内容
本发明的目的为了降低钒元素的烧损率，提高VC颗粒生成率，使钒元素颗粒直 径小而分布均勻，而且操作工艺简单、适宜工业批量生产，提供一种原位反应铸造法制备 VCp/Fe复合材料的低温加钒方法。本发明是这样实现的原位反应铸造法制备VCp/i^e复合材料的低温加钒方法，是将配方原料中生铁和 低碳钢的3/4的重量份数装入中频感应炉内，升温熔炼，温度为1400-1450°C，待生铁和低 碳钢全部熔化后，加入剩余的1/4的重量份数钢和硅铁合金降温至1300-1350°C，并且搅拌 均勻，然后将钒铁合金颗粒加入糊状金属中，搅拌均勻，使糊状金属将钒铁合金颗粒全部包 裹，不让钒铁合金颗粒上浮，随后加入覆盖剂覆盖，升温至1550-1590°C，保温时间为4-6 分钟，再扒渣浇注成型，即获得VCp/i^e复合材料。以上所述的配方原料，其组成成分及重量份数为钒铁合金颗粒475-485份，生铁 4150-4250份，45号钢4720-4880份，硅铁合金11_13份及覆盖剂100-120份。
以上所述的配方原料，其最佳组成成分及重量份数为钒铁合金颗粒480份，铸造 生铁4200份，45号钢4800份，硅铁合金12份及覆盖剂110份。以上所述的钒铁合金颗粒，粒径为21 30mm。以上所述的覆盖剂，其组成成分及重量份数比例为NaCl KCl NaF 石墨= 3 · 3 · 1 · 3 ο本发明的优点和积极效果1.使用本发明的原位反应铸造法制备VCp/i^e复合材料，钒的烧损率可稳定在 6. 8-7.2%，而采用常规法加钒，钒的烧损率一般在12.6%，本技术方案钒的烧损率降低了 44%。2.本技术方案增强了钒颗粒粒度的均勻性，直径集中于5至Ilym之间，分布 均勻，综合力学性能优良，￥〔 /狗复合材料洛氏硬度值平均达到52.5，Cik平均值也达到 11. 03 ；而常规法制备的VCp/i^e复合材料洛氏硬度平均值只有46. 5，α k平均值只有6. 88。3.低温加钒方法工艺是可行的，不但在制备过程中钒元素氧化烧损减少，而且由 于增强颗粒体积分数适宜，增强颗粒尺寸细小而分布均勻，因此使得材料的综合力学性能 更好。而且操作工艺简单，生产成本降低，应用前景广阔。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但它们不是对本发明的限定。本发明设计VCp/i^e复合材料的化学成分及重量份数为V为3. 20-3. 80，C为 1. 8-2. 2，Si 为 0. 60-0. 80，Fe 余量。原材料名称及化学成分(wt%，!^e均为余量)
原材 料化学成分主要作用CVSiSPMnAl生铁4.13 0.431.27 0.22<=0.05 0.0100.098 0.0100.17 0.57提供合成增强颗粒的C原子， 并提供基体材料 调整合金熔体中C原子的成分45钢钒铁0.5273.232.040.060.059I提供合成增强颗粒的V原子硅铁72.0 80.0<0.02<0.040.50提供合全元素幻，同时有沉淀 脱氧的作用实施例1 (1)原料配方(重量份)钒铁合金颗粒480份，生铁4200份，45号钢4800份，硅 铁合金12份及覆盖剂110份。(2)制备方法将配方原料中生铁和45号钢的3/4的重量份数装入中频感应炉 内，升温熔炼，温度为1435°C，待生铁和低碳钢全部熔化后，加入剩余1/4的重量份数的45 号钢和硅铁合金，降温至1325°C，并搅拌均勻，然后将粒径为21-25mm的钒铁合金颗粒加入 糊状金属中，搅拌均勻，使糊状金属将钒铁合金颗粒全部包裹，不让钒铁合金颗粒上浮；随 后加入覆盖剂覆盖，升温至1580°C，保温时间为4分钟，再扒渣浇注成型，即获得VCp/i^e复合材料。(3)试验检测结果VCp/^e复合材料钒的烧损率为6. 9 %，力学性能冲击韧性 (α k)平均值为11. 43J/cm2，硬度平均值为52. 7 HRC。实施例2 (1)原料配方(重量份)钒铁合金颗粒475份，生铁4150份，45号钢4720份，硅 铁合金11份及覆盖剂100份。(2)制备方法将配方原料中生铁和45号钢的3/4的重量份装入中频感应炉内， 升温熔炼，温度为1420°C，待生铁和低碳钢全部熔化后，加入剩余1/4的重量份的45号钢 和硅铁合金，降温至1320°C，并搅拌均勻，然后将粒径为沈-30讓的钒铁合金颗粒加入糊状 金属中，搅拌均勻，使糊状金属将钒铁合金颗粒全部包裹，不让钒铁合金颗粒上浮；随后加 入覆盖剂覆盖，升温至1560°C，保温时间为5分钟，再扒渣浇注成型，即获得VCp/i^e复合材 料。(3)试验检测结果VCp/^e复合材料钒的烧损率为7. 2 %，力学性能冲击韧性 (ak)平均值为11. 02J/cm2，硬度平均值为52. 3 HRC。实施例3 (1)原料配方(重量份)钒铁合金颗粒485份，生铁4250份，45号钢4880份，硅 铁合金13份及覆盖剂120份。(2)制备方法将配方原料中生铁和45号钢的3/4的重量份装入中频感应炉内， 升温熔炼，温度为1450°C，待生铁和低碳钢全部熔化后，加入剩余1/4的重量份的45号钢 和硅铁合金，降温至1350°C，并搅拌均勻，然后将粒径为23-27mm的钒铁合金颗粒加入糊状 金属中，搅拌均勻，使糊状金属将钒铁合金颗粒全部包裹，不让钒铁合金颗粒上浮；随后加 入覆盖剂覆盖，升温至1590°C，保温时间为6分钟，再扒渣浇注成型，即获得VCp/i^e复合材 料。(3)试验检测结果VCp/^e复合材料钒的烧损率为7. 4 %，力学性能冲击韧性 (ak)平均值为11. 23J/cm2，硬度平均值为52. 9 HRC。
权利要求
1.一种原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料的低温加钒方法，其特征在于是 将配方原料中生铁和低碳钢的3/4的重量份数装入中频感应炉内，升温熔炼，温度为 1400-1450°C，待生铁和低碳钢全部熔化后，加入剩余的1/4重量份数的钢和硅铁合金降 温至1300-1350°C，并搅拌均勻，然后将钒铁合金颗粒加入糊状金属中，搅拌均勻，使糊 状金属将钒铁合金颗粒全部包裹，不让钒铁合金颗粒上浮；随后加入覆盖剂覆盖，升温至 1550-1590°C，保温时间为4-6分钟，再扒渣浇注成型，得到VCp/Fe复合材料；所述的配方原料，其组成成分及重量份钒铁合金颗粒475-485份，生铁4150-4250份， 45号钢5720-4880份，硅铁合金11_13份及覆盖剂100-120份。
2.如权利要求1所述的原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料的低温加钒法，其特征在 于所述的配方原料的组成及重量份钒铁合金颗粒480份，铸造生铁4200份，45号钢4800 份，硅铁合金12份及覆盖剂110份。
3.如权利要求1所述的原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料的低温加钒法，其特征在 于所述的钒铁合金颗粒，粒径为21 30mm。
4.如权利要求1所述的原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料的低温加钒法，其特征在 于所述的覆盖剂，其成分及重量分数比例为NaCl KCl NaF 石墨=3 3 1 3。
全文摘要
本发明公开了一种原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料的低温加钒方法，将所需铸造的生铁和3/4重量份数的低碳钢装入中频感应炉，升温将炉内金属料全部熔化后，加入剩余的1/4重量份数的钢和硅铁合金，并搅拌均匀使金属液变为糊状，再加入钒铁合金颗粒，搅拌均匀后加入覆盖剂覆盖，升温、保温后扒渣浇注成型，即获得VCp/Fe复合材料。使用本发明的原位反应铸造法制备VCp/Fe复合材料，钒的烧损率可稳定在6.8-7.2％，烧损率比常规法降低了44％。增强颗粒的颗粒度均匀，直径集中于5至11μm之间，在基体中分布均匀，综合力学性能优良，且操作工艺简单，生产成本低，应用前景广阔。
文档编号C22C38/12GK102140604SQ20101052511
公开日2011年8月3日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者张修海, 梁洁, 汤宏群, 苏广才, 隆丹宁 申请人:广西大学