一种原位混杂颗粒增强钢基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种复合材料技术领域的钢基材料，具体地说，是一种原位颗粒 混杂增强钢基复合材料。
【背景技术】
[0002]传统的钢基复合材料是将增强颗粒外加到钢基体中，由于在钢基体中外加颗粒存 在着增强颗粒与基体浸润性差，界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀等缺陷，影响了钢 基复合材料的性能。同时采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，不利于推广应用。
[0003]经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为：ZL02109101 .3,授权日为： 2005.7.27,发明名称为：局部原位内生颗粒增强钢基复合材料的制备方法，该复合材料是 一种原位自生TiC颗粒混杂增强钢基复合材料。该复合材料采用型内自蔓延反应生成，只能 局部增强，并且存在着界面结合不好、致密度不高的问题，影响了复合材料的性能。
[0004]而混杂增强可以改善单一增强体的不足，使各种增强材料不同性质的相互补充， 广生混杂效应同时可以提尚增强体的含量，进一步提尚材料的性能。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种原位混杂颗粒增强钢基复合材料，使其解 决了以往原位颗粒增强钢基复合材料存在的致密度不高的缺陷，复合材料致密，TaC和TiC 颗粒与钢基体界面良好，在钢基体中弥散分布，起到了强化作用，使基体的强度和硬度得到 明显提尚。
[0006]为了实现上述技术目的，本发明采取如下技术方案：一种原位混杂颗粒增强钢基 复合材料，复合材料的组分及其质量百分比为：
[0008] -种原位混杂颗粒增强钢基复合材料的制备方法，如下：
[0009] 1)在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1550~1700°C;
[0010] 2)向步骤1升温至1550~1700°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加 入熔体中，进行机械搅拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温12~18min，静置；
[0011] 3)然后将步骤2静置后的物料浇注到模具中，得到原位混杂增强钢基复合材料。
[0012] 进一步地，所述的TaC颗粒的尺寸为50~lOOOnm。
[0013] 进一步地，所述的TiC颗粒的尺寸为50~lOOOnm。
[0014] 进一步地，所述TaC、TiC颗粒均勾分布于基体中，界面干净。
[0015]本发明的技术特点和效果为:本发明解决了以往解决了以往原位颗粒增强钢基复 合材料存在的致密度不高的缺陷。Ta、Ti参与反应生成TaC和TiC，TaC和TiC颗粒与钢基体界 面良好，在基体中弥散分布，起到了强化作用，使基体的强度和模量得到明显提高。本发明 具有良好的力学性能和成形能力，可以广泛应用于要求高强度、高硬度的形状复杂零件上， 在冶金、交通运输等领域有着广泛的应用。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0017] 实施例！
[0018]本发明的组分及其质量百分比为：Nil%、Fe94%、铬铁3 %、增碳0.01 %、Ta板 0.09%和11板1.9%。
[0019]首先，在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1550°C;其次，向 上述升温至1550°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加入熔体中，进行机械搅 拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温12min，静置;最后，然后将步骤2静置后的物料浇注到模 具中，得到原位混杂增强钢基复合材料。
[0020] 其中，在复合材料中TaC和TiC颗粒的尺寸在50nm。材料致密均匀，TaC和TiC增强颗 粒弥散分布在基体中，TaC和TiC与基体界面干净，结合良好。复合材料的抗拉强度：〇b = 1021MPaJ￡lS:HRC= 80。
[0021] 实施例2
[0022] 本发明的组分及其质量百分比为:Ni3%、Fe80%、铬铁10%、增碳5%、Ta板1 %和 Ti板 1.0%。
[0023]首先，在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1600°C;其次，向 上述升温至1550°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加入熔体中，进行机械搅 拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温13min，静置;最后，然后将步骤2静置后的物料浇注到模具 中，得到原位混杂增强钢基复合材料。
[0024] 其中，在复合材料中TaC和TiC颗粒的尺寸在350nm。材料致密均匀，TaC和TiC增强 颗粒弥散分布在基体中，TaC和TiC与基体界面干净，结合良好。复合材料的抗拉强度:〇b = 1085MPaJ￡lS:HRC= 88。
[0025] 实施例3
[0026] 本发明的组分及其质量百分比为:Ni5%、Fe60%、铬铁15%、增碳10%、Ta板5%和 11板5%。
[0027] 首先，在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1600°C;其次，向 上述升温至1550°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加入熔体中，进行机械 搅拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温15min，静置;最后，然后将步骤2静置后的物料浇注到模 具中，得到原位混杂增强钢基复合材料。
[0028] 其中，在复合材料中TaC和TiC颗粒的尺寸在500nm。材料致密均匀，TaC和TiC增强 颗粒弥散分布在基体中，TaC和TiC与基体界面干净，结合良好。复合材料的抗拉强度:〇b = 1163MPaJ￡lf:HRC= 98。
[0029] 实施例4
[0030] 本发明的组分及其质量百分比为:Ni8%、Fe30%、铬铁12%、增碳10%、Ta板20% 和11板20%。
[0031] 首先，在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1650°C;其次，向 上述升温至1550°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加入熔体中，进行机械搅 拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温16min，静置;最后，然后将步骤2静置后的物料浇注到模具 中，得到原位混杂增强钢基复合材料。
[0032]其中，在复合材料中TaC和TiC颗粒的尺寸在850nm。材料致密均匀，TaC和TiC增强 颗粒弥散分布在基体中，TaC和TiC与基体界面干净，结合良好。复合材料的抗拉强度:〇b = 1200MPaJ￡lS:HRC= 99。
[0033] 实施例5
[0034] 本发明的组分及其质量百分比为:Nil0%、Fel0%、铬铁15%、增碳15%、Ta板30% 和11板20%。
[0035] 首先，在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1700°C;其次， 向上述升温至1700°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加入熔体中，进行机械 搅拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温15min，静置;最后，然后将步骤2静置后的物料浇注到模 具中，得到原位混杂增强钢基复合材料。
[0036] 其中，在复合材料中TaC和TiC颗粒的尺寸在lOOOnm。材料致密均匀，TaC和TiC增强 颗粒弥散分布在基体中，TaC和TiC与基体界面干净，结合良好。复合材料的抗拉强度:〇b = 1254MPaJ￡lf:HRC=100。
[0037]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种原位混杂颗粒增强钢基复合材料，其特征在于:复合材料的组分及其质量百分 比为： NI 1~ι(Λ) Fe 0 ~94% 铬铁 3~3痛 增碳剂0.01~15% Ta 板 0.05 ~30% Ti 梹 0.05 ~20%。2. -种原位混杂颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征在于： 1) 在真空中频炉中加入纯铁、Ni、铬铁，加热使其熔化，升温至1550~1700°C; 2) 向步骤1升温至1550~1700°C的真空中频炉压入增碳剂，然后将Ta板和Ti板，加入熔 体中，进行机械搅拌，生成TaC颗粒和TiC颗粒，保温12~18min，静置； 3) 然后将步骤2静置后的物料浇注到模具中，得到原位混杂增强钢基复合材料。3. 根据权利要求2所述的原位混杂颗粒增强钢基复合材料，其特征是，所述的TaC颗粒 的尺寸为50~lOOOnm。4. 根据权利要求2所述的原位混杂颗粒增强钢基复合材料，其特征是，所述的TiC颗粒 的尺寸为50~lOOOnm。5. 根据权利要求4所述的一种原位混杂颗粒增强钢基复合材料的制备方法，其特征是， 所述TaC、TiC颗粒均匀分布于基体中，界面干净。
【专利摘要】本发明公开了一种原位混杂颗粒增强钢基复合材料，复合材料的组分及其质量百分比为：Ni1～10％、Fe0～94％、铬铁3～35％、增碳剂0.01～15％、Ta板0.05～30％和Ti板0.05～20％。本发明解决了以往原位颗粒增强钢基复合材料存在的致密度不高的缺陷。Ta、Ti参与反应生成TaC和TiC，TaC和TiC颗粒与钢基体界面良好，在基体中弥散分布，起到了强化作用，使基体的强度和模量得到明显提高。本发明具有良好的力学性能和成形能力，可以广泛应用于要求高强度、高硬度的形状复杂零件上，在冶金、交通运输等领域有着广泛的应用。
【IPC分类】C22C30/00, C22C38/08, C22C1/02, C22C1/10, C22C33/04, C22C38/14, C22C32/00, C22C38/12, C22C38/18
【公开号】CN105463328
【申请号】CN201510932677
【发明人】王鹏举
【申请人】安徽相邦复合材料有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月10日