高铬铸铁基复合材料的制备工艺、应用及制备得到的耐冲蚀管道制造技术

本申请公开一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺、应用及制备得到的耐冲蚀管道，包括以下步骤S1.将陶瓷基增强颗粒原料和金属基连接颗粒原料分别破碎后混匀，得到混合料；S2.将混合料置入模具后，将模具置于感应外场中进行压力烧结，烧结时间为2

【技术实现步骤摘要】
高铬铸铁基复合材料的制备工艺、应用及制备得到的耐冲蚀管道


[0001]本申请涉及管道制备
，特别涉及一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺、应用及制备得到的耐冲蚀管道。

技术介绍

[0002]高铬铸铁作为一种优异的抗磨材料，其耐磨性要比普通的合金钢高出较多，同时其还具有较好的韧性、强度、抗高温和抗腐蚀性能，被广泛的应用于耐磨零件等工业领域。
[0003]目前在管道中应用高铬铸铁材料的情况也较多，但现有的高铬铸铁管道由于输送液体时其冲击力度较大，导致其使用寿命较短，并且随着使用寿命的增加管道容易断裂、腐蚀或老化，导致管道需要更换的频次过高，不便于日常使用。因此，市面上有在高铬铸铁材料中设置预制体作为增强材料以提高管道的使用寿命，预制体的原料包括硬质陶瓷微粉，如WC、TiC、VC等致密化微粉，但采用目前的制备方法得到的高铬铸铁增强材料存在以下问题：1)内部反应剧烈，热量、体积波动巨大，增强体与基体界面出现缩孔、应力集中等缺陷，将导致形成大量初始裂纹源；2)在浇铸充型时间短的情况下，热容量导致加入的石墨反应不完全，在铸件内部残留石墨点缺陷，降低材料力学性能，以上得到的高铬铸铁管道同样具有使用寿命短和易断裂的缺陷。

技术实现思路

[0004]本申请的主要目的是提供一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺、应用及制备得到的耐冲蚀管道，旨在解决现有的高铬铸铁管道内部缺陷较多导致其使用寿命较短，力学性能较差的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本申请提出一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺，包括以下步骤：<br/>[0006]S1.将陶瓷基增强颗粒原料和金属基连接颗粒原料分别破碎后混匀，得到混合料；
[0007]S2.将混合料置入模具后，将模具在300
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500Pa的氨气气氛或惰性气体气氛下，置于感应外场中进行压力烧结，烧结压力为160
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200MPa，烧结时间为2
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30min，得到预制体；
[0008]S3.将预制体置入铸造型腔后，注入温度为1540
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1600℃的高铬铸铁熔液，得到所述高铬铸铁基复合材料。
[0009]将陶瓷基增强颗粒原料和金属基连接颗粒原料采用球磨或其它方式破碎，将破碎后的原料均匀混制得到混合料；之后将混合料置入对应的模具中，模具可为正六边形结构或其它形状的模具，适应生产需求即可，之后再将模具和内部的混合料同步置于电磁感应外场中进行加热烧结，可以使烧结效果更佳，此时预制体初步反应，反应程度为70％左右；在烧结时需要提供压力，以控制混合料中的孔隙情况，最终制备得到的预制体具有更好的稳定性。之后将上述预制体放入铸造型腔中，注入高铬铸铁熔液时的热容量使未反应完全的预制体进一步反应，高铬铸铁熔液渗入预制体中结合为一体共同形成高铬铸铁基复合材
料构件，该复合材料可以用于物料的破碎、研磨、冲刷、泵送等冲击、腐蚀、磨损条件，具体可制得的产品包括板锤、泵体、管道、轴套、磨盘、磨球和导料球等。
[0010]在烧结时增加压力的主要作用是为了控制预制体的孔隙大小情况，在本方案中压力过小对于控制预制体的孔隙影响效果较小，无法改善预制体的整体性能；压力过大则预制体过于密实，不利于在预制体使用过程中的散热，预制体在实际使用过程中的效果仍旧不佳，高铬铸铁基复合材料的性能也对应下降。本实施例中的氨气气氛主要用于提供氮元素，在陶瓷基增强颗粒原料中无氮化物的条件下使用，氨气的加入，可以在烧结过程时与陶瓷基增强颗粒原料中的各组分共同反应获得最终产物氮化物；当陶瓷基增强颗粒原料的组分中具有各元素的氮化物或碳化物时，即不需要再增加额外的氮元素，因此采用惰性气体氛围即可，具体的惰性气体可选用氩气等，采用惰性气体时可以用于抑制反应活性，保证各元素的氮化物或碳化物稳定存在。
[0011]本专利技术利用感应烧结时预制体的初步反应，以及注入高温高铬铸铁溶液时的完全反应，本方案中高铬铸铁熔液注入时的温度较高，具体为1540
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1600℃，以保证预制体的反应完全，使预制体和铸造相(高铬铸铁熔液)的界面结合效果更好，提高增强颗粒硬质相的含量，突破了小粒径(&lt;500μm)的碳化物硬质相颗粒分布在高铬铸铁材料的壁垒，同时消除铸造复合过程中易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，提高硬质相增强高铬铸铁基复合耐磨件的耐磨性能。
[0012]优选地，所述预制体的体积&lt;2400cm3时，感应外场的频率为10000
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20000Hz；所述预制体的体积为2400
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5400cm3时，感应外场的频率为5000
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10000Hz；所述预制体的体积为5400
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9600cm3时，感应外场的频率为1000
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5000Hz；所述预制体的体积为9600
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15000cm3时，感应外场的频率为500
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1000Hz；所述预制体的体积为15000
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21600cm3时，感应外场的频率&lt;500Hz。
[0013]由于预制体体积可调整的范围比较大，本方案中的对于不同体积的预制体设定了最适宜的感应外场频率范围，在各体积所对应的感应外场频率范围内进行加热烧结，可使获得的预制体具有更好的烧结效果，进一步提高预制体的稳定性，最终制备得到的高铬铸铁基复合材料也具有更好的性能。此处针对不同的预制体尺寸设定了不同的感应烧结频率，可以初步保证预制体的初步反应效果。
[0014]优选地，所述预制体的体积&lt;2400cm3时，烧结时间为2
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5min；所述预制体的体积为2400
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5400cm3时，烧结时间为6
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9min；所述预制体的体积为5400
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9600cm3时，烧结时间为10
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13min；所述预制体的体积为9600
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15000cm3时，烧结时间为14
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18min；所述预制体的体积为15000
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21600cm3时，烧结时间为19
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25min。为了进一步保证预制体在感应烧结过程中只进行70
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80％的初步反应，本方案中针对不同的预制体尺寸设定了不同的烧结时间，确保预制体不会在感应烧结时完全反应，可以在后续高铬铸铁熔液注入时反应完全，提高界面结合性能，改善高铬铸铁复合材料的机械性能。
[0015]优选地，陶瓷基增强颗粒原料包括W、Ti、Nb、Mo、Cr或V元素的碳化物或氮化物中的三种以上；金属基连接颗粒原料包括铁粉或其合金粉中的至少一种。
[0016]将钨粉、钛粉、铌粉、钼粉、铬粉、钒粉、铁(合金)粉、铬(合金)粉中的部分或全部粉末与有机物原料混制均匀，装入模具中，在感应外场中氨气气氛中压力烧结，在其协同作用下，生成相应碳化钛、碳化铬、碳化钼、碳化铌、碳化钨和碳化钒等部分或全部颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1.将陶瓷基增强颗粒原料和金属基连接颗粒原料分别破碎后混匀，得到混合料；S2.将混合料置入模具后，将模具在300
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500Pa的氨气气氛或惰性气体气氛下，置于感应外场中进行压力烧结，烧结压力为160
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200MPa，烧结时间为2
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30min，得到预制体；S3.将预制体置入铸造型腔后，注入温度为1540
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1600℃的高铬铸铁熔液，得到所述高铬铸铁基复合材料。2.如权利要求1所述的一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述预制体的体积&lt;2400cm3时，感应外场的频率为10000
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20000Hz；所述预制体的体积为2400
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5400cm3时，感应外场的频率为5000
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10000Hz；所述预制体的体积为5400
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9600cm3时，感应外场的频率为1000
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5000Hz；所述预制体的体积为9600
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15000cm3时，感应外场的频率为500
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1000Hz；所述预制体的体积为15000
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21600cm3时，感应外场的频率&lt;500Hz。3.如权利要求2所述的一种高铬铸铁基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述预制体的体积&lt;2400cm3时，烧结时间为2
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5min；所述预制体的体积为2400
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5400cm3时，烧结时间为6
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9min；所述预制体的体积为5400
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9600cm3时，烧结时间为10
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13min；所述预制体的体积为9600
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15000cm3时，烧结时间为14
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18min；所述预制体的体积为15000
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21600cm3时，烧结时间为19
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25min。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，郑开宏，罗铁钢，龙骏，陈恒，王海艳，董晓蓉，
申请(专利权)人：广东省科学院材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：