[发明专利]TiC颗粒局部增强耐磨锰钢复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料的制备方法，特别涉及一种TiC颗粒局部增强锰钢复合材料的制备方法。

背景技术

目前，奥氏体锰钢是抵抗强冲击载荷下磨料磨损常用的耐磨材料，问世至今已有100多年的历史，一直是应用最广泛的重要耐磨材料。其特点是具有高的韧性和低的硬度，但在经受较强冲击时表层会产生加工硬化，此时才表现出良好的耐磨性，因而是在强烈冲击磨粒磨损工况条件下使用的抗磨材料；而对其它大多数工况则显得韧性有余而硬度不足，初始磨损严重，尤其在中、低冲击磨粒磨损工况下因不能充分加工硬化而耐磨性不高。因此，在不降低其韧性的前提下提高其耐磨性和硬度，或提高其在中、低冲击磨损工况下的加工硬化能力是迫切解决的问题。目前国内外提高锰钢耐磨性和硬度多采用合金化和弥散强化热处理的方法，并取得了一定的成果，但硬度和耐磨性的提高有限，难以满足使用要求。金属基复合材料由于把增强体的高强度、高硬度、高耐磨性与金属基体的高延展性、高韧性结合在一起，可提供传统单一材料所不具备的强、韧结合的优良的综合性能，较好地解决硬度和韧性的矛盾，因而，采用金属基复合材料来满足各种工况条件的使用要求已成为世人所关注的研究热点。

然而，对于颗粒增强金属基复合材料在以往的发明专利和研究中，多数采用整体增强(如中国专利，专利号：ZL98101890.4)。但在很多实际场合下，并不要求整体材料(整个零件)都进行颗粒增强。如反击式破碎机板锤的磨损主要发生在棱面、锤式破碎机锤头的磨损主要发生在锤头的端部、挖掘机铲齿的磨损仅发生在齿尖等，而其它承受冲击载荷的部分则需要具有非常好的强韧性。在专利号为ZL02109101.3的中国发明专利中，公开了一种局部原位内生颗粒增强钢基复合材料的制备方法，该方法采用Al-Ti-C体系燃烧合成TiC陶瓷颗粒，由于Al的沸点较低，容易气化，因此，采用该体系制备的TiC颗粒局部增强钢基复合材料极易产生气孔，从而导致其综合性能下降。因此，采用Cu-Ti-C体系燃烧合成与传统铸造法相结合制备TiC颗粒局部增强锰钢基复合材料的工艺被提出，这种工艺解决了颗粒体积分数超10％金属液流动性显著下降，难以浇注成型形状复杂的铸件的难题，又降低了生产成本。此外这种工艺较好地解决了在一个零件中同时要求多种性能优化组合的关键难题，即在易磨损、易高温软化、易疲劳失效等部位为大体积分数的陶瓷颗粒，而非上述失效部位的金属基体具有高的强韧性的设计思想。

技术内容

本发明的目的在于克服现有颗粒局部增强钢基复合材料制备工艺存在的不足，提供一种将Cu-Ti-C体系在金属液内原位自蔓延燃烧合成法与铸造法相结合的TiC颗粒局部增强耐磨锰钢复合材料的制备方法。

实现本发明的上述目的所采取的技术方案是：

一种TiC颗粒局部增强耐磨锰钢复合材料的制备方法，其工艺过程包括反应预制块的制备和型内自蔓延原位反应合成两个阶段：

反应预制块的制备：

a.配料：Cu-Ti-C体系预制块由原材料为粉末状的Cu粉、Ti粉和C粉组成，其中，Cu质量百分比为10～60，C和Ti的摩尔比为C∶Ti＝1，粉末粒度为6～50微米；

b.混料：将上述配制好的粉料放入低速混料机中，混合8小时，混合均匀；

c.压制成型：把混合均匀的粉料放入模具中，在室温下压制成预制块，预制块紧实率为75±5％；

d.预制块的真空除气处理：将压制好的预制块放入低真空加热装置内，以15℃/分钟的加热速率加热至300℃，除气3小时；

型内自蔓延原位反应合成TiC增强颗粒：

a.基体钢液要求：为了能够引燃预制块发生自蔓延高温反应合成TiC增强颗粒，钢液温度保证在1450℃以上；

b.预制块在铸型内的放置：在铸件需增强的部位放置已真空除气处理的Cu-Ti-C预制块；

c.浇铸基体钢液，制备TiC颗粒局部增强耐磨锰钢复合材料。