CN101406950A - 一种复合耐磨衬板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合耐磨衬板的制备方法，该方法采用合金粉芯棒材，合金粉芯棒材的芯部灌装有合金粉末，将合金粉芯棒材预置在衬板铸型中，合金粉芯棒材所占体积分数为衬板总体积的20％～60％，选择基体金属熔化后浇铸入衬板铸型中，冷却脱型后即形成由合金粉芯棒材和基体金属组成的复合耐磨衬板。该方法制备的复合耐磨衬板，柱状硬质相在基体内原位复合生成，不存在偏析，组织结构均匀，硬质相不易脱落，使衬板既具有基体金属的强度和韧性，又有硬质相的高硬度和高抗磨性，使用寿命比普通衬板提高一个数量级，能够同时承受高冲击力和强烈磨损，其制备过程的工艺参数可控性强，价格低的特点。能够满足各种磨损、高冲击等复杂工况下使用。

Description

一种复合耐磨衬板的制备方法

技术领域

本发明涉及一般破碎、研磨、输送、浮选、粉碎领域的机械设备，特别是一种复合耐磨衬板的制备方法，该方法制备的复合耐磨衬板特别适用于大直径、高冲击、研磨、粉碎领域的机械设备的零部件制作。

背景技术

煤炭、冶金、矿山、电力、建材、耐火材料、能源等工业行业广泛应用的破碎、制粉、浮选、输送等机械上的衬板是主要的磨损件。目前各行业所用的衬板材质主要有高锰钢、多元低合金钢、铬系白口铸铁等几种单一金属材料。高锰钢中无硬质碳化物，因而硬度低。只有在高负荷、高冲击应力下，实现奥氏体向马氏体的固态相变而加工硬化，才能充分发挥其耐磨性。而在球磨机中，磨球是通过磨料堆积层间接冲击衬板，冲击强度较小，加工硬化效果不显著，因此耐磨性达不到理想值；多元低合金钢中也无硬质碳化物，因而硬度低。宏观硬度在HRC40左右，由于硬度低，不能抵抗磨料的压入和划动，在使用过程中表面产生大量的切削和塑变低周疲劳，故耐磨性不好；铬系铸铁虽然耐磨、耐热、耐蚀性能好，但其塑韧性差容易断裂。尤其在大直径、高冲击、研磨、粉碎领域，安全性更是不能令人满意。近年来，针对衬板磨损的具体工况和资源情况，国内外主要在化学成分再合金化、热处理工艺、冶炼浇注工艺等方面展开研究，研制出多种耐磨材料，主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列，高、中、低碳耐磨合金钢系列，锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁等衬板材质，但由于单一材质在强度、硬度、塑韧性等方面机械力学性能不可兼顾各种现场工况存在特殊要求，所以使用期限仍然很短或很难满足各种工况的需要。

在复合材料工艺方面：目前常采用的铸渗复合，复合层太薄，不能整体复合，同时表面复熔层易发生碎裂剥落；双液复合，工艺参数无法精确控制；堆焊复合，复合层易产生裂纹等等。中国专利CN1974068A公开了一种嵌铸硬质合金耐磨衬板及其制作方法，这种衬板制造成本高，硬质合金预制加工难度大，嵌铸后由于硬质合金与钢基体处于机械结合状态，结合强度低，硬质相容易脱落，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种复合耐磨衬板的制备方法，能够满足各种磨损、高冲击等复杂工况下使用。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种复合耐磨衬板的制备方法，其特征在于，该方法采用合金粉芯棒材，合金粉芯棒材的芯部灌装有合金粉末，将合金粉芯棒材预置在衬板铸型中，合金粉芯棒材所占体积分数为衬板总体积的20％～60％，选择基体金属熔化后浇铸入衬板铸型中，冷却脱型后即形成由合金粉芯棒材和基体金属组成的复合耐磨衬板。

本发明的方法制备的复合耐磨衬板，柱状硬质相在基体内原位复合生成，不存在偏析，组织结构均匀，硬质相不易脱落，使衬板既具有基体金属的强度和韧性，又有硬质相的高硬度和高抗磨性，使用寿命比普通衬板提高一个数量级，能够同时承受高冲击力和强烈磨损，其制造工艺简单，价格低廉，而且制备过程的工艺参数可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

附图说明

图1是复合耐磨衬板制备工艺示意图；

图2是复合耐磨衬板结构剖视图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明：

具体实施方式

按照本发明的技术方案，选用一定直径和合金粉末配比的合金粉芯棒材，预置在衬板铸型中，预置在铸型中的合金粉芯棒材所占体积分数为衬板总体积的20％～60％。然后把熔化的基体金属浇入衬板铸型，在基体金属的热作用下合金粉芯棒材发生熔化、溶解，大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相，并与基体金属冶金过渡结合融为一体，即可制成硬度与强韧性良好匹配的复合耐磨衬板。

上述合金粉芯棒材直径为Φ2mm～Φ10mm，其外皮为低碳钢管，芯部填充有粒度为50～200目的合金粉末。其中，合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛粉末中的一种或几种构成。

上述基体金属是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的铸钢或铸铁中的一种。

本发明的机理是，由于采用合金粉芯棒材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温作用下，合金粉芯棒材熔化，合金粉末溶解弥散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在基体金属中的宏观上呈棒状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与韧性有机统一，整体性能显著提高。由于合金粉芯棒材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣等缺陷，内部组织性能优良。

以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，本发明并不限于这些实施例，在本发明给出的范围内，均能够制备合适的复合耐磨衬板。

实施例1：制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的棒状复合耐磨衬板

本实施例按照以下步骤进行：

1、选用5mm直径的合金粉芯棒材1，壁厚为0.5mm，合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100～150目，裁剪成与衬板厚度相同的长度；

2、采用树脂砂按照铸造工艺要求制作铸型2；

3、将合金粉芯棒材1，按照占衬板50％的体积比例，预置在铸型2的型腔内；

4、选用A3钢作为基体金属3，A3钢用中频炉冶炼熔化后，达到1600℃出炉，将A3钢液浇入铸型2的型腔内，注满为止；

5、铸型2室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高铬合金为棒状硬质相4、A3钢为基体金属3的复合耐磨衬板。

实施例2：

本实施例与实施例1所不同的是，合金粉芯棒材1的直径选用10mm，壁厚为1mm，合金粉末由高碳铬铁粉和钼铁粉构成(高碳铬铁粉∶钼铁粉＝85∶15)，其粒度为100～200目，选用45钢作为基体金属3，其余同实施例1。

实施例3：

本实施例与实施例1所不同的是，合金粉芯棒材1的直径选用2mm，壁厚为0.1mm，合金粉末由高碳铬铁粉和钼铁粉构成(高碳铬铁粉∶钼铁粉＝85∶15)，其粒度为50～100目，选用T10钢作为基体金属3，其余同实施例1。

实施例4：

本实施例与实施例1所不同的是，合金粉芯棒材1的直径选用5mm，壁厚为0.3mm，合金粉末由碳化钨、碳化硅、碳化钛构成(碳化钨∶碳化硅∶碳化钛＝4∶4∶2)，其粒度为50～100目，其余同实施例1。

实施例5：

本实施例与实施例1所不同的是，金粉芯棒材1所占体积分数为衬板总体积的30％，其余同实施例1。

实施例6：

本实施例与实施例1所不同的是，金粉芯棒材1所占体积分数为衬板总体积的60％，其余同实施例1。

当然合金粉末还可以根据工况选择碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛粉末中的一种或几种构成。可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。

基体金属层按照工件要求选择，可以是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的铸钢或铸铁中的一种。

合金粉芯棒材1所占工件耐磨层的体积分数在20％～60％之间选取，均能够制备适合不同工况的复合耐磨衬板。

Claims (7)

1、一种复合耐磨衬板的制备方法，其特征在于，该方法采用合金粉芯棒材，合金粉芯棒材的芯部灌装有合金粉末，将合金粉芯棒材预置在衬板铸型中，合金粉芯棒材所占体积分数为衬板总体积的20％～60％，选择基体金属熔化后浇铸入衬板铸型中，冷却脱型后即形成由合金粉芯棒材和基体金属组成的复合耐磨衬板。

2、如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的合金粉芯棒材的外管为低碳钢管，直径为Ф2mm～Ф10mm，壁厚为0.1～1mm。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末的粒度为50～200目。

4、如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末由高碳铬铁粉构成，或者根据需要添加钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉或其它合金粉。

5、如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛粉末中的一种或几种构成。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或铸铁。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢、低碳钢或合金钢，所述的铸铁是灰口铸铁或球墨铸铁。

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