CN114807663B - 氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，按体积份数称取Al₂O_3f纤维、Cr₃C_2p颗粒及EPS珠粒，将EPS珠粒与有机黏结剂溶液在搅拌混合机中混合；将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒在搅拌混合机中混合得到混合增强体；将带有黏结剂的EPS珠粒和混合增强体在搅拌混合机中混合得到混合颗粒；将混合颗粒装入空心管中，组箱，造型，使得装有混合颗粒的空心管作为斜浇道与直浇道之间形成夹角a，浇注，得到蜗壳铸件，本发明能够在不降低铸件冲击韧性的前提下保证铸件的高耐磨性；同时，还能够采用简单的工艺步骤得到增强体分布均匀的铸件，成品率高。

Description

氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法

技术领域

本发明涉及氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，属于机械零件铸造技术领域。

背景技术

由于科学技术发展，传统材料的性能已经不足以满足未来科学技术进步的需要，因此，增强体的出现弥补了传统金属复合材料的局限性；并且出现了多种增强体协同增强的金属基复合材料，可获得耐磨性良好，比强度、抗拉强度和硬度较高的优良性能，对高性能材料的研发具有重要的研究意义，在汽车、电子产品、机械工业等民用领域有更深入的研究和发展。

金属基复合材料由基体及增强体两大部分组成，其最终性能主要取决于基体和增强体间的结合界面及增强体在基体中的均匀分布情况。

现有技术中常采用铸渗法制备金属基复合材料，即将颗粒增强体和黏结剂混合后放入预制模具中通过加压凝固得到预制体，将制备好的预制体放入到铸件模具型腔的指定位置或者在铸件型腔表面，浇注金属液后金属液会浸渗到预制体中并在界面处发生反应，最后制成局部耐磨的复合材料。

使用铸渗法制备颗粒增强铁基复合材料能够细化晶粒、阻碍碳化物生长，可提高铸件的抗拉强度、冲击韧性和耐磨性，但由于蜗壳铸件是泵零件中最重要的一个部件，环境恶劣，要承受扬程的压力，扬程越高，蜗壳承受的压力越大，因此，容易开裂，进一步提高蜗壳铸件的抗拉强度和冲击韧性，从而提高泵的使用寿命就显得尤为重要。

并且，如何保证增强体在铸件的分布均匀性也是增强铸件性能的一个重要因素。现有技术中为了提高增强体在铸件的分布均匀性还采用增强体/EPS消失模铸造方法，需要先制备增强体/EPS消失模模样，然后采用该消失模模样进行铸造得到铸件。

如公开号为CN109482813B WCp/EPS消失模模样及WCp/Fe复合材料制备；需要先制备WCp/EPS消失模模样：按体积份数称取WC颗粒、稀土粉、EPS珠粒、黏结剂，进行混合得到混料(此时的混料为松散料)，然后利用压缩空气将混料填入模具，并向模具内通热蒸汽，使得混料膨化粘结在一起，同时进行保压处理；冷却，降至软化温度以下，模样定形后出模，得到WCp/EPS消失模模样。然后利用该WCp/EPS消失模模样进行铸造得到铸件。

公开号为CN109465387B的SiCp/EPS消失模及SiCp/Al铸造成形工艺，也是需要先制备SiCp/EPS消失模模样，然后采用该消失模模样进行铸造得到铸件。其中，SiCp/EPS消失模模样的制备：按体积份数SiC颗粒10～15份、稀土粉2～3份、EPS珠粒80～87份、黏结剂1～2份，称取原料，混合均匀；SiC表面进行超声波清洗；黏结剂配制成溶液后喷在EPS珠粒表面再与SiC颗粒和稀土粉搅拌均匀得到混合材料；预热模具，利用压缩空气将混合材料填入模具，通入热蒸汽及加压，进行膨化粘结；冷却，降至软化温度以下，模样定形后出模，得到SiCp/EPS消失模模样。然后利用该SiCp/EPS消失模模样进行铸造得到铸件。

但是，上述专利需要先制备特殊的消失模模样，然后利用该消失模模样进行铸造，增加了铸造工艺步骤，提高了生产成本；另外在实际生产中发现当增强体颗粒占比较高时(一般高于铸件体积的10％)，易出现消失模模样无法粘结在一起的情况，导致成品率下降；同时，还无法生产薄壁件，由于EPS表面粘附有陶瓷颗粒，使得EPS的成型性下降，在制备薄壁件时，EPS不容易黏结在一起，使消失模模样难以成型，并且，增强体的分布均匀性也没有达到很理想的状态。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，不仅能够在不降低铸件冲击韧性的前提下保证铸件的高耐磨性；同时，还能够采用简单的工艺步骤得到增强体分布均匀的铸件，成品率高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

氧化铝(Al₂O_3f)和碳化铬(Cr₃C_2p)协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，包括如下步骤：

C1、按体积份数称取Al₂O_3f纤维、Cr₃C_2p颗粒及EPS珠粒，其中，Al₂O_3f纤维加入量为：蜗壳铸件体积的2％～10％；Cr₃C_2p颗粒加入量为：蜗壳铸件体积的2％～6％；EPS珠粒加入量为：蜗壳铸件体积的45％-75％；

C2、将EPS珠粒与有机黏结剂溶液在搅拌混合机中混合一段时间得到表面带有黏结剂的EPS珠粒，其中，有机黏结剂溶液的加入量为Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的40％-60％；

C3、将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒在搅拌混合机中混合一段时间得到混合增强体；

C4、将C2中带有黏结剂的EPS珠粒和C3中的混合增强体在搅拌混合机中混合一段时间得到混合颗粒；

C5、将混合颗粒装入空心管中，与EPS蜗壳消失模模样组箱，用石英砂振动造型，使得装有混合颗粒的空心管作为斜浇道与直浇道之间形成夹角a，且直浇道(2)用EPS消失模模样制备，高度与砂型顶部齐平；

C6、在直浇道内浇注高铬铸铁金属液，浇注完毕冷却，翻箱、落砂，得到蜗壳铸件；

C7、铸件进行热处理。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述C1中的Al₂O_3f纤维为工业级Al₂O_3f纤维，直径10-20μm，长度0.3-0.7mm；Cr₃C_2p颗粒为工业级Cr₃C_2p颗粒，粒度为1250目。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述C2中的搅拌速率为100-200r/min，混合时间为10-20s。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述C3中的搅拌速率为100-200r/min，混合时间为40-60s。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述C4中搅拌速率为100-200r/min，混合时间为40-60s。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述C5中夹角范围：30°≤a≤60°。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述C6中的浇注温度为1480-1520℃，负压度为0.03-0.06MPa，冷却2-10小时。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C7中的铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明选用Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒作为高铬铸铁材料的增强体，Al₂O_3f纤维具有良好的高温稳定性、高耐磨性、强抗氧化性和耐腐蚀性等特点，且氧化铝纤维有较高的表面活性与金属基体结合时可获得良好的界面结合状况。Cr₃C_2p颗粒在高温环境下具有良好耐磨性、耐腐蚀、抗氧化的特点，广泛用于工业耐磨损机械器件上。两种增强体的协同增强可以进一步提高铸件的抗拉强度、冲击韧性和耐磨性，提高材料的使用寿命。

本发明无需制备特殊的消失模模样，省略了高压蒸汽膨化的步骤，降低了生产成本；先将增强体黏结在EPS珠粒上，再采用与直浇道具有一定夹角(即具有一定斜度)的空心管进行输送，随着高铬铸铁金属液的浇注，黏结有增强体的EPS珠粒会随高铬铸铁金属液的流动均匀分布于高铬铸铁金属液中，并在高温的作用下，EPS珠粒会消失，使得增强体均匀分布在铸件基体中；由于Cr₃C_2p和Al₂O_3f协同作用，进一步提高了铸件的抗拉强度、冲击韧性和耐磨性。

附图说明

图1是本发明砂箱造型结构图；

其中，1、空心管，2、直浇道，3、EPS蜗壳消失模模样。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明所指的EPS珠粒是指聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene简称EPS)，是一种轻型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。

有机黏结剂溶液为将酚醛树脂与松香混合物溶于无水乙醇中得到浓度为0.05-0.10g/ml的有机黏结剂溶液，酚醛树脂与松香的质量比为2-2.5:1。

实施例1：蜗壳铸件体积为5600cm³

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的4％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维762g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的2％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒748.2g。EPS珠粒取铸件体积的60％，取EPS珠粒3360ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液，取Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的50％，取168ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用顶注式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，之后在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的表面粘有增强体的珠粒放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为45°，如图1所示，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.04MPa。

步骤7：高铬铸铁金属液在1500℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

实施例2：蜗壳铸件体积为3500cm³

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的3％，则量取密度3.4g/cm³的纤维357g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的3％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒701.4g。EPS珠粒取铸件体积的50％，取EPS珠粒1750ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液取Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的45％，取94.5ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f及Cr₃C_2p放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用缝隙式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的表面粘有增强体的珠粒放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为30°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.03MPa

步骤7：高铬铸铁金属液在1480℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

实施例3：蜗壳铸件体积为5600cm³

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的2.5％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维476g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的3.5％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒1309.3g，EPS珠粒取铸件体积的40％，取EPS珠粒2240ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液取Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的50％，取168ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用顶注式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，之后在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的增强体放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为45°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.03MPa。

步骤7：高铬铸铁金属液在1500℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

实施例4：蜗壳铸件体积为5600cm³

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的2％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维380.8g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的6％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒2244.5g。EPS珠粒取铸件体积的70％，取EPS珠粒3920ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液取Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的60％，取268.8ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用顶注式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，之后在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的表面粘有增强体的珠粒放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为60°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.05MPa。

步骤7：高铬铸铁金属液在1480℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

实施例5：蜗壳铸件体积为5600cm³

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的10％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维1904g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的1％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒374g。EPS珠粒取铸件体积的75％，取EPS珠粒4200ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液取Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的50％，取308ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用顶注式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，之后在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的表面粘有增强体的珠粒放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为30°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.04MPa。

步骤7：高铬铸铁金属液在1520℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

实施例6：蜗壳铸件体积为3500cm³

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的3％，则量取密度3.4g/cm³的纤维357g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的3％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒701.4g。EPS珠粒取铸件体积的45％，取EPS珠粒1575ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液取Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的40％，取84ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f及Cr₃C_2p放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用缝隙式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的表面粘有增强体的珠粒放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为30°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.03MPa

步骤7：高铬铸铁金属液在1480℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

对比例1：蜗壳铸件体积为5600cm³(直接斜浇道添加增强体，不与EPS珠粒粘结)

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的4％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维762g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的2％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒748.2g。

步骤2：将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤3：采用顶注式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，之后在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤4：放置模样，将步骤2混合好的增强体放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为45°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.04MPa。

步骤5：高铬铸铁金属液在1500℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤6：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

对比例2：蜗壳铸件体积为5600cm³(斜浇道与直浇道的夹角为70度)

步骤1：取Al₂O_3f纤维添加量为铸件体积的4％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维762g。取Cr₃C_2p颗粒添加量为铸件体积的2％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒748.2g。EPS珠粒3360ml。用无水乙醇配置0.06g/ml的有机黏结剂溶液168ml。

步骤2：将EPS珠粒与有机黏结剂溶液放入搅拌混合机中以100-200r/min混合10-20s。

步骤3：将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤4：将步骤3和步骤4混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体放入搅拌混合机中以100-200r/min混合40-60s。

步骤5：采用顶注式浇注系统与蜗壳消失模模样3进行组合拼接，之后在模样表面刷涂料后进行烘干处理。

步骤6：放置模样，将步骤4混合好的表面粘有增强体的珠粒放入空心管1中，空心管1与直浇道2的水平夹角为70°，加砂震实，抽真空负压：负压度为0.04MPa。

步骤7：高铬铸铁金属液在1500℃下进行浇注，当直浇道中的模样熔化后空心管1中的表面粘有增强体的EPS珠粒将进入浇道，随金属液填充到铸件中，待铸件冷却到室温后，进行表面清理即可得到Al₂O_3f及Cr₃C_2p联合增强的高铬铸铁基复合材料的蜗壳铸件。

步骤8：铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

对比例3：蜗壳铸件体积为5600cm³(增强相只采用Al₂O_3f纤维)

与实施例1的区别在于增强相只采用Al₂O_3f纤维，添加量为铸件体积的6％，则量取密度3.4g/cm³的Al₂O_3f纤维1143g。

对比例4：蜗壳铸件体积为5600cm³(增强相只采用Cr₃C_2p颗粒)

与实施例1的区别在于增强相只采用Cr₃C_2p颗粒，添加量为铸件体积的6％，则量取密度6.68g/cm³的颗粒2245g。

对比例5：蜗壳铸件体积为5600cm³(具体步骤参照公开号CN109482813B的专利的实施例一)

1)按照实施例1的步骤1-4得到混合好的带有黏结剂的EPS珠粒与混合增强体；

2)预热模具，当模具温度达到100℃的工作温度，开始充填；

3)利用压缩空气将混合材料填入模具，通蒸汽，蒸汽温度120℃；压力0.15MPa；视模样平均厚度决定保压时间，保压时间为1min。

4)保压结束后，解除热蒸汽，在模具背面喷水进行冷却，使模样温度较快冷却到50℃，降至软化温度以下，模样定形后，出模，得到含有Al₂O_3f和Cr₃C_2p的消失模模样。

5)在含有Al₂O_3f和Cr₃C_2p的消失模模样的表面涂铸铁消失模铸造涂料。

铸铁涂料层采用市面上成熟的ZT-1铸铁涂料，且铸铁涂料层厚度为1.2mm。

6)将涂上涂料后的含有Al₂O_3f和Cr₃C_2p的消失模模样放入烘干室烘烤，烘烤温度50℃，同时烘干室的相对湿度为30％。

具体的，涂料共计要涂刷一遍，涂完后都要烘干。

7)组箱，用干砂振动造型。

8)采用负压浇注铸铁合金液，负压度为0.03MPa，保压60分钟，浇注温度1480℃，浇注完毕冷却10小时，翻箱、落砂，得到蜗壳铸件。

9)铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

对实施例及对比例的性能进行检测：

按照GB/T 228.1-2010抗拉强度测试标准、GBT 229-2020冲击试验标准及T/CFA010604.6-2018金属材料三体磨料磨损试验方法进行检测。以不添加Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒，按照消失模铸造工艺制得的高铬铸铁蜗壳铸件为空白样。

经检测，上述实施例1-6中蜗壳铸件与空白样进行对比，力学性能得到很大提升，最终的蜗壳铸件的抗拉强度提高32％以上，冲击韧性提高46％以上，耐磨性提高2.5-3.5倍。

同时，上述实施例与对比例1相比，最终的蜗壳铸件的抗拉强度提高14.5％以上，冲击韧性提高22％以上，耐磨性提高0.5-1.5倍。

上述实施例与对比例2相比，最终的蜗壳铸件的抗拉强度提高5.2％以上，冲击韧性提高5.6％以上，耐磨性提高0.3-1.0倍。

上述实施例与对比例3相比，最终的蜗壳铸件的抗拉强度提高10％以上，冲击韧性提高5.5％以上，耐磨性提高0.5-1.5倍。

上述实施例与对比例4相比，最终的蜗壳铸件的抗拉强度提高15.7％以上，冲击韧性提高18％以上，耐磨性提高0.6-1.4倍。

上述实施例与对比例5相比，最终的蜗壳铸件的抗拉强度提高18.6％以上，冲击韧性提高22％以上，耐磨性提高0.5-1.5倍。

增强相均匀性检测：

颗粒在高铬铸铁基体中的分布均匀性问题用颗粒的标准偏差来表征，选定金相组织照片的某一视场，将其分成若干个面积相等的方形区域，计数每个区域内的颗粒个数，然后计算出颗粒的标准偏差σ，计算公式如下：

式中σ——表示颗粒数的标准偏差；

a_i——表示各网格中包含颗粒的数量；

——表示各网格中包含颗粒数量的平均值；

N——表示网格的总数量。

复合材料的均匀性用颗粒的标准偏差来表征，标准偏差越大，颗粒在基体中就越不均匀。

检测时分别取蜗壳铸件上、下、左、右四个部位的金相组织照片分别计算标准偏差，然后求的平均值。

经检测，上述实施例1中最终的蜗壳铸件平均标准偏差为1.08，实施例2的平均标准偏差为1.17，实施例3的平均标准偏差为1.09，实施例4的平均标准偏差值为1.24，实施例5的平均标准偏差值为1.27，实施例6的平均标准偏差值为1.18。

而对比例1的平均标准偏差为1.68，对比例2的平均标准偏差为1.25，对比例3的平均标准偏差值为1.29，对比例4的平均标准偏差值为1.27，对比例5的平均标准偏差值为1.76。

Claims (7)

1.氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

C1、按体积份数称取Al₂O_3f纤维、Cr₃C_2p颗粒及EPS珠粒，其中，Al₂O_3f纤维加入量为：蜗壳铸件体积的2%~10%；Cr₃C_2p颗粒加入量为：蜗壳铸件体积的2%~6%；EPS珠粒加入量为：蜗壳铸件体积的45%-75%；

C2、将EPS珠粒与有机黏结剂溶液在搅拌混合机中混合一段时间得到表面带有黏结剂的EPS珠粒，其中，有机黏结剂溶液的加入量为Al₂O_3f纤维及Cr₃C_2p颗粒总体积的40%-60%；

C3、将Al₂O_3f纤维和Cr₃C_2p颗粒在搅拌混合机中混合一段时间得到混合增强体；

C4、将C2中带有黏结剂的EPS珠粒和C3中的混合增强体在搅拌混合机中混合一段时间得到混合颗粒；

C5、将混合颗粒装入空心管中，与EPS蜗壳消失模模样（3）组箱，用石英砂振动造型，使得装有混合颗粒的空心管（1）作为斜浇道与直浇道（2）之间形成夹角a，且直浇道（2）用EPS消失模模样制备，高度与砂型顶部齐平；所述C5中夹角范围：30°≤a≤60°；

C6、在直浇道内浇注高铬铸铁金属液，浇注完毕冷却，翻箱、落砂，得到蜗壳铸件；

C7、铸件进行热处理。

2.根据权利要求1所述的氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于：所述C1中的Al₂O_3f纤维为工业级Al₂O_3f纤维，直径10-20μm，长度0.3-0.7mm；Cr₃C_2p颗粒为工业级Cr₃C_2p颗粒，粒度为1250目。

3.根据权利要求1所述的氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于：所述C2中的搅拌速率为100-200r/min，混合时间为10-20s。

4.根据权利要求1所述的氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于：所述C3中的搅拌速率为100-200r/min，混合时间为40-60s。

5.根据权利要求1所述的氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于：所述C4中搅拌速率为100-200r/min，混合时间为40-60s。

6.根据权利要求1所述的氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于：所述C6中的浇注温度为1480-1520℃，负压度为0.03-0.06MPa，冷却2-10小时。

7.根据权利要求1所述的氧化铝和碳化铬协同增强铁基复合材料蜗壳的制备方法，其特征在于：所述步骤C7的铸件热处理，加热温度1050℃，保温时间3h。

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