专利名称：一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及耐磨复合材料制造技术领域，具体涉及一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法。
背景技术：
硬质合金由于具有高硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，广泛应用于金属加工、矿山开采等领域，但硬质合金制造成本高，脆性较大，不宜用于受冲击力较大的易磨损件。此外，随着我国工业的飞速发展，硬质合金的应用范围和用量也在逐年增多，各种报废的硬质合金工具如钻头、铣刀、铰刀、车刀等以及制备工具时的料头也相应增多；由于目前硬质合金回收再造工艺存在能耗大、设备复杂、环境污染等严重问题，故报废硬质合金没有得到充分有效地利用；而这些报废的硬质合金经过简单的切割加工可制成耐磨复合材料所需的增强相。因此，利用回收报废的硬质合金作为增强相制备耐磨复合材料，一方面可以为国家节约能源、保护环境，另一方面也可大大降低复合材料的制造成本。通过复合制备技术将硬质合金与韧性好、强度高、价格低廉的铁基合金复合制备表层耐磨复合材料，其在获得硬质合金的高硬度、高耐磨性的同时具有较高的强度和良好的韧性，且可以节约昂贵的硬质合金，降低耐磨零件的成本，扩大硬质合金的应用范围。虽然一些硬质合金/铁基复合材料产品已经在工业中开始应用，并取得了一定的经济效益，但由于仍存在以下问题限制了其使用范围。(1)由于硬质合金与铁基合金线 (膨)胀系数相差悬殊，因此在界面会产生较大的残余应力，在随后的热处理和使用过程中，工件容易开裂，特别是随着硬质合金体积分数的增大，残余应力也相应增大，导致复合材料在制备、热处理和使用过程中经常开裂，更无法制备具有高体积分数(大于30%)增强相的高耐磨复合材料。( 在制备过程中，由于界面处硬质合金的熔化以及元素的相互扩散，会形成含有大块状脆性Π相(Fe3W3C, Co3W3C,或(FejCo)3W3C^)区域，该区域常常是工件发生开裂的裂纹萌生源。因此，制备韧性好、防止开裂的硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的设计和制备技术急需提高。
发明内容
为实现硬质合金回收和再制造，并克服上述耐磨复合材料制备技术现有缺点，本发明的目的在于提供一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，该复合材料增强相分布均勻、体积分数可控范围大，界面残余应力小、热影响区小、结合良好，耐磨、耐腐蚀。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是—种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤步骤1，将硬质合金废料经过切割加工制成所需形状和尺寸的硬质合金基增强体， 除油后进行喷砂处理，最后进行清洗，步骤2，给步骤1处理过的硬质合金基增强体的一端焊接铁钉，焊接采用真空钎焊工艺，钎料选用厚度0. 2 0. 5mm的高熔点箔状钎料BCu81Ni，步骤3，通过电镀工艺在焊有铁钉的硬质合金基增强体表面镀金属缓冲层，硬质合金若以Co为粘结剂，需先电镀一层镍，厚度为40-80 μ m，然后再电镀一层铁，厚度为160-200 μ m;硬质合金若以Ni、狗或其合金为粘结剂，只需电镀一层铁，厚度为 200-250 μ m,步骤4，根据耐磨易损件的工况，设计高铬合金的形状、尺寸、排列方式和体积分数，体积分数可控范围为20% 50%，体积分数是高铬合金体积占复合材料体积的比例， 并据此制作易磨损件模型上安插硬质合金的盲孔，易磨损件模型为聚苯乙烯泡沫模型或石蜡模型，步骤5，把制备好的硬质合金插入易磨损件模型中，铁钉朝外，浇铸高铬合金，步骤6，浇铸成型后，取出铸件，切除铁钉，用金刚石砂轮把工作面打磨平整，然后对工件进行热处理。浇铸方法采用消失模铸造，浇铸时把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，真空度为0. 02Mpa 0. 08Mpa，浇注温度铸铁为1350°C 1450°C，铸钢为1450°C 1550°C。所述的硬质合金是指Co-WC合金。所述的高铬合金是指高铬合金铸铁或高铬合金耐热钢。本发明制备的耐磨复合材料增强相分布均勻、体积分数可控范围大，界面残余应力小、热影响区小、结合良好，耐磨、耐腐蚀，复合材料硬质合金位于易磨损件的工作面表层，其厚度为10 15mm，可用于制作矿山、建筑、冶金、电力等领域的常温或高温耐磨易损件。
图1为高铬合金1和铁钉2钎焊装夹示意图。图2(a)为高铬合金电镀金属镀层5后的结构示意图。图2 (b)为图2 (a)的A-A剖面图。图3为磨煤机衬瓦的易磨损件模型6的示意图。图4为硬质合金和磨煤机衬瓦模型6装配图。图5为耐磨复合材料磨煤机衬瓦的成品8结构图。
具体实施例方式下面以制备ZGMllO型(产量5 8t/h，磨盘直径1100mm，转速50r/min，功率: 110KW)磨煤机衬瓦为例，并结合附图，对本发明进一步说明，ZGMllO型产量5 8t/h，磨盘直径1100mm，转速50r/min，功率110KW。一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤步骤1，将硬质合金废料经过切割加工制成所需形状和尺寸的复合材料增强体，挑选YG8牌号的硬质合金，经过线切割加工成尺寸为Φ5πιπιΧ8πιπι的硬质合金增强体，除油后进行喷砂处理，最后进行清洗，步骤2，给步骤1处理过的硬质合金增强体的一端焊接铁钉，焊接采用真空钎焊工艺，钎料选用厚度0. 2 0. 5mm的高熔点箔状钎料BCu81Ni，
焊接工艺步骤如下①对硬质合金增强体焊接端面、铁定尾部端面，以及箔状焊料打磨清洗，并把焊料裁剪成铁钉尾部大小，②如图1所示，把裁好的焊料3放在硬质合金1端部和铁钉2尾部之间，并采用石墨制专用夹具4夹紧，保证夹紧力均勻，然后放入真空炉内，③冷态抽真空到5X l(T2Pa，以500°C /h的速率加热到1000°C，稳定20 30min, 再以300°C /h的速率加热到1150°C，保温时间为lOmin，然后随炉冷却，④冷却至室温出炉，拆卸夹具便得到所需部件，步骤3，通过电镀工艺在焊有铁钉的硬质合金表面镀金属缓冲层，硬质合金以Co 为粘结剂，需先电镀一层镍，厚度为40-80 μ m,然后再电镀一层铁，厚度为160-200 μ m,镀层的目的第一，可以阻止或减少界面生成脆性硬质η相0 具C，Co3W3C,或0 ，Co)3W3C)； 第二，塑性好的镀层可以充当应力缓冲层，减小界面残余应力，防止裂纹的产生；第三，镀层可以减小硬质合金的热影响区，提高硬质合金的利用率，此外，镀层应延伸到硬质合金和铁钉连接处，这样可提高其连接强度，防止硬质合金在浇铸过程中倾斜或移位，硬质合金电镀金属镀层5后结构如图2所示，步骤4，根据耐磨易损件的工况，设计高铬合金的形状、尺寸、排列方式和体积分数，体积分数可控范围为20% 50%，体积分数是高铬合金体积占复合材料体积的比例， 并据此制作易磨损件模型6上安插硬质合金的盲孔7，易磨损件模型6为聚苯乙烯泡沫模型或石蜡模型，模型结构如图3所示，步骤5，把制备好的硬质合金插入易磨损件模型6中，铁钉2朝外，如图4所示，浇
铸高铬合金，步骤6，浇铸成型后，取出铸件，切除铁钉，用金刚石砂轮把工作面打磨平整，然后对工件进行热处理，淬火处理工艺为加热温度960 980°C，升温速度为80 100°C /h, 保温8 10h，空冷；去应力处理工艺为加热温度沈0 300°C，保温8 10h，炉冷，制备的磨煤机衬瓦成品8如图5所示。浇铸方法采用消失模铸造，浇铸时把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，以保证金属充分渗透增强体，不出现冷隔或浇不足的现象，真空度为0. 02Mpa 0. 08Mpa，浇铸温度为 1350 1450°C。高铬合金选择高铬铸铁材料，利用中频感应炉熔炼，基材的化学成分(wt% )为 2. 6 2. 8C，0. · 6 1. OSi,0. 8 1. 2Mn，26 32Cr，1. 5 3. OMo, 1. 8 2. 2Cu，0. 01 0. 03P，0. 01 0. 03S,使用实践表明，硬质合金/高铬铸铁基耐磨复合材料磨煤机衬瓦与高铬铸铁磨煤机衬瓦相比成本增加了 25%，但其磨损性能提高了 8倍，具有很高的性价比。
权利要求
1.一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，将硬质合金废料经过切割加工制成所需形状和尺寸的硬质合金基增强体，除油后进行喷砂处理，最后进行清洗，步骤2，给步骤1处理过的硬质合金基增强体的一端焊接铁钉，焊接采用真空钎焊工艺，钎料选用厚度0. 2 0. 5mm的高熔点箔状钎料BCu81Ni，步骤3，通过电镀工艺在焊有铁钉的硬质合金基增强体表面镀金属缓冲层，硬质合金若以Co为粘结剂，需先电镀一层镍，厚度为40-80 μ m，然后再电镀一层铁，厚度为160-200μπι;硬质合金若以Ni、！^或其合金为粘结剂，只需电镀一层铁，厚度为 200-250 μ m,步骤4，根据耐磨易损件的工况，设计高铬合金的形状、尺寸、排列方式和体积分数，体积分数可控范围为20% 50%，体积分数是高铬合金体积占复合材料体积的比例，并据此制作易磨损件模型上安插硬质合金的盲孔，易磨损件模型为聚苯乙烯泡沫模型或石蜡模型，步骤5，把制备好的硬质合金插入易磨损件模型中，铁钉朝外，浇铸高铬合金，步骤6，浇铸成型后，取出铸件，切除铁钉，用金刚石砂轮把工作面打磨平整，然后对工件进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，其特征在于浇铸方法采用消失模铸造，浇铸时把模型放到可抽真空的沙箱里，抽真空，真空度为0. 02Mpa 0. 08Mpa，浇注温度铸铁为1350°C 1450°C，铸钢为1450°C 1550°C。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，其特征在于所述的硬质合金是指Co-WC合金。
4.根据权利要求1所述的一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，其特征在于所述的高铬合金是指高铬合金铸铁或高铬合金耐热钢。
全文摘要
一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法，先制作硬质合金/增强体，再给硬质合金增强体的一端焊接铁钉，然后在焊有铁钉的硬质合金增强体表面镀金属缓冲层，再制作易磨损件模型，把制备好的硬质合金插入易磨损件模型中，铁钉朝外，采用消失模铸造工艺浇铸高铬合金，浇铸成型后，取出铸件，切除铁钉，用金刚石砂轮把工作面打磨平整，然后对工件进行热处理，该复合材料增强相分布均匀、体积分数可控范围大，界面残余应力小、热影响区小、结合良好，复合材料硬质合金位于易磨损件的工作面表层，其厚度为10～15mm，可用于制作矿山、建筑、冶金、电力等领域的常温或高温耐磨易损件。
文档编号B22C9/04GK102380605SQ20111032124
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者侯书增, 邢建东, 高义民, 鲍崇高 申请人:西安交通大学