[发明专利]碳化钒增强灰口铸铁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，特别涉及碳化钒增强灰口铸铁基复合材料制备工艺。

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，例如用碳化钒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。也有将碳化钒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，效果不理想。

发明内容

本发明的目的是提供碳化钒增强灰口铸铁基复合材料制备工艺，通过该工艺在灰口铸铁基体中形成网状碳化钒硬质相，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：

(1)用钒丝编织钒丝网(1)；

(2)将钒丝网(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)将预制的钒丝网(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，获得钒丝-灰口铸铁二元材料预制体；

(8)冷却清理后把钒丝-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，即制成碳化钒增强灰口铸铁基复合材料(4)。

所述钒丝(1)直径为0.1～2.5mm；所述钒丝网(1)编织成单层或多层，钒丝间距为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钒丝网(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，把钒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钒在基体中的均匀性；

2、在热处理炉中，通过1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min，使钒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，自然生成碳化钒硬质相颗粒，由于1080℃～1350℃温度区低于灰口铸铁的液化温度，因此钒原子的扩散属于固态扩散，碳化钒也是在固态下原位反应生成的，避免了碳化钒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，并且可以使全部钒参与原位反应生成碳化钒。

3、碳化钒硬质相属于内部原位化学反应生成，所以碳化钒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，又有了碳化钒硬质相的高耐磨性，进一步提升了材料的磨损寿命。

4、根据零件的需要，既可以把钒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；也可以把钒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。

附图说明

图1为本发明流程图

图2为预置钒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为整体碳化钒增强灰口铸铁基复合材料落料衬板截面示意图

图5为局部碳化钒增强灰口铸铁基复合材料落料衬板截面示意图

具体实施方式

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钒丝编织钒丝网1，钒丝间距为2mm；

(2)钒丝网1按落料衬板长度和高度规格裁剪成矩形；

(3)把矩形钒丝网1进行酸洗；

(4)按铸造工艺要求制作铸型2；