專利名稱：一種阻尼白口鐵材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種阻尼白口鐵材料，具體涉及一種含有鋼絲團(tuán) 和碳纖維復(fù)合增強(qiáng)的阻尼白口鐵材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，阻尼白口鐵作為低成本耐磨材料一直受到普遍重視。CN200810243269. 7號申請公開了一種低合金白口鑄鐵，其化學(xué)成分為碳3. 5 3. 8 %，硅1. 5 1. 9 %，錳大于0、小于等于1.0%，磷小于0. 05 %，硫小于0. 02 %，鉻大于0、小于等于1.0%，余量為鐵和不可避免的微量雜質(zhì)元素；單位為重量百分?jǐn)?shù)。CN201010158988. 6號申請公開了一種高韌性抗磨白口鐵，其化學(xué)成分是(重量百 分比):C 2. 0 4. 0%, Si :1. 0 2. 5%,Mn 0. 2 0. 8%, Cr :1. 0 15. 0%, Ni 2. 0 8. 0%, Mo 0. 1 0. 4%, Dy :0. 1 0. 2%, Y :0. 1 0. 2%，S 和 P 彡 0. 06%，其余為 Fe。該申請還公開 了上述高韌性抗磨白口鐵的制備方法。該發(fā)明通過在白口鐵中添加ττ和Y元素，使Dy和Y 元素的氧化物顆粒彌散于基體中，成為碳化合物形核的核心，從而達(dá)到細(xì)化碳化物的目的， 并且使晶界處的網(wǎng)狀碳化物消除，ak達(dá)到lOJ/cm2左右，還可以保持普通白口鐵的硬度， HRC達(dá)到60以上。但是白口鐵主要由滲碳體組成，滲碳體雖硬但脆。盡管采取添加稀土起細(xì)化碳化 物的作用，然而對提高材料的韌性也是有限的。CN93103016. 1發(fā)明高阻尼鑄鐵采用通常的冶煉方法，澆鑄成管、棒及各種形狀的 鑄坯，在碳當(dāng)量CE = C% +l/3(Si% ) = 4. 5 5. 2 %的鑄鐵中，加入0. 001 0. 100%的 釔，使之具有高阻尼性，成本低，可作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于機(jī)電產(chǎn)品上，達(dá)到減振降噪聲效果。 但是該材料耐磨性不足，不能同時具備較高的耐磨和阻尼性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種含有鋼絲團(tuán)和碳纖維復(fù)合增強(qiáng)的 阻尼白口鐵材料。本發(fā)明的另一目的是提供一種含有鋼絲團(tuán)和碳纖維復(fù)合增強(qiáng)的阻尼白口鐵材料 的制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種阻尼白口鐵材料，該材料以阻尼白口鐵為基體，在基體中分布著鋼絲團(tuán)和碳纖維； 所述鋼絲團(tuán)直徑為10 15cm，所用鋼絲截面為矩形，截面規(guī)格為0. 1 0. 4mmX0. 5 1.5mm ；所述鋼絲和碳纖維的重量比為25 30:1，鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分 比為 20-40% ；阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量為C為2. 4 2. 7%，Si為1. 4 1. 9%， Mn 為 0. 5 0. 7%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 6 0. 7%，Si為0. 2 0. 3%，Mn為0. 3 0.8%，P<0. 02%, S <0. 025%，其余為 Fe ；碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為100-500:1。上述基體中還分布有Mn4B、Fe3B和B4C顆粒。一種阻尼白口鐵材料的制備方法，它包括以下步驟滲硼鋼絲團(tuán)和碳纖維的準(zhǔn)備取截面規(guī)格為0. 1 0. 4mmX0. 5 1. 5mm、成分為C為0.6 0. 7%, Si 為 0. 2 0. 3%, Mn 為 0. 3 0. 8%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鋼絲， 以及直徑為7微米長徑比為100 500:1的Τ300碳纖維；所述鋼絲和碳纖維的重量比為 25 30:1 ；鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為20 40% ；取鋼絲按清潔球生產(chǎn)的 常規(guī)方法制備清潔球狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的直徑為10 15cm，并按常規(guī)化學(xué)熱處理的方法 在其表面滲硼得到滲硼鋼絲團(tuán)；所述滲硼層的厚度為50-100 μ m ；滲硼鋼絲團(tuán)粘附碳纖維的制備將滲硼鋼絲團(tuán)浸入水玻璃溶液，水玻璃溶液的濃度為1.3 1. 5g/cm3，模數(shù)為2. 6 3. 0 ；將鋼絲團(tuán)從水玻璃溶液中取出，然后再將碳纖維揉撒到 帶有水玻璃溶液的鋼絲團(tuán)上，使碳纖維均勻粘在鋼絲的表面；待水玻璃固化后，將若干粘附 碳纖維的鋼絲團(tuán)放入鑄型型腔；鋼絲團(tuán)的松緊程度由鋼絲團(tuán)和碳纖維兩者共占材料的體積 百分比決定，且保證鋼絲團(tuán)正好放滿鑄型；然后將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待 鐵水澆注；阻尼白口鐵基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為2. 4 2. 7%，Si為1. 4 1. 9%, Mn為 0. 5 0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為!^e進(jìn)行配料；將阻尼白口鐵基體在感應(yīng)電爐中熔 化得到阻尼白口鐵水，熔化溫度為1420 1450°C ；將上述阻尼白口鐵水澆入裝有粘附碳纖維的鋼絲團(tuán)的鑄型中，液態(tài)鐵水進(jìn)入鋼絲團(tuán)間 隙將碳纖維和鋼絲包圍，然后冷卻凝固，形成以阻尼白口鐵為基體的其中分布有碳纖維和 鋼絲團(tuán)的材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下(1)本發(fā)明材料中的鋼絲和碳纖維自身具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較高的韌性，鋼絲和白口鐵 的基體都是鐵，因此鋼絲和白口鐵基體很容易結(jié)合起來，形成很好的冶金結(jié)合。這樣，鋼絲 分布在白口鐵中，對材料具有很好的增強(qiáng)增韌作用。(2)本發(fā)明材料中分布有碳纖維，碳纖維不僅具有減摩作用，而且和鋼絲共同作 用，增強(qiáng)材料的韌性和強(qiáng)度，因此有利于合金耐磨性能提高。(3)在材料的成型過程中，當(dāng)鐵水進(jìn)入鑄型型腔與鋼絲接觸，鋼絲表面的B熔于鐵 水，鐵水中的Mn、C和！^和鋼絲表面的B反應(yīng)形成Mn4B、Fe3B, B4C,形成的彌散化合物分布 于基體中，使得材料的硬度高，從而提高材料的耐磨性能。(4)材料中的阻尼白口鐵材料中含有硬質(zhì)的鋼絲，同時合金中含有彌散的硼化物， 因此硬度高，具有很好的耐磨性能。(5)同時材料中的鋼絲截面為矩形，而且含有細(xì)小的碳纖維，因此合金中界面多， 表面積大，使得材料具有很好的阻尼減振性能；且鋼絲制成鋼絲團(tuán)呈球形，利于鋼絲和其上 附著的碳纖維在材料中均勻分布。(6)本發(fā)明材料不用貴重元素，主要合金元素由鋼絲帶入，鋼絲材料成本低，碳纖 維的成本也低，制備工藝簡便，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。制備的 材料主要用于礦山、煤炭、建材等工業(yè)領(lǐng)域用的耐磨易損件，如筒體襯板、端襯板等。4
( 7 )本發(fā)明材料中P、S為雜質(zhì)，控制在允許的范圍。本發(fā)明的材料性能見表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的含有鋼絲團(tuán)和碳纖維復(fù)合增強(qiáng)的阻尼白口鐵材料 的金相組織。圖1可以看到在阻尼白口鐵與鋼絲結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。各實(shí)施例中的鋼絲和碳纖維均為市購，滲硼層為自制。實(shí)施例一阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2. 4%，Si為1. 4%, Mn為0. 5%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%，其余為 Fe。鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 6%，Si為0. 2%, Mn為0. 3%，P<0. 02%, S<0. 025%，其余為！^ ；鋼絲的截面為矩形，且規(guī)格為0. ImmXO. 5mm。碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為100:1。鋼絲和碳纖維的重量比為25:1，控制鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為 20%。取鋼絲按照清潔球或鋼絲球生產(chǎn)的常規(guī)方法形成清潔球形狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的 直徑為10cm，并按常規(guī)化學(xué)熱處理的方法在其表面滲硼得到滲硼鋼絲團(tuán)，所述滲硼層的厚 度為50 μ m。制備過程如下將滲硼鋼絲團(tuán)浸入水玻璃溶液，所述水玻璃溶液的濃度為1. 3 g/ cm3，模數(shù)為2. 6 ；將鋼絲團(tuán)從水玻璃溶液中取出，然后再將碳纖維揉撒到帶有水玻璃溶液的 鋼絲團(tuán)上，使碳纖維均勻粘在鋼絲的表面；待水玻璃固化后，將若干粘有碳纖維的鋼絲團(tuán)放 入鑄型型腔；鋼絲團(tuán)的松緊程度由鋼絲和碳纖維占材料的體積百分比決定，且保證鋼絲團(tuán) 正好放滿鑄型；然后將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；將阻尼白口鐵基體在感應(yīng)電爐中熔化得到阻尼白口鐵水，熔化溫度為1430 1440°C ； 將上述阻尼白口鐵水澆入裝有粘有碳纖維的鋼絲團(tuán)的鑄型中，液態(tài)鐵水進(jìn)入鋼絲團(tuán)間 隙將碳纖維和鋼絲包圍，然后冷卻凝固，形成以阻尼白口鐵為基體的其中分布有碳纖維和 鋼絲團(tuán)的材料。實(shí)施例二阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2. 7%，Si為1. 9%, Mn為0. 7%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%，其余為 Fe。鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 7%，Si為0. 3%, Mn為0. 8%，P<0. 02%, S<0. 025%,其余為！^ ；鋼絲的截面為矩形，且規(guī)格為0. 4mmX 1. 5mm。碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為500:1。鋼絲和碳纖維的重量比為30:1，控制鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為 40%。
取鋼絲按照清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法形成清潔球形狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的直徑為 15cm,并按常規(guī)化學(xué)熱處理的方法在其表面滲硼得到滲硼鋼絲團(tuán)，所述滲硼層的厚度為 100 μ m0制備過程同實(shí)施例一，其中水玻璃溶液的濃度為1. 5 g/cm3，模數(shù)為3. 0。實(shí)施例三阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2. 6%，Si為1. 6%, Mn為0. 6%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%，其余為 Fe。鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0.65%，Si為0. 25 Mn為0. 5%， P<0. 02%, S<0. 025%，其余為！^ ；鋼絲的截面為矩形，且規(guī)格為0. 3mmX0. 7mm。碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為190:1。鋼絲和碳纖維的重量比為27:1，控制鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為 35%。取鋼絲按照清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法形成清潔球形狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的直徑為 12cm,并按常規(guī)化學(xué)熱處理的方法在其表面滲硼得到滲硼鋼絲團(tuán)，所述滲硼層的厚度為 70 μ m0制備過程同實(shí)施例一，其中水玻璃溶液的濃度為1. 4 g/cm3，模數(shù)為2. 8。對比實(shí)施例四阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2%，Si為1%，Mn為0. 4%，P<0. 08%, S <0. 25%，其余為 Fe。鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 3%，Si為0. 1%, Mn為0. 2%，P<0. 02%, S<0. 025%，其余為！^ ；鋼絲的截面為圓形，且半徑為0. 1mm。碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為50:1。鋼絲和碳纖維的重量比為25:1，控制鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為 10%。取鋼絲按照清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法形成清潔球形狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的直徑為 10cm，且鋼絲團(tuán)表面不滲硼。制備過程同實(shí)施例一。對比實(shí)施例五阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量C為2. 8%，Si為Mn為0. 8%， Ρ<0· 08%, S <0. 25%，其余為 Fe。鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 9%，Si為0. 4%, Mn為0. 9%，P<0. 02%, S<0. 025%，其余為！^ ；鋼絲的截面為矩形，且規(guī)格為0. 5mmX2mm。碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為600:1。鋼絲和碳纖維的重量比為25:1，控制鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為 60%。取鋼絲按照清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法形成清潔球形狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的直徑為 IOcm,并按常規(guī)化學(xué)熱處理的方法在其表面滲硼得到滲硼鋼絲團(tuán)，所述滲硼層的厚度為 200 μ HIo制備過程同實(shí)施例一。6
產(chǎn)品性能分析由下表可見，本發(fā)明材料中的白口鐵基體和鋼絲化學(xué)成分中的C、Si、Mn增加，利于材 料硬度的提高。但是過多，會降低基體材料的韌性。P和S增加，也會降低基體材料的韌性。鋼絲截面為矩形便于粘結(jié)碳纖維。截面尺寸過小，不利于粘結(jié)碳纖維；反之，尺寸 過大，割裂基體傾向增加。碳纖維長徑比太小和太大都不利于與矩形截面鋼絲的粘結(jié)。鋼絲和碳纖維體積百分比的增加，利于材料韌性的提高。但是體積百分比過大，則 會降低了材料的硬度，因此也降低了材料的耐磨性，如產(chǎn)品5，而且鐵水不易包圍鋼絲和碳 纖維；反之，鋼絲和碳纖維占材料的體積百分比太小，則不利于鋼絲和碳纖維作用的發(fā)揮。鋼絲表面滲硼層的厚度增加，利于鐵水的合金化；但是厚度過大，硼不易在短時熔 入鐵水，造成元素的浪費(fèi)，同時熱處理成本增加；反之，鋼絲表面的滲硼層的厚度太小，鋼絲 硬度降低，并且不利于形成彌散的化合物。表1所得各產(chǎn)品性能對比
權(quán)利要求
1.一種阻尼白口鐵材料，其特征在于該材料以阻尼白口鐵為基體，在基體中分布著 鋼絲團(tuán)和碳纖維；所述鋼絲團(tuán)直徑為10 15cm，所用鋼絲截面為矩形，截面規(guī)格為0. 1 0. 4mmX0. 5 1. 5mm ；所述鋼絲和碳纖維的重量比為25 30:1，鋼絲和碳纖維兩者共占材 料的體積百分比為20-40% ；阻尼白口鐵基體的化學(xué)成分的重量百分含量為C為2. 4 2. 7%，Si為1. 4 1. 9%， Mn 為 0. 5 0. 7%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 6 0. 7%，Si為0. 2 0. 3%，Mn為0. 3 0.8%，P<0. 02%, S <0. 025%，其余為 Fe ；碳纖維為T300，直徑為7微米，長徑比為100-500:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼白口鐵材料，其特征在于所述基體中還分布有Mn4B、 Fe3B和B4C顆粒。
3.—種阻尼白口鐵材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟滲硼鋼絲和碳纖維的準(zhǔn)備取截面規(guī)格為0. 1 0.4mmX0. 5 1. 5mm、成分為C為0.6 0. 7%, Si 為 0. 2 0. 3%, Mn 為 0.3 0.8%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鋼絲， 以及直徑為7微米長徑比為100 500:1的Τ300碳纖維；所述鋼絲和碳纖維的重量比為 25 30:1 ；鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為20 40% ；取鋼絲按清潔球生產(chǎn)的 常規(guī)方法制備清潔球狀的鋼絲團(tuán)，鋼絲團(tuán)的直徑為10 15cm，并按常規(guī)化學(xué)熱處理的方法 在其表面滲硼得到滲硼鋼絲團(tuán)；所述滲硼層的厚度為50-100 μ m ；滲硼鋼絲團(tuán)粘附碳纖維的制備將滲硼鋼絲團(tuán)浸入水玻璃溶液，水玻璃溶液的濃度為1.3 1. 5g/cm3，模數(shù)為2. 6 3. 0 ；將鋼絲團(tuán)從水玻璃溶液中取出，然后再將碳纖維揉撒到 帶有水玻璃溶液的鋼絲團(tuán)上，使碳纖維均勻粘在鋼絲的表面；待水玻璃固化后，將若干粘附 碳纖維的鋼絲團(tuán)放入鑄型型腔；鋼絲團(tuán)的松緊程度由鋼絲團(tuán)和碳纖維兩者共占材料的體積 百分比決定，且保證鋼絲團(tuán)正好放滿鑄型；然后將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待 鐵水澆注；阻尼白口鐵基體的準(zhǔn)備按重量百分含量C為2. 4 2. 7%，Si為1. 4 1. 9%, Mn為 0. 5 0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為!^e進(jìn)行配料；將阻尼白口鐵基體在感應(yīng)電爐中熔 化得到阻尼白口鐵水，熔化溫度為1420 1450°C ；將上述阻尼白口鐵水澆入裝有粘附碳纖維的鋼絲團(tuán)的鑄型中，液態(tài)鐵水進(jìn)入鋼絲團(tuán)間 隙將碳纖維和鋼絲包圍，然后冷卻凝固，形成以阻尼白口鐵為基體的其中分布有碳纖維和 鋼絲團(tuán)的材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻尼白口鐵材料及其制備方法，該材料以阻尼白口鐵為基體，在基體中分布著鋼絲團(tuán)和碳纖維；所述鋼絲團(tuán)直徑為10～15cm，所用鋼絲截面為矩形，截面規(guī)格為0.1～0.4mm×0.5～1.5mm；所述鋼絲和碳纖維的重量比為25～30∶1，鋼絲和碳纖維兩者共占材料的體積百分比為20-40%。該發(fā)明制得的阻尼白口鐵材料具有較高的韌性，且工藝簡單，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C22C49/14GK102051537SQ20111000704
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者王玲, 趙浩峰, 郭勝利 申請人:南京信息工程大學(xué)