[发明专利]一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合棒材制备，特别是一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合金属棒材的制备方法。

背景技术

耐磨钢棒适用于水泥厂、电厂、矿山、石英砂厂、硅砂厂、砂加气、煤化工、加气混凝土厂等众多棒磨机、磨煤机用户厂家，市场需求量巨大。现在市场上所用钢棒乃钢厂轧钢而成，由于耐磨性能较差，因而普遍使用寿命短，在使用时消耗量极大，造成资源大量浪费。棒磨机、磨煤机的使用工况要求钢棒具有较高的耐磨性，同时还应兼具较高的强度和韧性。高耐磨性要求材料的硬度要高，而硬度过高则导致材料的韧性下降。

目前市场上耐磨钢棒大部分采用钢厂经轧钢而成的普通低合金钢棒，这种低合金钢棒的强度和韧性好，但是耐磨性较差。国内还有生产厂家开发出了一种新的高合金耐磨钢棒，钢棒的耐磨效果比一般轧钢钢棒有了较大的提高，延长了使用寿命，因而节约了成本。但是应该看到，这种高合金耐磨钢棒整体仍为单一材质，其耐磨性能仍显不足，而且不能做到耐磨性与经济性能的最优化。此外，国内还有人研究了一种将一般普通钢棒作为芯棒，再在外层包裹一层高铬铸铁的复合耐磨棒，试图使钢棒具有很高的耐磨性，同时还兼具较高的强度和韧性。但是，外层的高铬铸铁和芯棒难以做到冶金结合，因而高铬铸铁包覆层在使用过程中容易发生破碎和脱落。因此这种方法仍然存在一定缺陷。

复合材料可针对不同的工况人为地对材料的主要组成相(基体相和硬质相)进行设计、控制及选用，可突破传统单一材料设计的局限性，全面提高材料在各种复杂工况条件下的使用性能，既保持了金属材料韧性、塑性优良的特点，又能发挥高硬度增强材料耐磨性好的特点，应用前景十分广阔。

对铸铁进行WC颗粒增强复合在国内外报道较多，主要有液态铸渗法，即采用普通铸渗工艺分别以高铬铁粉、WC粉为反应源，以聚乙烯醇、酚醛树脂、树脂酒精溶液为粘结剂，将合金粉末制成膏状，将灰铸铁、球墨铸铁或碳钢金属液渗透到高铬铁粉和WC粉的间隙，在热效应作用下，烧结并反应形成碳化物。但是，这种工艺必须使用大量粘结剂，从而导致大量气孔和夹渣。有学者为了解决陶瓷颗粒分散不均匀、陶瓷颗粒体积分数难以控制等问题，选择一定厚度的多孔陶瓷与金属基体进行复合，但网状的多孔陶瓷对金属基体的割裂作用较为严重、对整体复合材料的力学性能损伤很大。

发明内容

针对现在市场上产品(轧钢钢棒、合金钢棒)存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法，该方法生产效率高，生产的材料组织致密，表层强化相粒子弥散分布，耐磨度高，整体强度韧性好。

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：

一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材制备方法，其特征在于，按下列步骤进行：

1)进行砂型的制造，并在砂型的型腔表面涂覆一层增碳剂，再把钨丝酸洗后制成螺旋形，并放置于砂型的型腔内；增碳剂由粘土和细石墨粉构成，并用水调成稀糊状，增碳剂中石墨含量的确定原则为石墨∶钨丝＝1.1∶1，比例为摩尔比；

2)将融化的钢液浇注进砂型的型腔中，凝固得到金属棒；

3)将金属棒进行表面除锈，然后在其外表面涂敷一层0.8mm～1.0mm的支持膜，支持膜由水玻璃和石英粉构成，石英粉占45wt％；

4)待支持膜烘干后放入区熔感应器进行表层区域熔化，区熔温度控制在高于金属棒熔点的20℃～30℃范围内，并快速凝固，即得到碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材。

再经过切割、机械校直等加工方法，达到要求的尺寸。

本发明的方法生产效率高、生产时间短、节约能源，生产的碳化物颗粒表层强化的表面耐磨金属棒材组织致密、碳化物增强相与基体金属界面结合强度高、第二相分布均匀、材料的力学性能好。能够很好的解决材料的高耐磨性，同时还兼具较高的强度和韧性的矛盾。该发明的使用范围广泛，可用于制造不同碳化物颗粒表层强化的表面耐磨金属棒材的生产。棒材的尺寸规格完全可以按照客户的需求进行调整，灵活性大大提高，去除了不必要的浪费。

附图说明

图1是本发明的方法制备的碳化钨颗粒增强钢基表层复合棒材结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式