專利名稱：一種復(fù)合耐磨管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物料輸送管道系統(tǒng)中的耐磨管的制備，特別是一種復(fù)合耐磨 管的制備方法，該方法制備的復(fù)合耐磨管，其中含有柱狀硬質(zhì)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了耐 磨性與強(qiáng)韌性的有機(jī)統(tǒng)一，使得耐磨管的整體性能顯著提高。
背景技術(shù)：
在礦山、冶金、電力、煤炭等行業(yè)中，物料的遠(yuǎn)距離強(qiáng)力輸送非常普遍， 輸送管道既要承受很大的壓力，又要經(jīng)受嚴(yán)重的磨損，這就對(duì)輸送管道材料 提出了很高的要求，應(yīng)同時(shí)具有優(yōu)異的耐磨性能和高的強(qiáng)韌性能。單一材料 顯然無法克服耐磨性與強(qiáng)韌性這一對(duì)矛盾。這種管道經(jīng)過一段時(shí)間的使用后 其內(nèi)壁不間斷地受到輸送物料的碰撞和摩擦，從而導(dǎo)致管道實(shí)效。使用壽命 短、更換頻繁是單一材料管道難以克服的缺點(diǎn)。因此，必須采用復(fù)合材料才 有可能適應(yīng)物料輸送的嚴(yán)酷工況。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種復(fù) 合耐磨管的制備方法，采用該方法制備的復(fù)合耐磨管，其中含有高強(qiáng)韌、高 耐磨的柱狀硬質(zhì)點(diǎn)，該柱狀硬質(zhì)相在基體內(nèi)原位生成，并與基體形成冶金結(jié) 合，使復(fù)合耐磨管既具有基體金屬的高強(qiáng)度和高韌性，又具有硬質(zhì)相的高硬 度和高抗磨性，能夠同時(shí)承受高壓和強(qiáng)烈磨損，具有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉 的特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 一種復(fù)合耐磨管的制備方法，其特征在于，該方法將合金粉芯棒材扎 制成捆，布置于耐磨管的鑄型型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占耐磨管總體積的20% 60%，然后把熔化的基體金屬液澆入耐磨管的鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬 的熱作用下，合金粉芯棒材發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元 素與基體金屬液產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后 冷卻凝固形成棒狀硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性 高強(qiáng)度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐 磨管。
本發(fā)明制備的復(fù)合耐磨管具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 由于采用合金粉芯棒材，內(nèi)部填充合金粉末，在基體金屬液的高溫 作用下，合金粉芯棒材中的合金粉末燒結(jié)、溶解、擴(kuò)散，與基體金屬液發(fā)生 冶金化合反應(yīng)，同時(shí)由于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了 結(jié)晶過程，阻礙了合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而使合金元素在原位富集，晶 粒顯著細(xì)化，析出大量彌散的高硬度的硬質(zhì)化合物，凝固后便形成了鑲嵌在 基體金屬中的宏觀上呈棒狀的硬質(zhì)相，并與基體金屬形成良好的冶金過渡結(jié) 合，界面結(jié)合牢固，解決了硬質(zhì)相脫落、碎裂的難題，耐磨性與韌性有機(jī)統(tǒng) 一，整體性能顯著提高。
2、 合金粉末可根據(jù)工件的使用要求進(jìn)行配比，成分可調(diào)，適應(yīng)范圍廣。
3、 由于合金粉芯棒材不含粘結(jié)劑等雜質(zhì)，因此不會(huì)產(chǎn)生夾渣、氣孔等 缺陷，內(nèi)部組織優(yōu)良。
4、 本發(fā)明的復(fù)合成型工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，便于 大規(guī)模生產(chǎn)。
5、 柱狀硬質(zhì)點(diǎn)為整體原位反應(yīng)生成，避免其他機(jī)械復(fù)合工藝過程中的 常常出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象和使用過程中的脫落現(xiàn)象。
6、 根據(jù)管道使用工況，柱狀硬質(zhì)點(diǎn)在基體中的比例可調(diào)，并分布均勻；
7、 根據(jù)管道的結(jié)構(gòu)形式，可以制備直管、彎管、三通管、四通管以及 異型管等，并實(shí)現(xiàn)區(qū)域復(fù)合、表面復(fù)合或整體復(fù)合；8、根據(jù)輸送介質(zhì)，可調(diào)整柱狀硬質(zhì)點(diǎn)的直徑大小和分布間距，適應(yīng)不 同行業(yè)的需求。


圖l是本發(fā)明的復(fù)合耐磨管制備示意圖； 圖2是復(fù)合耐磨管結(jié)構(gòu)主視圖(剖視圖)； 圖3是復(fù)合耐磨管結(jié)構(gòu)俯視圖(剖視圖)。 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參見附圖，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，選擇一定直徑和合金粉末配比的合 金粉芯棒材l扎制成捆，在合金粉芯棒材l的芯部裝入合金粉末，布置于耐磨 管的鑄型型腔內(nèi)，然后將熔化的基體金屬液3澆入外模型管與內(nèi)模型管之間 的鑄型2的型腔內(nèi)，基體金屬液3對(duì)合金粉芯棒1進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至 溶解，大量合金元素與基體金屬液3產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，合金粉芯棒材l中的 合金粉金屬元素在基體金屬液中進(jìn)行短程擴(kuò)散，在原位生成高度彌散的合金 組織，在基體金屬中形成冶金結(jié)合的高硬度棒狀硬質(zhì)點(diǎn)4，形成以高韌性高 強(qiáng)度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨 管。
上述合金粉芯棒材l直徑為01mm ①5mm，其外皮為低碳鋼管壁厚為 0.1 lmm，芯部為粒度為50 200目的合金粉末。
上述合金粉芯棒材l芯部的合金粉末由高碳鉻鐵粉構(gòu)成，根據(jù)需要可添 加鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉等合金粉。
合金粉末也可以由碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅、氮化鈦 粉末中的一種或幾種構(gòu)成。
基體金屬3是高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公知的 鑄鋼或鑄鐵中的一種。以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。 實(shí)施例l:制備高鉻合金為硬質(zhì)相、A3鋼為基體的棒狀復(fù)合耐磨管
1、 選用3mm直徑的合金粉芯棒材l，裝入的合金粉末為高碳鉻鐵粉， 粒度100 150目，裁剪成與管壁厚相同的高度；
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作復(fù)合耐磨管鑄型2，耐磨管的鑄 型2包括外模型管和內(nèi)模型管，外模型管的內(nèi)壁及內(nèi)模型管的外壁均涂刷耐 火涂料；
3、 將合金粉芯棒材1按照占耐磨管體積的50%的比例，布置于耐磨管 的鑄型型腔中；
4、 選用A3鋼作為基體金屬3，用中頻爐冶煉熔化后，達(dá)到160(TC出爐， 將鋼液澆入耐磨管鑄型2的型腔內(nèi)，注滿為止；
5、 室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制成高 鉻合金為棒狀硬質(zhì)相(4) 、 A3鋼為基體金屬(3)的復(fù)合耐磨管。
當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際需要，合金粉末也可以選擇高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵 粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
實(shí)施例2:制備碳化鎢為硬質(zhì)相、A3鋼為基體的棒狀復(fù)合耐磨管
1、 選用5mm直徑的合金粉芯棒材1，裝入的合金粉末為碳化鎢合金粉， 粒度150目，裁剪成與管壁厚度相同的長(zhǎng)度；
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作耐磨管鑄型2，耐磨管鑄型2包括 外模型管和內(nèi)模型管，外模型管的內(nèi)壁及內(nèi)模型管的外壁均涂刷耐火涂料；
3、 將合金粉芯棒材1按照占耐磨管體積的40%的比例，預(yù)置在耐磨管 鑄型2的型腔內(nèi)，耐磨管的鑄型包括外模型管和內(nèi)模型管，外模型管的內(nèi)壁 及內(nèi)模型管的外壁均涂刷耐火涂料；
4、 選用A3鋼作為基體金屬3，用中頻爐冶煉熔化后，達(dá)到160(TC出爐， 將鋼液澆入鑄型2的型腔內(nèi)，注滿為止；5、室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制成碳 化鎢為棒狀硬質(zhì)相4、 A3鋼組織為基體組織3的復(fù)合耐磨管。 實(shí)施例3:制備碳化鉤為硬質(zhì)相、高錳鋼為基體的棒狀復(fù)合耐磨管
1、 選用3mm直徑的合金粉芯棒材l，合金粉末為碳化鎢合金粉，粒度 50~80目，裁剪成與管壁厚度相同的長(zhǎng)度；
2、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作耐磨管鑄型2，耐磨管鑄型2包 括外模型管和內(nèi)模型管，外模型管的內(nèi)壁及內(nèi)模型管的外壁均涂刷耐火涂 料；
3、 將合金粉芯棒材1，按照占耐磨管體積的60%的比例，預(yù)置在耐磨 管鑄型型腔內(nèi)；
4、 選用高錳鋼Mnl3作為基體金屬3，用中頻爐冶煉熔化后，達(dá)到1650 "C出爐，將鋼液澆入鑄型2的型腔內(nèi)，注滿為止；
5、 室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制成碳 化鎢為棒狀硬質(zhì)相4、高錳鋼組織為基體組織3的復(fù)合耐磨管。
上述實(shí)施例2、 3中，按照不同的需求，合金粉末還可以選擇碳化硅、碳 化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
上述實(shí)施例中，按照不同的需求，基體金屬3還可以選擇灰口鑄鐵或球 墨鑄鐵，均能夠制成合格的復(fù)合耐磨管。
當(dāng)然，采用本發(fā)明的方法，可以制備不同形狀、不同管徑及不同壁厚的 高性能柱狀硬質(zhì)點(diǎn)復(fù)合耐磨管，如直管、彎管、三通管、四通管或常規(guī)的各 種異型管，制備的復(fù)合耐磨管既具有基體金屬的高強(qiáng)度和高韌性，又具有硬 質(zhì)相的高硬度和高抗磨性，能夠同時(shí)承受高壓和強(qiáng)烈磨損，使用壽命能夠提 高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上、其制備方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合耐磨管的制備方法，其特征在于，該方法將合金粉芯棒材扎制成捆，布置于耐磨管的鑄型型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占耐磨管總體積的20％～60％，然后把熔化的基體金屬液澆入耐磨管的鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬的熱作用下，合金粉芯棒材發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素與基體金屬液產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后冷卻凝固形成棒狀硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性高強(qiáng)度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨管。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯棒材為直 徑①lmm 05mm，壁厚0.1 0.5mm的低碳鋼管，芯部灌裝有粒度為50目~200 目的合金粉末。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為碳化鎢、 碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為高碳鉻 鐵粉，或者是高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基體金屬是鑄鋼或 鑄鐵。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鋼是高錳鋼、低 碳鋼或合金鋼。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鐵是灰口鑄鐵或 球墨鑄鐵。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的復(fù)合耐磨管為直管、 彎管、三通管、四通管或常規(guī)的各種異型管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合耐磨管的制備方法，該方法將合金粉芯棒材扎制成捆，布置于耐磨管鑄型型腔內(nèi)，合金粉芯棒材捆占耐磨管總體積的20％～60％，然后把熔化的基體金屬澆入鑄型型腔內(nèi)，在基體金屬的熱作用下，合金粉芯棒材發(fā)生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素與基體金屬液產(chǎn)生冶金化合反應(yīng)，在原位生成高度彌散的合金組織，最后冷卻凝固形成棒狀硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，制成以高韌性高強(qiáng)度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量的冶金結(jié)合的棒狀高硬度質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合耐磨管。既具有基體金屬的高強(qiáng)度和高韌性，又具有硬質(zhì)相的高硬度和高抗磨性，能夠同時(shí)承受高壓和強(qiáng)烈磨損，具有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D19/08GK101433953SQ20081023249
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 宏 武, 牛立斌, 王永平, 許云華 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)