[发明专利]原位反应铸造法制备TiCp/Fe复合材料的低温加钛法

说明书

技术领域

本发明属原位反应铸造法制备TiCp/Fe复合材料的低温加钛法领域。

背景技术

原位反应铸造法的基本原理是：在一定成分的液态合金中，利用合金液的高温，使合金液中的合金元素之间或合金元素与化合物之间发生充分的化学反应，生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷增强颗粒，然后通过铸造成形即可获得由原位颗粒增强的金属基复合材料。原位反应铸造法制备金属基复合材料避免了基体与增强颗粒的润湿以及污染问题，并且增强颗粒在基体内部原位合成，界面结合较好且界面干净，增强颗粒在基体中分布均匀。用原位反应铸造法制备铁基复合材料的方法，因其工艺简单、成本低廉、制得材料性能优异而成为研究热点。TiC颗粒因具有高硬度、高模量、高熔点、较高抗弯强度和耐磨性能良好等特点，普遍被用做制备铁基复合材料的增强相。但由于Ti元素的活性高、氧化性强，致使制备过程中Ti元素烧损严重，增加了生产成本。

目前国内外利用原位反应铸造法制备TiCp/Fe复合材料的工艺一般是：首先熔炼Fe-C母合金，先加入生铁，待生铁熔化后加入低碳钢。待两者都熔化后(温度约1460-1520℃)，加入一定尺寸(5～10mm)的钛铁合金，并用覆盖剂覆盖，当Fe-Ti-C熔体升温至1580-1650℃时，保温10min后浇注。该法的主要缺点是：由于钛铁合金密度比母合金小，加入后大部分钛铁合金浮在金属液面上与空气长时间、大面积接触，钛的烧损多，因此一直存在着氧化烧损大的问题。

国内在大气环境下采用原位反应法制备TiC颗粒增强铁基复合材料时，烧损率一般在25％到35％之间，有些甚至高达40％-50％。根据《Fe-Ti-C熔体在大气条件下原位合成TiCp/Fe复合材料的研究》(复合材料学报2000年3期P51-54严有为魏伯康)一文报道，钛的烧损率可控制在15％左右，当属目前国内最好水平，但实施该报道的方法时，需事先将钛做成预制块，工艺操作麻烦。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可明显降低钛的烧损率、且操作工艺简单、适宜工业批量生产的原位反应铸造法制备TiCp/Fe复合材料的低温加钛法。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

先将设计所需铸造生铁和3/4的低碳钢装入中频感应炉，升温将炉内金属料全部熔化后，加入剩余的1/4钢和硅铁合金，并搅拌均匀使金属液变为糊状，再加入钛铁合金颗粒，搅拌均匀后加入覆盖剂覆盖，升温、保温后扒渣浇注，获得TiCp/Fe复合材料。

覆盖剂可以采用草木灰和木炭的混合物。

使用本发明的原位反应铸造法制备TiCp/Fe复合材料，钛的烧损率可稳定在13％左右，且无需将钛做成预制块而直接加入熔体，操作工艺简单，生产成本大大降低，应用前景广阔。

附图说明

图1是用本低温加Ti法制备的TiCp/Fe复合材料试样腐蚀前的金相组织图。

图2是用常规方法制备的TiCp/Fe复合材料试样腐蚀前的金相组织图。

图3是对本低温加Ti法制备的TiCp/Fe复合材料试样颗粒能谱微区分析位置图。

图4是图3的K点所示部位颗粒相的能谱分析结果图。

图5是试样尺寸图。

具体实施方式

先将计算所需的全部铸造生铁和3/4的钢装入中频感应炉内，升温熔炼，待炉内金属料全部熔化后(此时温度约在1460-1520℃间)，加入剩余的1/4钢和硅铁合金降温，并均匀搅拌使炉内金属变为糊状(此时温度约在1350-1400℃间)，然后将破碎至5～10mm的钛铁合金颗粒加入炉内，搅拌均匀，使糊状金属将钛铁合金颗粒全部包裹，不使钛铁合金颗粒上浮；随后加入覆盖剂覆盖，升温至1580-1650℃，保温4-8分钟后扒渣浇注试样。浇注前在浇包内用铝除氧。

本低温加Ti法Ti元素烧损率(广西冶金产品质量监督检验站化验结果)