[发明专利]一种锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合材料、铸件及其制造方法

权利要求书

1.一种锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合材料，为具有原位合成TiC、WC以及（Ti，W）C复相颗粒增强锰钢基表面超耐磨复合材料，TiC颗粒体积百分数为10~50%，WC颗粒体积百分数为10~30%，（Ti，W）C颗粒相体积百分数为5~20%，其它合金碳化物、硼化物体积百分数为1~10%，采用金属粉末以及水基胶粘剂制成，所述金属粉末由金属钛粉30~60wt%、金属钨粉15~30wt%、胶体石墨粉10~20wt%、铬铁合金粉5~10wt%、钼铁合金粉2~10wt%、硼合金粉0.5~5wt%、稀土0.5~10wt%以及质量百分数0.5~4%的羧甲基纤维素钠水溶液组成，羧甲基纤维素钠水溶液与金属粉末的质量比为1:2-30；所述复合材料制备方法包括混配料、预制块成型、浇注钢液和热处理，所述金属陶瓷表面复合材料是在奥氏体锰钢铸件表面形成TiC／WC复相颗粒增强硬质金属陶瓷复合层，具体包括如下步骤：

（1）混配料：分别称取金属钛粉末、金属钨粉末、胶体石墨粉末和合金剂进行配料，混合均匀；

（2）所述预制块成型：将混合均匀的粉末中加入水基胶粘剂，搅拌均匀后添入模具的型腔中，进行压制，制成一定形状的预制块，烘干；将干燥好的预制块粘结到泡沫模型需强化部位的表面上，然后涂覆防粘砂耐火涂料，干燥后，造型；

（3）所述浇注钢液：熔炼奥氏体锰钢钢液，浇注成型，高温钢液与预制块接触引发放热反应，原位生成TiC／WC复相颗粒增强金属陶瓷层的奥氏体锰钢复合铸件；

（4）所述热处理：将表面复相颗粒增强奥氏体锰钢复合铸件加热并保温固溶后进行水韧化处理，具体包括以下步骤：

a.先将铸件缓慢升温至640 ~ 650 ℃，保温1 ~ 3h，使铸件受热均匀后再加热到1050~ 1100 ℃时保温1 ~ 2h；

b.快速淬入冷水中，冷水温度不高于40 ℃，入水后控制复合铸件在水中上下、前后或左右移动，固溶水韧化热处理结束后水温小于50 ℃。

2.如权利要求1所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合材料，其特征在于，所述金属钛粉粒度为18~150μm，金属钨粉粒度为20~75μm，胶体石墨粉粒度为1.3~45μm，铬铁合金粉粒度为23~200μm，钼铁合金粉粒度为15~45μm，硼合金粉粒度为23~180μm，稀土粒度为5~150μm。

3.一种采用如权利要求1所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合铸件，其特征在于：所述复合铸件包括基体和复相颗粒增强锰钢基金属陶瓷层组织。

4.如权利要求3所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合铸件，其特征在于：所述复相颗粒增强锰钢基金属陶瓷层组织包括基体相组织和分布其上的TiC、WC、（Ti，W）C颗粒相以及合金碳化物、硼化物。

5.如权利要求4所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合铸件，其特征在于：所述基体相组织为奥氏体基体相组织。

6.如权利要求5所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合铸件，其特征在于：所述复相颗粒增强锰钢基金属陶瓷层由表及里硬度逐渐下降，宏观硬度值范围为40~69HRC，基体为奥氏体锰钢，硬度值为19~22HRC。

7.如权利要求1所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合材料，其特征在于：制备方法步骤（1）中合金剂由铬铁合金、钼铁合金、硼合金粉和稀土组成，其占粉末总原材料质量百分比为8：6：3：6 ，铬铁合金包括低碳铬铁或中碳铬铁或高碳铬铁中一种或几种，钼铁合金粉包括钼铁60或钼铁55中的一种或两种，硼合金粉包括低碳硼铁20、硼砂、硼酐中一种或几种，稀土包括稀土硅铁合金或稀土硅镁合金或氧化稀土中一种或几种。

8.如权利要求1 所述的锰钢基复相颗粒增强金属陶瓷表面复合材料，其特征在于：制备方法步骤(2)中，所述预制块压制压力为1~100MPa。