[发明专利]铁基复合材料的制备方法

说明书

本发明是：申请号为201010617087.9，申请日为2010.12.31，名称为“铁基复合材料及铁基复合材料的制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料的制备方法，尤其涉及一种原位(Nb,V)C增强铁基复合材料的制备方法。

背景技术

MC型碳化物增强金属基复合材料具有高比强度、高比模量、高耐磨性和耐高温等优点，是目前国内外耐磨复合材料的一个重点研究方向。MC型碳化物增强金属基复合材料中的MC型碳化物增强相主要为IVA～VIA族元素的碳化物，这些碳化物热力学稳定，具有高熔点、高硬度，可有效地强化金属基体。然而，不同增强相元素对不同基体的增强效果差异很大。目前公开的大部分研究均是着眼于金属基复合材料硬度或耐磨性的改善，而金属基复合材料在铸造性能、切削加工性能、塑性等方面的表现都还不是十分的理想，普遍存在脆性大、难以成型和不易切削加工等缺点，使金属基复合材料的应用范围和领域受到了极大的限制。

另外，据申请人了解，目前金属基复合材料的铸件的制备方法有多种，如铸造法、粉末冶金法、高温自蔓延法等。按其增强相的形成方式主要有外加增强体法和原位合成增强体法两种，其中原位合成增强体法是通过原位铸造法，使碳化物元素在高温熔体发生碳化反应，从而制得具有高强度、高耐磨的增强相复合材料。已公开的大部分原位铸造法只是简单地采用了现有普通碳钢的熔炼、浇注工艺，并没有针对所设计的金属基复合材料的具体特点而采用特定的工艺，热处理工艺复杂，因而，在原料的选择及配比、熔炼及热处理工艺等方面还有改进和优化的空间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种优化改进的铁基复合材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种铁基复合材料的制备方法，所述铁基复合材料的增强相为由Nb、V和C原子原位合成的碳化物固溶体(Nb,V)C，以质量百分数计，所述铁基复合材料含有2.75%～6.60%的Nb和1.50%～3.6%的V和适量的C，所述C的含量至少能保证使所述Nb和所述V均完全生成碳化物，其余固溶于铁基体中的C的含量不超过0.5%，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、根据所述碳化物固溶体(Nb,V)C增强相的组成，计算并称取所需要加入的铌铁合金、钒铁合金、石墨增碳剂和铁基体原料；

步骤二、将石墨增碳剂加入到中频感应电炉，再将铁基体原料压在石墨增碳剂上通电熔化；

待炉料全部熔清后，先加入铝脱氧，静置片刻并扒渣；然后在钢液处于电磁搅拌的状态下加入粒度为1～5mm的铌铁合金、钒铁合金，所述铝的加入量为未加铌铁合金、钒铁合金前钢液总质量的0.1～0.15%；

加入后用造渣剂覆盖液面，将温度升到1520～1560℃，并保温5～8min；

然后将温度升到1600～1650℃，加入稀土硅铁合金进行变质处理或加入铝进行终脱氧，所述稀土硅铁合金的加入量为铌铁合金、钒铁合金加入后钢液总质量的0.2%～0.4%；所述铝在终脱氧时的加入量为铌铁、钒铁合金加入后钢液总质量的0.08～0.10%；

然后扒渣出炉浇注；制得铁基复合材料铸件。

步骤三、对步骤二制得的铁基复合材料铸件进行热处理，其热处理工艺为将铁基复合材料铸件加热至900～950℃并保温1.5～2h后，出炉自然冷却。

优选的，所述稀土硅铁合金为FeSiRE26。

优选的，以质量百分数计，所述铁基复合材料用于生成碳化物的C为0.75%～1.8%。

优选的，所述铁基复合材料中Nb与V的原子数比范围为0.6：1～1：0.6。

优选的，所述铁基复合材料中Nb与V的原子数比为1：1。

优选的，所述铁基复合材料的碳化物固溶体(Nb,V)C增强相的体积百分数为5～12%。

优选的，所述铁基体原料为低碳钢、铸造生铁、工业纯铁、低合金钢的一种或多种混合。

优选的，所述步骤一中，所述石墨增碳剂的加入量以至少保证其与Nb、V完全反应生成NbC、VC，且包含一定烧损量在内，所述增碳剂的烧损量以5%-10%计。