[发明专利]一种复合材料捣镐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料捣镐及其制备方法，属于零部件制备技术领域。

背景技术

铁路养路机械在线路的建设与维护作业中发挥着重要作用，其中捣固车主要用于捣固铁路道床石碴，而捣镐则是捣固车中最重要的零件，同时也是养路机械中更换零部件最为频繁的部件之一。在铁道线路保养作业中，捣镐的使用量大，不仅要承受冲击载荷的作用，而且还要抵抑磨料磨损和冲击磨损。捣镐的失效主要表现为镐掌的磨损和镐身的断裂，而陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有优异的耐磨性和抗冲击性能，同时成本低廉，工艺简单，广泛用于耐磨零部件的制备，因此，陶瓷颗粒增强金属基复合材料应用于镐掌，可大大延长其使用寿命。

中国专利CN103194720A公开了一种耐磨捣镐，该捣镐通过等离子体表面处理来提高其耐磨性，具体处理方法是将捣镐置入反应室内，密封，抽真空，通入氩气和氮气，施加方形负脉冲电压电离混合气体，形成含氮高温等离子体，完成捣镐的表面改性，获得一层具有耐磨性表面层。但是，该发明得到的表面耐磨层很薄，短期内就可将该耐磨层全部磨损，捣镐工作7～8公里后，镐掌就会发生严重的磨损（磨损量达到镐掌高度的20％），而且其制备工艺复杂，生产效率低，成本高，经济效益低，不适合工业生产。

中国专利CN203188068U涉及了一种耐磨捣镐，该捣镐的镐身和镐掌通过焊接连接为一体，其中，镐掌下部梯形部分表面焊接有硬质合金片，镐掌内部横向与镐身垂直嵌入有硬质合金柱，镐掌底部有凹槽，硬质合金头通过和其焊接为一体的矩形体嵌入焊接在凹槽内，得到具有硬质合金的捣镐。虽然该捣镐具有高的表面硬度，能达到HRC66～68左右，但是在钎焊硬质合金时，硬质合金与镐掌属于异种材料，两者之间的线膨胀系数相差很大，焊缝周围应力难以消除，容易产生裂纹，在磨损和冲击的工况下硬质合金很容易脱落，一般使用20公里左右，要补焊一次，捣固里程为50～60公里，寿命短，并且补焊会增加工人的劳动量，降低捣镐车的工作效率；捣镐所用的硬质合金一般价格在3000～4000元人民币，整个捣镐的价格为8000～10000元人民币，成本高，经济效益低。

中国专利CN202658484U公开了一种耐磨捣镐，该捣镐是通过采用中碳高合金高强度材料并经锻造成型、调质处理的镐杆与采用高碳高合金耐磨材料并经锻造成型、淬火处理的镐掌焊接在一起的。该捣镐虽然不存在由于合金片掉落而提前失效的问题，但是镐掌硬度为HRC 40～55，整体耐磨性不高，捣固里程为20～35公里，寿命短；制备工艺复杂，不利于大批量生产；每只捣镐的价格在1000元人民币左右，成本高，经济效益低。

中国专利CN101704092A公开了一种耐磨捣镐，该捣镐采用双金属液-液复合浇铸方法制备而成，将温度为1660～1680℃的低铬普通钢液浇铸倒入捣镐模具中，冷却至1500～1550℃后，再浇入温度为1560～1580℃的高铬钼镍钨合金溶液，冷却成型即得双金属液-液复合捣镐。虽然该捣镐的镐身和镐掌形成了冶金结合，但是浇铸过程中温度不好控制，先浇入的金属液温度过高或者过低，都会影响两种金属的结合；先浇铸到铸型型腔的金属液上表面会有杂质，当与后浇铸的金属液接触时，在结合面上会形成缺陷；当捣镐工作时会在缺陷处产生裂纹，导致断裂。硬度为HRC68，一般捣固里程在30～40公里左右，并且失效后不能修复，成本高。

 发明内容

针对上述存在的问题及不足，本发明的目的在于提供一种复合材料捣镐，包括镐身和镐掌，所述复合材料捣镐的镐掌四周表面上包裹了一层陶瓷颗粒增强金属基复合材料层，镐身为金属基体，通过焊接和镐掌连接在一起。

本发明所述陶瓷颗粒为WC、Cr₃C₂、TaC、TiC、NbC、W₂C、A1₂O₃、ZrO₂、SiO₂、SiC、B₄C、Si₃N₄、TiN、TiB₂、TiO₂中的一种或几种按任意比例混合得到的混合物，其颗粒粒径为106~380μm。

本发明所述陶瓷颗粒增强金属基复合材料层的厚度为5～20mm，陶瓷颗粒增强金属基复合材料层层中陶瓷颗粒的体积分数为20％～80％。

本发明所述复合材料捣镐的镐身和镐掌的金属基体材质均为铸钢或者铸铁。

本发明的另一目的在于提供一种复合材料捣镐的制备方法，具体包括以下步骤：