CN104652184A - 一种复合耐磨耙齿及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合耐磨耙齿及其制备方法和应用，属于零部件制备技术领域；本发明所述复合耐磨耙齿包括齿头和齿柄，所述的齿头内部为金属基体，外表面包覆着一层陶瓷颗粒金属复合材料，齿柄成分为金属基体，端部有定位销，该复合耐磨耙齿由压力铸造一体成型，可用于铁道维护用清筛车和耙斗装岩机耙齿零部件等领域。该复合耐磨耙齿避免了普通耙齿制作工艺复杂，成本高、易磨损等劣势，通过压力铸造而成，一体成型，工艺简单，价格低廉，组织致密无缺陷，齿头具有优良的耐磨和耐冲击性能，使用效果好，显著延长了使用寿命，与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合耐磨耙齿及其制备方法和应用，属于零部件制备技术领域。
背景技术
铁道维护用清筛车主要用于铁路道床石渣清筛疏松后回填作业，耙斗装岩机是一种采矿重要设备，用于挖掘和掘进，耙齿是这两种设备中重要的零部件之一，也是一些矿山机械和养路机械的重要零部件，耙齿的好坏决定着此类设备工作效率的快慢。耙齿在不同的工作条件下服役受到不同程度的磨损和冲击而发生不同程度、不同形式的失效，而陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有优异的耐磨性和耐冲击性能，广泛用于矿山机械中。
中国发明专利CN102146645A涉及到一种铁道清筛车耐磨耙齿，该耙齿所述基体由耙柄和齿座构成，所述齿座的前端具有圆凹，所述圆凹内***具有锥尖形状的硬质合金齿尖的大端，相互之间连接固定。该发明的硬质合金齿尖成本较高，硬质合金齿尖和齿座通过机械连接固定，长期受到冲击作用时硬质合金齿尖容易脱落。
中国发明专利CN202017487U涉及到一种用于耙斗装岩机新型耐磨复合材料的耙齿，其特征在于齿套是由一种耐磨高强度的合金材料构成，具体采用的是弹簧钢+铸钢件+焊接结构工艺。该方法通过焊接工艺将合金材料的齿套连接在耙齿上，焊接过程中会产生各种本身的缺陷，造成合金材料脱落和磨损加剧的可能，起不到耐磨，延长使用寿命的效果，而且实际生产操作过程中比较复杂，成本也较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是耙齿在恶劣的工作条件下服役受到不同程度的磨损和冲击而发生不同程度、不同形式的失效。
本发明的目的是提供一种复合耐磨耙齿，包括齿头1和齿柄2，所述复合耐磨耙齿的齿头1有金属基体3和外表面包覆的陶瓷颗粒金属复合层4构成，齿柄2的端部有定位销5。
本发明所述陶瓷颗粒金属复合层4的厚度为5mm-15mm。
本发明所述陶瓷颗粒金属复合层中陶瓷颗粒所占体积分数为20%~60%。
本发明所述陶瓷颗粒为A12O3、WC、ZrO2、SiO2、SiC、B4C、Si3N4、TiN、TiB2中的一种或几种，其颗粒粒径为40~120目。
本发明所述齿头1的内部和齿柄2的材质为碳钢，高锰钢或者高铬铸铁。
本发明的另一目的是提供所述复合耐磨耙齿的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将陶瓷颗粒与粘接剂按粘接剂占陶瓷颗粒质量百分比为3%~8%的比例混合均匀后填充到锥型的模具中，经过干燥、脱模，然后在100℃~500℃真空焙烧30~120min，随炉冷却后获得锥型陶瓷颗粒预制体；
（2）将陶瓷颗粒预制体在真空炉中预热到500℃~1000℃，并将压力铸造模具预热到500℃，预制体出炉后快速置于压力铸造模具中，浇注金属液，采用压力铸造，使得金属液浸渗到陶瓷颗粒球之间的间隙中得到复合耙齿铸件；
（3）取模后，车出齿柄，并钻出定位销得到复合耙齿。
本发明步骤（1）所述混合过程可以在球磨机中进行，混合时间为30 ~120min。
本发明步骤（1）中所述粘接剂为水玻璃溶液、硅溶胶、偏磷酸铝溶液、聚乙烯醇溶液一种或几种。
本发明步骤（3）中所述压力铸造过程中的压力为30~70Mpa。
本发明所述的复合耐磨耙齿用于铁道维护用清筛车或者耙斗装岩机的耙齿零部件。
本发明的有益效果为：
（1）所述复合耐磨耙齿中的陶瓷颗粒相比硬质合金，价格低廉，且此耙齿在不同的冲击和磨损工况下都有较高的应用的能力，使用效果好，可以大大提高其耐磨耐冲击性能、增加使用寿命；
（2）采用压力铸造方法制备的陶瓷金属复合耐磨耙齿，对陶瓷颗粒和金属基体间的润湿性能没有特别要求，基体组织致密，综合机械性能都比普通铸造好，而且是一体成型，工艺较为简单，适合工业化生产。
附图说明
图1本发明所述复合耐磨耙齿的结构示意图；
图2本发明制备预制体的工艺流程图；
图3本发明所述复合耐磨耙齿成型工艺流程图。
图中：1-齿头；2-齿柄；3-金属基体；4-陶瓷颗粒金属复合层；5-定位销；6-锥型模具；7-锥型陶瓷颗粒预制体；8-压力铸造模具；9-压力；10-复合耙齿铸件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例提供A12O3 _高铬铸铁复合耐磨耙齿，所述复合耐磨耙齿的齿头1由金属基体4（高铬铸铁）和外表面包覆的陶瓷颗粒金属复合层3（A12O3）构成，齿柄2的端部有定位销5；陶瓷颗粒金属复合层3的厚度为15mm；陶瓷颗粒金属复合层中陶瓷颗粒所占体积分数为20%，如图1所示。
本实施例所述A12O3 _高铬铸铁复合耐磨耙齿的制备方法如下：
（1）预制体的制备：将40-60目的A12O3陶瓷颗粒与水玻璃溶液（水玻璃溶液的质量为A12O3陶瓷颗粒质量的4%）在球磨机中混合60min，填充到锥型模具6中，经过24小时干燥、脱模，在500℃真空焙烧60min，随炉冷却，获得具有较好强度的锥型陶瓷颗粒预制体7，如图2所示。
（2）压力铸造：提前将做好的预制体在真空炉中预热到800℃，并将压力铸造模具8预热到500℃，预制体出炉后快速置于压力铸造模具中，浇注高铬铸铁金属液，采用30MPa的压力9，使得高铬铸铁金属液浸渗到A12O3陶瓷颗粒间隙中，得到A12O3 _高铬铸铁复合耙齿铸件10，如图3所示。
（3）机加工：取模后，车出齿柄，并钻出定位销，得到A12O3 _高铬铸铁复合耙齿，如图1所示。
本实施例制备得到的A12O3 _高铬铸铁复合耙齿强度耐磨性比普通高铬铸铁耐磨性提高了4倍左右，洛氏硬度提高了25%左右，表面具有良好的耐磨耐冲击性，内部保持了基体的塑性。
实施例2
本实施例提供SiC_Mn13复合耐磨耙齿，所述复合耐磨耙齿的齿头1由金属基体3（Mn13）和外表面包覆的陶瓷颗粒金属复合层4（SiC）构成，齿柄2的端部有定位销5；陶瓷颗粒金属复合层4的厚度为10mm；陶瓷颗粒金属复合层中陶瓷颗粒所占体积分数为40%，如图1所示。
本实施所述SiC_Mn13复合耐磨耙齿的制备方法如下：
（1）预制体的制备：将80-90目的SiC陶瓷颗粒与6%的硅溶胶（硅溶胶的质量为SiC陶瓷颗粒质量的6%）在球磨机中混合2小时，填充到锥型模具6中，经过24小时干燥，脱模，在200℃真空焙烧2小时，随炉冷却，获得具有较好强度的锥型陶瓷颗粒预制体7，如图2所示。
（2）压力铸造：提前将做好的预制体在真空炉中预热到900℃，并将压力铸造模具8预热到500℃，预制体出炉后快速置于压力铸造模具中，浇注Mn13金属液，采用50MPa的压力9，使得Mn13金属液浸渗到SiC陶瓷颗粒间隙中，得到SiC_Mn13复合耙齿铸件10，如图3所示。
（3）机加工：取模后，车出齿柄，并钻出定位销，得到SiC_Mn13复合耙齿，如图1所示。
本实施例制备得到的SiC_Mn13复合耙齿强度耐磨性比普通铸造Mn13耐磨性提高了2.5倍左右，洛氏硬度提高了42%左右，表面具有良好的耐磨性和耐冲击性，内部保持了基体的塑性。
实施例3
本实施例提供WC_45钢复合耐磨耙齿，所述复合耐磨耙齿的齿头1由金属基体3（45钢）和外表面包覆的陶瓷颗粒金属复合层4（WC）构成，齿柄2的端部有定位销5；陶瓷颗粒金属复合层4的厚度为8mm；陶瓷颗粒金属复合层中陶瓷颗粒所占体积分数为50%，如图1所示。
本实施所述WC_45钢复合耐磨耙齿的制备方法如下：
（1）预制体的制备：将80-100目的WC陶瓷颗粒与6%的偏磷酸铝（偏磷酸铝的质量为WC陶瓷颗粒质量的6%）在球磨机中混合1.5小时，填充到锥型模具6中，经过24小时干燥，脱模，在300℃真空焙烧1.5小时，随炉冷却，获得具有较好强度的锥型陶瓷颗粒预制体7，如图2所示。
（2）压力铸造：提前将做好的预制体在真空炉中预热到700℃，并将压力铸造模具8预热到500℃，预制体出炉后快速置于压力铸造模具中，浇注45钢金属液，采用70MPa的压力9，使得45钢金属液浸渗到WC陶瓷颗粒间隙中，得到WC_45钢复合耙齿铸件10，如图3所示。
（3）机加工：取模后，车出齿柄，并钻出定位销，得到WC_45钢复合耙齿，如图1所示。
本实施例制备得到的WC_45钢复合耙齿表现出优异的耐磨性能，相比45钢耐磨性提高了5.62倍左右，洛氏硬度提高了50%左右，表面具有良好的耐磨性和耐冲击性，内部保持了基体的塑性。
实施例4
本实施例提供ZrO2/A12O3 _高铬铸铁复合耐磨耙齿，所述复合耐磨耙齿的齿头1由金属基体（高铬铸铁）和外表面包覆的陶瓷颗粒金属复合层（ZrO2/A12O3）构成，齿柄2的端部有定位销5；陶瓷颗粒金属复合层4的厚度为5mm；陶瓷颗粒金属复合层中陶瓷颗粒所占体积分数为60%，如图1所示。
本实施所述ZrO2/A12O3 _高铬铸铁复合耐磨耙齿的制备方法如下：
（1）预制体的制备：将40-60目的A12O3陶瓷颗粒，100-120目的ZrO2陶瓷颗粒（两种颗粒质量比为1:1）与8%的聚乙烯醇溶液（聚乙烯醇溶液的质量为ZrO2/A12O3陶瓷颗粒质量的8%）在球磨机中混合30min，填充到锥型模具6中，经过24小时干燥，脱模，在400℃真空焙烧1小时，随炉冷却，获得具有较好强度的锥型陶瓷颗粒预制体7，如图2所示。
（2）压力铸造：提前将做好的预制体在真空炉中预热到500℃，并将压力铸造模具8预热到500℃，预制体出炉后快速置于压力铸造模具中，浇注高铬铸铁金属液，采用60MPa的压力9，使得高铬铸铁金属液浸渗到ZrO2/A12O3陶瓷颗粒间隙中，得到ZrO2/A12O3 _高铬铸铁复合耙齿铸件10，如图3所示。
（3）机加工：取模后，车出齿柄，并钻出定位销，得到ZrO2/A12O3 _高铬铸铁复合耙齿，如图1所示。
本实施例制备得到的ZrO2/A12O3 _高铬铸铁复合耙齿表现出优异的耐磨性能，相比常规铸造铸态高铬铸铁耐磨性提高了5.8倍左右，洛氏硬度提高了30%左右，表面具有良好的耐磨性和耐冲击性，内部保持了基体的塑性。
Claims (10)
1.一种复合耐磨耙齿，包括齿头（1）和齿柄（2），其特征在于：所述复合耐磨耙齿的齿头（1）由金属基体（3）和外表面包覆的陶瓷颗粒金属复合层（4）构成，齿柄（2）的端部有定位销（5）。
2.根据权利要求1所述的复合耐磨耙齿，其特征在于：所述陶瓷颗粒金属复合层（4）的厚度为5mm-15mm。
3.根据权利要求1所述的复合耐磨耙齿，其特征在于：所述陶瓷颗粒金属复合层中陶瓷颗粒所占体积分数为20%~60%。
4.根据权利要求1所述的复合耐磨耙齿，其特征在于：所述陶瓷颗粒为A12O3、WC、ZrO2、SiO2、SiC、B4C、Si3N4、TiN、TiB2中的一种或几种，其颗粒粒径为40~120目。
5.根据权利要求1所述的复合耐磨耙齿，其特征在于：所述齿头（1）的内部和齿柄（2）的材质为碳钢，高锰钢或者高铬铸铁。
6.权利要求1所述复合耐磨耙齿的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将陶瓷颗粒与粘接剂按粘接剂占陶瓷颗粒质量百分比为3%~8%的比例混合均匀后填充到锥型的模具中，经过干燥、脱模，然后在100℃~500℃真空焙烧30~120min，随炉冷却后获得锥型陶瓷颗粒预制体；
（2）将陶瓷颗粒预制体在真空炉中预热到500℃~1000℃，并将压力铸造模具预热到500℃，预制体出炉后快速置于压力铸造模具中，浇注金属液，采用压力铸造，使得金属液浸渗到陶瓷颗粒球之间的间隙中得到复合耙齿铸件；
（3）取模后，车出齿柄，并钻出定位销得到复合耙齿。
7.根据权利要求6所述的复合耐磨耙齿的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述混合过程球磨机中进行，混合时间为30 ~120min。
8.根据权利要求6所述的复合耐磨耙齿的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述粘接剂为水玻璃溶液、硅溶胶、偏磷酸铝溶液、聚乙烯醇溶液一种或几种。
9.根据权利要求6所述的复合耐磨耙齿的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述压力铸造过程中的压力为30~70Mpa。
10.权利要求1所述的复合耐磨耙齿用于铁道维护用清筛车或者耙斗装岩机的耙齿零部件。
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