一种高铬白口抗磨铸铁部件与金属部件的连接固定的方法

技术领域

本发明涉及一种铸铁类与其它金属部件之间实现连接的方法，特别涉及一种高铬白口抗磨铸铁与金属部件的连接固定的方法。

背景技术

高铬白口抗磨铸铁材料作为第三代耐磨材料，已经得到广泛使用，由于材料中存在30%左右的碳化物，基体又是以马氏体为主，组织畸变能大，裂纹扩展的有利因素多，一旦有热应力存在，开裂的概率非常高，长期业界对高铬白口抗磨铸铁材料的认识普遍认为，由于在电焊时，热量集中在焊缝处，导致热应力集聚，材料的开裂达到100%，为改善高铬白口抗磨铸铁材料硬而脆、热应力的性能，一般会在制备时添加足量镍、钼等贵重有色金属，但由于这些有色金属成本高、储量低，且并未从根本上改变高铬白口抗磨铸铁的基体晶构，组织畸变能仍较高，铸铁的硬度、韧性值仍未有明显提高，特别是材料的因受热不均匀导致的失效、报废等问题未能明显解决。因此，业界的共识是高铬白口抗磨铸铁材料不宜直接对其电焊操作，是一种不能直接电焊的材料。为解决将该耐磨材料与其它部件结合，使其发挥耐磨的功能，有人提出了一种将高铬白口抗磨铸铁材料通过真空铜钎焊的方法和普通碳钢板焊接起来，再用电焊的方法将上述由高铬白口抗磨铸铁材料和普通碳钢板的双层材料再电焊接装配在矿山机械上使用，达到耐磨的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种高铬白口抗磨铸铁与金属部件的连接固定的方法，可实现对高铬白口抗磨铸铁部件采用电焊直接与其它待连接的金属部件连接固定，并且可大大降低材料成本。本发明的方案如下。

一种高铬白口抗磨铸铁部件与金属部件的连接固定的方法，将高铬白口抗磨铸铁部件采用电焊的方法使其与待连接的金属部件实现连接固定，所述高铬白口抗磨铸铁部件中碳元素的质量占部件总质量的6~10%，镍元素的质量含量<10ppm，钼元素的质量含量<10ppm，且按下述步骤制得，

第（1）步：将按一定比例的碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、粘结剂和造孔剂混合至少20小时；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后再经热处理一定时间得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为25~40%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通未添加镍和钼的高铬白口抗磨铸铁炉料倒入模具腔体中，静置后，通过施加压力的装置合模，保持200~400吨的合模压力一定时间后，再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到高铬白口抗磨铸铁部件。

为提高电焊操作的成品率，实验发现在以下条件下，制得的高铬白口抗磨铸铁部件的更不容开裂：

（1）上述制备高铬白口抗磨铸铁部件步骤的第（1）步中，碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、粘结剂和造孔剂的质量比例为：（6~ 10）：（36~70）:（10~ 50）:（ 0.5~1）:（1 ~ 5）；

（2）上述制备高铬白口抗磨铸铁部件步骤的第（2）步中，热处理温度为1200 ~1300℃，所述热处理一定时间为16~26小时；

（3）上述制备高铬白口抗磨铸铁部件步骤的第（3）步中，静置的时间为至少5秒，保持合模压力的一定时间为5~10秒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、现有高铬白口抗磨铸铁材料的碳含量（质量百分比）一般是2~3.5%，最高为3.8~4.0%。这是因为，如果碳含量再增加，材料中的碳化物（主要是碳3铬7的碳化铬和碳1铬1的碳化铬）含量将超过40%，高铬铸铁就会处于脆性区，不但不耐磨，还容易大面积剥落，不能实用，因此现有的高铬白口抗磨铸铁材料的碳含量在本行业内是有公认的上限极限值。采用本发明的这种高铬白口抗磨铸铁部件，其碳含量达到6%~10%，远超现有高铬白口抗磨铸铁部件碳含量的极限（4%），从本发明材料的金相图表明，材料中由碳和铬形成的碳化物（主要是碳3铬7的碳化铬和碳1铬1的碳化铬）完全颗粒状弥散分布，而这种碳化物与材料的马氏体或奥氏体基体，都是细小颗粒分布，且晶界洁净，晶粒间结合力强，无宏观渣孔和气孔，可大大减弱碳化物对基体的割裂情况；使得本发明材料的热导系数急剧降低，裂纹扩展能急剧降低，从而有效解决了材料的在热量聚集时极易开裂难题，因此可实现对高铬白口抗磨铸铁部件以电焊的方法来实现其与其它待连接的金属部件的连接固定，而不再需要借助其它方法得到复合部件后再与待连接的金属部件来连接，这将极大的促进高铬铸铁的使用，有效扩大了高铬白口抗磨铸铁这种耐磨部件的实际应用范围。

2、本发明采用独特的粉末混合加工成多孔坯体，再利用液锻和浸润的工艺制得的高铬白口抗磨铸铁部件，不仅可做到6%~10%的超高碳含量，并且在制备过程中完全不需要添加镍、钼等有色金属，制得的部件中基本不含镍、钼等有色金属元素，在同等硬度下，同等耐磨性能下，可以取消钼和镍等贵重金属的加入，从而极大的降低了高铬白口抗磨铸铁的材料成本。

附图说明

图1 实施例1的高铬白口抗磨铸铁部件的金相显微图片；

图2 实施例1高铬白口抗磨铸铁部件与钢板的电焊连接实物图。

具体实施方式

采用以下步骤得到高铬白口抗磨铸铁：

第（1）步：碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、粘结剂石蜡和造孔剂塑料颗粒混合20小时，上述物质的质量比为：6:80:10:0.5:0.5；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，于1300℃条件下热处理26小时，得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为35~40%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通未添加镍和钼的高铬白口抗磨铸铁炉料（炉料温度为1400℃）倒入模具腔体中，静置5秒后，通过施加压力的装置合模，保持200吨的合模压力5秒，之后再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到高铬白口抗磨铸铁部件。经检测，该部件各碳元素占部件总质量6%；镍元素的质量含量<10ppm，钼元素的质量含量<10ppm，被认为是杂质的当量存在；部件的洛氏硬度HRC为63，韧性值为6J。将上述制得的高铬白口抗磨铸铁部件用金相显微镜观察，其金相图如图1所示，从中可看出，高铬白口抗磨铸铁，其碳化物呈颗粒状弥散分布于基体中。

测试高铬白口抗磨铸铁部件是否可以直接用电焊与钢板固定连接的实验结果如图2所示，上述制得的高铬白口抗磨铸铁部件1以电焊的方式，与钢板2实现了固定连接，完全达到了本发明的目的。

采用以下步骤得到高铬白口抗磨铸铁：

第（1）步：碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、粘结剂石蜡和造孔剂塑料颗粒混合30小时，上述物质的质量比为：10:45:40:1:1 ；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，于1200℃条件下热处理26小时，得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为25~29%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通未添加镍和钼的高铬白口抗磨铸铁炉料（炉料温度为1400℃）倒入模具腔体中，静置8秒后，通过施加压力的装置合模，保持200吨的合模压力10秒，之后再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到高铬白口抗磨铸铁部件。经检测，该部件各碳元素占部件总质量10%，镍元素的质量含量<10ppm，钼元素的质量含量<10ppm，被认为是杂质的当量存在；部件的洛氏硬度HRC为66，韧性值为5J。

在料槽上，采用上述制得的高铬白口抗磨铸铁部件直接用电焊将高铬铸铁部件固定在上需要的抵抗磨损的部位实现了将高铬铸铁部件与的连接固定，以达到增强的抗磨的目的。

采用以下步骤得到高铬白口抗磨铸铁：

第（1）步：碳粉、铁粉、高碳铬铁粉、粘结剂石蜡和造孔剂塑料颗粒混合30小时，上述物质的质量比为：7:58:29:1:2 ；

第（2）步：将第（1）步混合后的粉末置于模具中压制后，于1200℃条件下热处理16小时，得到多孔坯体，所述多孔坯体的孔隙率为30~32%；

第（3）步：将第（2）步制得的多孔坯体放置于液锻模具中，将预先熔化的呈完全液态的普通未添加镍和钼的高铬白口抗磨铸铁炉料（炉料温度为1400℃）倒入模具腔体中，静置10秒后，通过施加压力的装置合模，保持200吨的合模压力8秒，之后再向其施加至少800吨的压力，直至模具内液态的高铬铸铁炉料凝固，再冷却至室温后，从模具中取出，得到高铬白口抗磨铸铁部件。经检测，该部件各碳元素占部件总质量7%，，镍元素的质量含量<10ppm，钼元素的质量含量<10ppm，被认为是杂质的当量存在；部件的洛氏硬度HRC为62，韧性值为7J。

在工程机械上，采用上述制得的高铬白口抗磨铸铁部件直接用电焊将高铬铸铁部件固定在上需要的抵抗磨损的部位，实现了将高铬铸铁部件与的连接固定，以达到增强的抗磨的目的。