[发明专利](Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺及产品

说明书

本发明公开了一种(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺，包括：将硬质相颗粒(Ti，W)C和活性元素颗粒Cr、Mo、Cu与冷胶混合，制成颗粒后压制成预制块，放置在指定位置；在负压环境下，向预制块浇注熔炼处理好的基体材料钢液，浇注温度为1600～1650℃；浇注完成，凝固后淬火即生成(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料。硬质相颗粒(Ti,W)C的质量与基体材料合金钢钢液质量比为5～30％，硬质相颗粒(Ti,W)C与铁基金属液体的密度比为0.9～1.1。本发明通过(Ti,W)C颗粒、活性元素与基体材料的原位熔合，强化了硬质相与基体材料的冶金结合，避免了硬质相脱落分离，增强了颗粒的均匀分布，加强了产品定位增强区域的强度、韧性和耐磨度，改善了产品适应范围和使用寿命，降低工艺难度和生产成本。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种(Ti，W)Cp/Fe原位复合材料双金属定位熔合工艺及产品。

背景技术

复合材料被称为21世纪的新型工程材料，金属基颗粒增强复合材料以其特有的高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热、耐磨导电、导热、阻燃，使用中不释放气体等优异的综合性能和发展前景，成为复合材料的一个重要分支。

金属基复合材料的研究，目前主要集中在轻质材料的基础性方面，但是作为在生产中广泛使用的钢铁基复合材料的研究及应用，却处在初步探索阶段，主要是在实验室条件下的显微组织、界面、凝固过程制备技术等理论方面，对其应用和开发则少见报道。钢铁材料的比强度价格是除水泥之外最低的一种工程材料，但其综合性能远高于水泥，应用范围广泛。

铁基复合材料相对于轻质金属复合材料具有熔点高、密度大、制造工艺困难等原因，导致研究成果少，成为亟待开发的领域。

目前颗粒增强铁基复合材料主要的研究成果有：

1、整体复合

粉末冶金：合金元素与铁基粉末搅拌压块，烧结生成铁基复合材料。这种材料硬度高，但是，生产成本高，韧性差，难以与母体材料形成牢固结合。

熔炼法：将硬质合金颗粒加入铁基金属液，电磁搅拌混合后浇注成型。这种方法的缺点是增强颗粒与基体的润湿性差，无法与基体形成熔合的冶金结合，使用过程中易发生增强颗粒的脱落，并且常用增强颗粒一般密度较低，偏析严重难以形成弥散均匀分布，且易生成有害相。

原位反应铸造法：将合金元素粉末颗粒加入熔炉的铁基金属液，在熔炼过程中等温反应，原位生成硬质相。碳化物与基体润湿好界面洁净，增强颗粒均匀弥散分布，工艺简单成本低。但是，仅局限在单一材料的整体增强，不能单独对工作部位进行定位复合，因而不能满足机械零件不同部位的性能要求。

2、表层复合

涂层法：用合金粉末与粘合成分混合，喷涂在铸型表面，金属液与涂层材料反映生成复合层。缺点是复合层小于1毫米，耐磨寿命低。

自蔓延铸渗法(SHS)：将预制的合金粉料片放置在表层部位，被渗入钢液金属液点燃，预制片反映热量溶于基体形成硬质相。该燃烧合成过程是在很短的时间内完成的，过程难以控制，不良界面反应，偏聚，并都残留有非平衡过渡相杂质；此外，SHS过程的孔隙率高，难于制备致密材料。

3、局部复合

生产中更多需要的是提高部件工作部分的耐磨性，然而，部件连接或支撑部分的性能要求往往是高韧性高强度，需要在工作部分复合硬质材料而不是整体或者表层复合。

机械复合：一般采用固态焊接、镶嵌和固液结合等方式。然而，机械结合的缺陷导致结合的不可靠性，在工作中经常出现脱落、断裂现象，损坏设备，影响零件的使用寿命，造成材料浪费，设备维护成本提高。

双液复合：采用硬质材料和韧性材料两种金属液体，在半凝固态将两种金属复合在一起。这种方法的缺点是复合过程可控性差，成品率低；界面润湿差，复合质量不稳定，易疲劳断裂脱落；生产过程复杂，产品成本高。