[发明专利]碳化铬增强高锰钢基复合材料制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及碳化铬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、铬等多元合金元素，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、Cr₂、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铬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铬硬质相，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)用铬丝编织铬丝网(1)；

(2)将铬丝网(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；

(5)将预制的铬丝网(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，获得铬丝-高锰钢二元材料预制体；

(8)冷却清理后把铬丝-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，即制成碳化铬增强高锰钢基复合材料(4)。

所述铬丝(1)直径为0.1～2.5mm；所述铬丝网(1)编织成单层或多层，铬丝间距为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铬丝网(1)立体骨架结构。所述步骤(9)碳化物形成温度为1080℃～1350℃，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，把铬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铬在基体中的均匀性；