[发明专利]用于制造铸造嵌件的粉末组合物、铸造嵌件以及在铸件中获得局部复合区的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造设计成产生耐磨的局部复合区的铸造嵌件的粉末组合物，其中用在铸件中原位形成碳化物和硼化物或其混合物增强所述复合区，并且其中所述粉末组合物的特征在于其包括形成选自TiC、WC、ZrC、NbC、TaC、TiB₂、ZrB₂或其混合物组成的组的碳化物和/或硼化物的粉末反应物，所述碳化物和/或硼化物在结晶后形成增强铸件中的复合区的颗粒，并且其中所述粉末组合物还包括金属粉末混合物形式的调节剂粉末，该金属粉末在结晶后形成铸件中的复合区的基体。本发明还涉及一种用于在铸件中制造耐磨局部复合区的铸造嵌件，以及一种在铸件中制造局部复合区的方法，为此目的使用自蔓延高温合成(SHS)反应。

本发明的目的是用于制造用在制作耐磨局部复合区中的铸造嵌件的粉末组合物；本发明的另一目的是铸造嵌件，其使用允许增加在机械载荷较重的情况下运行的机器的铸造部件的耐磨性。本发明还提供了一种用于在铸件中制造局部复合区的方法，其中所述局部复合区增加了铸件对劣化过程的抗性以及在机械负载较重的情况下运行的机器的耐磨性。

在制造铸件的技术中，碳化硅SiC的原位合成过程采用自蔓延高温合成(Self-Propagating High Temperature Synthesis，SHS)方法，其在选择区域中的特征在于增加耐冲击性和耐磨性。合成碳化钛TiC的工艺在传统粉末冶金领域是众所周知的。同样，众所周知的是关于控制SHS反应的问题，其中所述反应一旦开始就为自持过程(self-sustainedprocess)，这就意味着由反应产生的热量可以进一步扩散该反应。只有在系统散出的热量大于反应过程中产生的热量时才会发生衰退。

关于铸造工艺，众所周知的是美国专利US2011/0226882A1中所公开的方法，借助于该方法在机器和设备的铸造部件中制造局部复合增强件。所公开的方法涉及在模具腔中放置负责形成碳化钛TiC的反应物的成形的嵌件或颗粒，其接下来用熔融铁基合金浇铸。由熔融合金提供的热量引发合成碳化钛TiC的反应。在熔融合金中进行合成的原位过程由液体中发生的物理现象控制。这尤其适用于由毛细现象辅助的反应性渗透，由合金铸件的高温以及碳化钛TiC合成反应过程中产生的高热值来强化。在开始合成反应后，在熔融合金中成核和生长的碳化钛TiC晶体可以建立桥并且发生聚结。然而，所述反应性渗透导致熔融合金在TiC的成核和生长的晶体或凝结颗粒之间扩散。因此，碳化钛TiC的颗粒或晶体被液体分离。由于碳化钛TiC的晶体或颗粒暴露于由熔融铁基合金和碳化钛的不同密度引起的浮力作用，因此所述成分在铸件中分布不均匀。这就会导致组合材料区碎裂，这是在铸件中形成有效的局部组合材料增强层的障碍。在铸件中，裂痕蔓延的破坏性影响是特别不期望的。铸造材料中的裂痕由微裂痕引发，可能发生在铸造的最脆相的那些区域中，所述相在这种情况下由碳化钛TiC颗粒组成。因此，由碳化钛TiC构成的脆性区域通过金属基体材料完全彼此分离是有利且理想的，因为存在于碳化钛TiC颗粒之间的任何更大量的金属基体材料将阻止这些脆性区域的进一步蔓延。

美国专利US20110303778A1公开了一种减少裂痕蔓延现象的方法。通过使用以分层结构为特征的材料实现了目的，其中增强相包含在铁合金中扩散的含有碳化钛TiC的微米凝固颗粒的毫米颗粒，并且其中碳化钛TiC颗粒之间的区域也填满了铁合金。为了实现所示的结构，将预先制备的Ti和C压实粉末的颗粒放置在铸造模具的选择区域中，并且通过分离装置防止分散，然后在模具中浇铸铁合金。粒状复合结构允许控制具有碳化钛TiC的簇的区域大小并且部分地控制这些簇之间的距离。此外，粒状复合结构还有助于去除SHS合成期间形成的气体，这就减少了铸件中的孔隙数量。然而，粒状结构不能提供足够的材料耐磨性。颗粒与碳化钛TiC颗粒之间的较大距离并不是优选的，因为它们促进渗透材料中的侵蚀过程，并且这就又促进了碳化钛TiC附聚物的碎裂。因此，目标是开发一种复合结构，以抵抗裂痕蔓延的影响以及侵蚀的影响。