CN101912958A - 一种沉沙咀的原位合成复合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种沉沙咀的原位合成复合方法。该复合方法包括以下步骤：把钛丝编织成钛丝网卷制或叠加成多层，制成符合沉沙咀形状的网状立体骨架结构；按照铸造工艺要求制作铸型，把钛丝立体网状骨架预置在铸型型腔中；冶炼铸铁，得到液态铸铁浇入铸型中，液态铸铁充满网状立体骨架的空隙，冷却清理后得到钛丝网状立体骨架固定于金属基体中的钛丝-铸铁二元材料预制体；把钛丝-铸铁二元材料预制体置入热处理炉，加温到碳化物形成温度进行保温，生成高微观硬度的碳化钛颗粒，获得碳化钛颗粒增强铸铁基复合沉沙咀。该沉沙咀充分发挥了碳化钛硬质相的高耐磨性能和铸铁的良好韧性，调控方便，工艺可靠，可广泛应用于矿山采选领域。
Description
技术领域
本发明属于矿山采选装备制造技术领域，特别是一种沉沙咀的原位合成复合方法。
背景技术
矿山浮选领域分级、分离的旋流器在运行时，固-液二相流做强烈的旋转运动，由于下沉的矿料尺寸粗大，对旋流器底部的沉沙咀有剧烈的冲击和磨损作用。这不仅会缩短沉沙咀的使用寿命，增加停工检修次数，影响生产线的连续作业，而且会由于关键部位尺寸改变而改变底流量，从而恶化运行效果。因此旋流器底部的沉沙咀对耐磨性和抗冲击性要求较高，一般采用高性能耐磨材料做内衬。通常制作沉沙咀内衬的材料有合金铸铁、陶瓷和聚氨酯材料。合金铸铁内衬旋流器耐磨性较差，其使用寿命较短。陶瓷内衬旋流器重量轻，磨性也较好，但由于陶瓷是脆性材料，容易在运输、安装、使用过程中受冲击而发生碎裂报废，在运行过程中受到大尺寸物料冲击的情况下，陶瓷内衬将会碎裂而堵塞旋流器，另外陶瓷内衬需要经过高温烧结，生产工艺复杂、质量不稳定。聚氨酯内衬由于重量轻，成形性好，耐腐性和耐磨性较高而在近年来有所应用，但使用中发现，聚氨酯内衬在输送细小颗粒的物料时，使用效果较好，当物料中存在大颗粒尖锐棱角的颗粒时，由于固液二相流运动速度高，将受到高应力冲击，容易造成聚氨酯内衬变形，甚至成片撕裂，因而不但影响旋流器的分级、分离效果，而且严重时碎片还会堵塞旋流器，从而造成停产。综上所述，目前所见的材料还无法满足沉沙咀对强度、韧性、耐磨性等各方面的综合性能要求，必须开发出新型的复合材料来生产复合沉沙咀，才能满足选矿行业对沉沙嘴的生产实际需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种沉沙咀的原位合成复合方法，该方法不仅可以在沉沙咀工作表面进行局部复合，也可以在整个沉沙咀的厚度上进行整体复合，可以把沉沙咀的耐磨性提高6倍左右。
本发明的技术方案为：
1)用钛丝编织钛丝网；
2)将钛丝网卷制或裁剪叠加成多层，预制成符合沉沙咀形状的网状立体骨架结构；
3)把预制成网状立体骨架进行酸洗去掉油污杂物；
4)按铸造工艺要求制作铸型；
5)将预制的钛丝网状立体骨架放入铸型；
6)冶炼铸铁，得到液态铸铁；
7)把液态铸铁浇入铸型，获得钛丝-铸铁二元材料预制体；
8)冷却清理后把钛丝-铸铁二元材料预制体置入热处理炉；
9)在碳化物形成温度下保温；
10)随炉冷却后出炉，即制成碳化钛增强铸铁基复合沉沙咀。
所述钛丝直径为0.1～2.5mm；
所述钛丝网编织成单层或多层，钛丝间距为0.2～10mm。
所述步骤2)中，根据沉沙咀的尺寸和规格来制作钛丝网立体骨架结构，骨架厚度可以是沉沙咀厚度的局部或等厚度。
所述铸铁是指灰口铸铁或球墨铸铁。
所述步骤9)碳化物形成温度为1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过该方法在铸铁基体中形成大量原位反应生成的碳化钛硬质相，在铸铁基体中弥散均匀分布，并与铸铁有效结合为一体，增强相界面清洁无污染，结合强度高，可充分发挥硬质相的高耐磨特性，也保留了基体金属的良好韧性，从而达到最佳的性能匹配，该工艺不仅可以在沉沙咀工作表面进行局部复合，也可以在整个沉沙咀的厚度上进行整体复合，可以把沉沙咀的耐磨性提高6倍左右。
1、通过铸渗的原理，把钛丝立体网状骨架固定在铸铁基体中制作成预制体，保证了碳化物形成元素钛在基体中的均匀性。
2、在热处理炉中，通过1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min，使钛原子进行中长程的充分扩散，弥散到铸铁基体中，并与铸铁中的碳原子发生原位反应，自然生成碳化钛硬质相颗粒，由于1080℃～1350℃温度区低于铸铁的液化温度，因此钛原子的扩散属于固态扩散，碳化钛也是在固态下原位反应生成的，避免了碳化钛与基体金属比重差异造成的漂浮和偏析，解决了硬质相难以弥散且均匀分布的复合材料制备难题，并且可以使全部钛参与原位反应生成碳化钛。
3、碳化钛硬质相属于内部原位化学反应生成，所以碳化钛颗粒的界面洁净无污染，与铸铁基体结合成一体，具有良好的界面结合效果，避免了外加硬质颗粒等传统复合材料复合工艺上的增强相界面弱化问题，获得的复合材料既保留了铸铁的良好韧性，又有了碳化钛硬质相的高耐磨性，进一步提升了材料的磨损寿命。
4、根据零件的需要，既可以把钛丝网放置于铸型的局部，浇注铸铁后获得局部耐磨的零件，复合层厚度可根据工况要求任意调整；也可以把钛丝网放置于整个铸型型腔中，浇注铸铁后获得整体耐磨的沉沙咀，工艺可控性强。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为局部预置钛丝网的铸型截面示意图；
图3是局部复合材料沉沙咀结构剖视图；
图4是整体复合材料沉沙咀结构剖视图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1：制作局部复合材料沉沙咀
(1)用2mm钛丝编织钛丝网1，钛丝间距为10mm；
(2)钛丝网1裁剪、叠加、卷制成沉沙咀形状，叠加厚度为沉沙咀总厚度的1/3；
(3)把钛丝网1进行酸洗；
(4)按铸造工艺要求制作铸型2；
(5)把钛丝网1放置入铸型2型腔；
(6)冶炼铸铁3，得到液态铸铁；
(7)把液态铸铁3浇入铸型，获得钛丝-铸铁二元材料预制体；
(8)冷却脱型清理后，把钛丝-铸铁二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在1150℃温度下保温90min；
(10)随炉冷却后出炉，即得到表面1/3厚度上有碳化钛4增强的局部铸铁基复合材料沉沙咀5。
实施例2：制作整体复合材料沉沙咀
(1)用0.5mm钛丝编织钛丝网1，钛丝间距为2mm；
(2)钛丝网1裁剪、叠加、卷制成沉沙咀形状；
(3)把钛丝网1进行酸洗；
(4)按铸造工艺要求制作铸型2；
(5)把钛丝网1放置入铸型2型腔；
(6)冶炼铸铁3，得到液态铸铁；
(7)把液态铸铁3浇入铸型，获得钛丝-铸铁二元材料预制体；
(8)冷却脱型清理后，把钛丝-铸铁二元材料预制体置入热处理炉；
(9)在1300℃温度下保温60min；
(10)随炉冷却后出炉，即得到整体碳化钛4增强铸铁基复合材料沉沙咀5。
Claims (7)
1.一种沉沙咀的原位合成复合方法，其特征在于：该复合方法按以下步骤进行：
1)用钛丝编织钛丝网；
2)将钛丝网卷制或叠加成多层，预制成符合沉沙咀形状的网状立体骨架结构；
3)按铸造工艺要求制作铸型；
4)将预制的钛丝网状立体骨架放入铸型；
5)把液态铸铁浇入铸型，获得钛丝-铸铁二元材料预制体；
6)冷却清理后把钛丝-铸铁二元材料预制体置入热处理炉；
7)在碳化物形成温度下保温；
8)随炉冷却后出炉，即制成碳化钛增强铸铁基复合沉沙咀。
2.根据权利要求1所述的沉沙咀的原位合成复合方法，其特征在于：所述钛丝直径为0.1～2.5mm。
3.根据权利要求1所述的沉沙咀的原位合成复合方法，其特征在于：所述网状立体骨架厚度是沉沙咀厚度的一部分，或等于沉沙咀的厚度。
4.根据权利要求1所述的沉沙咀的原位合成复合方法，其特征在于：所述钛丝网钛丝间距为0.2～10mm。
5.根据权利要求1所述的沉沙咀的原位合成复合方法，其特征在于：所述步骤7)碳化物形成温度为1080℃～1350℃，保温时间为30min～120min。
6.根据权利要求1所述的沉沙咀的原位合成复合方法，其特征在于：所述铸铁是指灰口铸铁或球墨铸铁。
7.一种用权利要求1所述的沉沙咀的原位合成复合方法制成的碳化钛增强铸铁基复合沉沙咀。
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