[发明专利]一种铸铁板的合金碳化物表面强化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料的制备，特别是一种在铸铁板表层原位合成碳化物颗粒复合耐磨层的强化工艺。

背景技术

磨损是工程构件的主要失效形式之一。对工程构件失效原因的分析表明，磨损失效常常发生在零件承受工作应力最高的表面处。因此，从降低工程构件的制造成本和合理使用材料的角度出发，应当采用价廉的韧性材料做基材，对其表面采取合理的强化措施以提高其表面的耐磨性，从而延长零件的服役寿命。因此，表面强化技术正是在这一工业应用背景下迅速发展起来的。

在低应力磨损条件下，使用铸铁或通过对普通铸铁表面进行表面强化处理后能较好地满足这一使用工况。低应力磨损主要适用于抗泥沙、碎石类磨粒在低应力、小冲击条件下的磨粒磨损或细颗粒、小能量、小角度冲蚀磨损工况。典型应用领域及设备有：压坯机螺旋、搅拌器拌叶、压坯机模板、矿料提升机戽斗、混均取料机料斗及斗齿、矿料输送螺旋、溜槽、滑板、烧结机高温矿料溜槽、钻地螺旋叶片、纸浆搅拌叶片、原料粉碎刀具、刮板、犁铧、铲、割刀、饲料粉碎机刀片、松土工具等。

近几十年来，国际上在表面强化所采用的热源手段方面开展了大量的研究工作，从常规热源到激光等特种热源的应用研究十分活跃。目前，在铸铁表面形成耐磨层的工艺主要有：激光表面熔覆法、氙灯辐射聚焦光束法、表面钨极氩弧重熔强化法、电火花表面强化法、热喷涂表面强化法等。

激光表面熔覆法设备复杂，使用成本高，而且能量转换效率还很低，它的单道熔宽和熔敷量小，因而降低了生产率，提高了生产成本，而且激光表面熔覆耐磨层太薄，即硬化层的深度不够，这在某种程度上抑制了激光表面强化技术在工业生产中的推广应用。

自60年代末德国学者首次将大功率氙灯辐射聚焦光束用于连接技术领域以来，国际上对聚焦光束热加工技术已经非常重视。90年代初俄罗斯学者又成功地将其应用于铸铁构件的表面强化技术领域。采用氙灯辐射聚焦光束做热源对合金铸铁进行表面熔凝处理。研究表明，采用聚焦光束熔凝处理技术可在合金铸铁表面获得一个深度为毫米级的强化层，调节功率密度和扫描速度可有效控制强化层深度和宽度。但是熔凝处理区的表面存在硬度很低的失碳层。

为了提高灰铸铁表面的耐磨性，可用钨极氩弧对其表面进行局部重熔强化处理。钨极氩弧特点是电弧功率密度大，能量非常集中，瞬间可将铸铁局部加热熔化，故形成的熔池小，其高的温度(约5000℃)和强的搅拌性，可将石墨击碎并迅速熔解。但是电弧是移动的，对熔池作用的时间很短，移开后，对于小熔池，铸件本体即成为强大的激冷源，根据铸铁的凝固特性，此时熔池中铁水不可能有足够长的时间和能量按稳定系转变形成石墨，而是按亚稳定系转变形成莱氏体和渗碳体的亚共晶组织。这就是钨极氩弧局部重熔利用自身的加热特点改变铸铁局部组织提高硬度和耐磨性的根本原因。因此，铸铁钨极氩弧重熔后激冷法是有效提高其耐磨性，但是这种工艺处理易在表面产生裂纹。热喷涂法制备的耐磨层质量较差，易脱落。

感应交变磁场可在工件内产生感应电动势，感应电动势导致表面层内形成封闭的涡流。感应频率越高，则加热层的厚度越薄。适当调整感应器的输出功率和频率，再在被加热表面增加保温层，就可瞬间在铁板表面产生熔化层。如果在熔化层中添加其它合金元素，就可在表面形成合金强化碳化物耐磨层。因此，利用感应加热可以在铸铁板表面制备出耐磨层。但是，目前报道的方法都是先在钢板表面涂覆上与耐磨层相同材质的基料，然后再感应加热使其熔化而在钢板的表面形成一层新的耐磨层。

发明内容

针对现在市场上广泛应用的铸铁板形材料存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种铸铁板的合金碳化物表面强化工艺，可大大提高材料的耐磨性，同时还保证了原有材料的性能。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种铸铁板的合金碳化物表面强化工艺，其特征在于，按下列步骤进行：

1)首先对要进行表层强化的铸铁板进行表面除锈；

2)将钨粉或钛粉与丙三醇混合，并用酒精或丙酮调至稀糊状，然后将其均匀涂覆在铸铁板表面；

3)在涂覆有细钨粉或钛粉的铸铁板上涂敷一层1.5mm～2.0mm的保温涂层，保温涂层由硅酸铝粉末和水玻璃构成，硅酸铝粉占95wt％；

4)用高频感应设备进行快速熔化和快速凝固，频感应设备的工作频率为200～300kHz。高频感应线圈保持水冷，高频感应设备的区熔温度控制在高于铸铁板熔点的20℃～30范围内，区熔2-3次，即得到合金碳化物表面强化的铸铁板。