專利名稱：耐火材料模具表面燒結熔融耐磨涂層工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種在耐火材料模具表面燒結熔融耐磨涂層的工藝。
耐火材料模具在使用過程中，經常受到嚴重的磨粒磨損和多次重復的側壓力，其工作條件非常惡劣，不少模具常因磨損或開裂報廢，使用壽命短。因此，耐火材料模具必須具有較高的強度，同時表面硬度必須在HRC63以上。
為了提高耐火材料模具的使用壽命，人們進行了大量的研究工作，在普遍采用的低碳鋼滲碳淬火模具、變質鑄鐵模具的基礎上，進而用高鉻鑄鐵、高鉻合金以及Cr12MoV直接淬火做耐火材料模具，國內外還有的在耐火材料模具表面粘貼一層硬質合金或鋼結硬質合金片，后者雖可大幅度提高耐火材料模具壽命，但因加工或鍛造成型困難，以及成本高等原因，只適合做一些形狀簡單的標普磚模具，加之易脆，不易推廣。本發明者曾發明在耐火材料模具表面噴焊一層含WC自熔合金涂層工藝，它特別適合制造耐火材料模具芯棒，比普通低碳鋼滲碳淬火芯棒壽命高90余倍，但對平板模套等異型模具，由于工藝不易掌握，亦難推廣應用。
本發明的目的是提供一種耐火材料模具表面燒結熔融耐磨涂層工藝，即在各種形狀耐火材料模板、模套以及異形模具表面，燒結熔融一層含WC自熔合金耐磨涂層，使模具表面有極好的耐磨性能，從而大大提高模具的使用壽命。
為了實現上述目的，本發明是在模板四周用厚度為4～5毫米的A3鋼板焊接成一個上部敝開，四周及下部封閉的框架或在模套內表面放一根芯管，并將模套底部與芯管焊在一塊鋼板上，然后將一定量的含WC的鎳基、鐵基或鈷基自熔合金粉末，倒入模框或模套與芯管的夾層內，搖實刮平，放在真空爐內加熱燒結熔融。熔化溫度為1050～1300℃，保溫10～60分鐘，真空度保持在0.133～1.33Pa，保溫后隨爐冷卻。加熱熔融也可以在連續推舟的真空爐內或在有氫氣的保護氣氛爐內進行。經燒結熔融的模板或模套，首先將框架刨去(芯管車掉)，然后進行磨削，就能得到致密的耐磨涂層模板或模套，涂層硬度HRC63～70。
鎳基自熔合金粉末的成分為(重量%)C0.7～1.2%，Cr14～20%，B3～4%，Si3～5%，Fe1～15%，W、Mo0～15%余為Ni。
鐵基自熔合金粉末的成分為(重量%)C0.7～1.2%，Cr15～20%，B3～4%，Si3～5%，Ni8～20%，余為Fe。
鈷基自熔合金粉的成分為(重量%)C0.6～1.0%，Cr10～25%，B2.5～3.5%，Si3～5%，Ni10～30%，余為Co。
碳化鎢粉末中含化合碳5.9～6.12%(重量%)，碳化鎢粉也可以為鎳包碳化鎢粉，其中鎳的含量為5～10%(重量%)，WC粉末粒度為5～20μ。
粉末配制有兩種方法，其一，將20～80%WC粉末與鎳基、鐵基或鈷基自熔合金粉末均勻混合，裝入模框內;其二，先將鎳基、鐵基或鈷基合金放入爐內熔化，霧化前將WC加入爐內，攪拌后立即霧化，得到含有20～50%WC的鎳基、鐵基、鈷基自熔合金粉末。
下面分別敘述模板或模套燒結熔融耐磨涂層的工藝。
模板用厚度為4～5毫米的A3鋼板，在模板四周邊上焊一個上部敝開的框架，框架一般要高出模板上表面7～8毫米，框架與模板周邊要焊密實，不能有孔或未焊密的地方。
將帶有框架的模板進行噴砂，除去焊有框架一面模板表面氧化物，得到清潔、粗糙的表面。
根據涂層設計要求，稱取一定重量和牌號的自熔合金粉，倒入模框內，搖實刮平，然后裝入爐內，抽真空，當真空度達到0.133Pa，就可以升溫，升溫速度為500℃/小時，燒結熔融溫度為1050～1300℃，保溫10～60分鐘，然后隨爐冷卻。
粉末加入量的計算公式為W＝1.1～1.2S×δ×ρ式中S-模板面積，厘米2;
δ-涂層厚度，厘米;
ρ-涂層合金理論密度，克/厘米3。
模板出爐后，先在刨床上刨掉框架，然后進行磨削，磨削工藝見表1、表2和表3。
表1碳化硅砂輪磨削工藝規范
可以采用46＃碳化硅砂輪磨削，最好采用金剛石砂輪磨削。
表2金剛石砂輪磨削規范。
表3金剛石砂輪磨削規范
模套首先確定模套的涂層厚度，然后將模套內孔尺寸車大，車大的尺寸等于設計涂層的厚度，然后將一根合適的壁厚10毫米左右的鋼管車成比模套內孔尺寸小0.1～0.2毫米的芯管，將模套底部與芯管焊在一塊鋼板上，模套與芯管的高度比要求的高，多出的高度應能保證粉末熔化后，內孔涂層高度符合設計要求，可按下列公式計算所需涂層粉末重量W＝π(R2-r2)H，d1……(1)式中W-粉末重量，克;R-模套內孔尺寸+涂層厚度，厘米;
r-模套內孔尺寸，厘米;
H-模套要求高度，厘米;
d1-粉末真密度，克/厘米3。
W＝π(R2-r2)h·d2……(2)式中h-粉末松裝高度，厘米;
d2-粉末松裝密度，厘米;
根據方程式(2)，可求出高度hh= (W)/(π(R2-r2)d2) (厘米)在實際工作中，還應當將模套上部內孔車大一點，補償因留加工余量所需的粉末。
按涂層設計要求，稱取所需排號和重量的粉末，倒入模套與芯管的夾層內，搖實刮平。然后送入真空爐內，抽真空，當真空度達到0.133Pa，以500℃/小時升溫，當溫度達到1050～1300℃時進行保溫，保溫時間10～60分鐘，然后隨爐冷卻。
模套加工首先車掉模套內芯管，然后截去模套上部多余的部分，最后按表4規范進行內圓磨削。
表4內孔涂層磨削工藝規范
涂層性能1、涂層厚度1～8毫米。
2、涂層硬度隨加入碳化鎢的含量、粒度不同，涂層硬度為HR63-70。
3、涂層與基體結合強度大于350MPa。
4、熱膨脹系數如表5所示。
表5 含WC鎳基自熔合金燒結熔融涂層熱膨脹系數(×10-6)
5、耐磨性在真空中燒結熔融含WC自熔合金試樣的耐磨性，比用同一材料采用氧乙炔焰噴焊法制作的耐磨性高。因為在真空中燒結熔融含WC自熔合金粉末時，B、O、Si等元素燒損比噴焊法少，因而硬度高、耐磨性也高。含WC鎳基自熔合金噴焊層的耐磨性如表6所示。
表6含WC鎳基粉末噴焊層與高鉻鑄鐵耐磨性對比表
6、使用壽命比A3鋼滲碳淬火模具使用壽命高50倍以上。
權利要求
1.一種耐火材料模具表面燒結熔融耐磨涂層工藝，其特征是在模板四周用厚度為4～5毫米的A3鋼板焊接成一個上部敝開，四周及下部封閉的框架或在模套內表面放一根芯管，并將模套底部與芯管焊在一塊鋼板上，然后將一定量的含WC的鎳基、鐵基或鈷基自熔合金粉末，倒入模框或模套與芯管的夾層內，搖實刮平，放在真空爐內加熱燒結熔融。熔化溫度為1050～1300℃，保溫10～60分鐘，真空度保持在0.133～1.33Pa，保溫后隨爐冷卻。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特征是鎳基自熔合金粉末的成分為(重量%)C0.7～1.2%，Cr14～20%，B3～4%，Si3～5%，Fe1～15%，W、Mo0～15%，余為Ni。
3.根據權利要求1所述的工藝，其特征是鐵基自熔合金粉末的成份為(重量%)C0.7～1.2%，Cr15～20%，B3～4%，Si3～5%，Ni8～20%，余為Fe。
4.根據權利要求1所述的工藝，其特征是鈷基自熔合金粉末的成分為(重量%)C0.6～1.0%，Cr10～25%，B2.5～3.5%，Si3～5%，Ni10～30%，余為CO。
5.根據權利要求1所述的工藝，其特征是碳化鎢粉末中含化合碳5.9～6.12%(重量%)。
6.根據權利要求1所述的工藝，其特征是碳化鎢粉也可以為鎳包碳化鎢粉，其中鎳含量為(重量%)5～10%。
7.根據權利要求1、2、3、4、5、6所述的工藝，其特征是可將20～80%WC粉末與鎳基、鐵基或鈷基自熔合金粉末均勻混合，裝入模框內。
8.根據權利要求1、2、3、4、5、6所述的工藝，其特征是也可將鎳基、鐵基或鈷基合金放入爐內熔化，在霧化前將WC加入爐內，攪拌后立即霧化，得到含有20～50%的鎳基、鐵基、鈷基自熔合金粉末。
全文摘要
本發明是一種在耐火材料模具表面燒結熔融一層致密、均勻的耐磨涂層工藝。表面涂層材料為含WC的鎳基、鐵基、鈷基自熔合金粉末。涂層厚度為1～8毫米，涂層硬度HRC63～70，與基體的結合強度大于350MPa，使用壽命比一般A
文檔編號B22F7/04GK1035684SQ8810568
公開日1989年9月20日 申請日期1988年3月11日 優先權日1988年3月11日
發明者周玉林, 李平旦 申請人:周玉林, 李平旦