CN101412101A

CN101412101A - 一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法

Info

Publication number: CN101412101A
Application number: CNA2008102325638A
Authority: CN
Inventors: 彭建洪; 许云华; 刘文刚; 武宏; 岑启宏; 付永红
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2009-04-22

Abstract

本发明公开了一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法，该方法制得的柱状硬质相复合耐磨颚板的齿条是由高硬度柱状硬质相和高韧性基体金属复合而成，用合金粉芯丝材按照颚板上的齿条形状编织合金粉芯丝材骨架，并通过绑扎或焊接固定于颚板上，通过铸造方法，利用经熔炼的基体金属液的高温使合金粉芯丝材在基体中原位反应生成柱状硬质相，并使硬质相与基体界面处实现冶金结合，从而在颚板齿条上形成高耐磨高韧性的复合材料。本发明制备的复合颚板具有高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和高抗压强度等优点，具有投入小、成本低、操作简单等特点，可广泛应用于各式颚式破碎机上。

Description

一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于颚式破碎机设备中的颚板制备，特别是一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法。

背景技术

颚板作为颚式破碎机上一个重要部件，在破碎石料、矿石等物料时，极易被磨损破坏，更换频繁，降低了设备的工作效率，同时也造成钢材料的大量浪费。所以，通常要求颚板具有高耐磨性和高韧性，以及良好的力学性能，而且必须保证设备的安全及可靠性。当前，常用的颚板材料几乎都是单一高锰钢材质。高锰钢的加工硬化能力的提高必需在高冲击条件下才能实现，而颚式破碎机工作条件不具备强烈冲击条件，所以难以发挥高锰钢的硬化特性。因此，单一高锰钢材质制备的颚板，其耐磨性不高，导致磨损严重，使用寿命很短，更换频繁，降低了设备生产效率同时也造成了大量材料浪费，而且通常需要生产单位准备更多的备件，从而大大增加了生产成本。中国专利公开了一种“双液双金属复合铸造颚板方法”(申请号：91101454.3)，其特点是用高硬度的高铬铸铁材质制作耐磨工作层，用高韧性的铸钢材质作衬垫层，用铸造的生产方式将两种金属形成牢固的冶金结合，从而铸造出复合颚板，在模拟试验中，该产品较高锰钢颚板产品使用寿命有大幅提高。但是，这种复合材料其耐磨层只是单一的高铬合金材料，虽然耐磨性好，但韧性差。衬垫层铸钢材料韧性虽然很高，但是无法直接改善耐磨工作面的韧性，可以想象，在工作时耐磨层容易发生脆裂，最终导致脱离现象。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法，该方法制备的柱状硬质合金相复合颚板，其耐磨齿条具有超高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和抗压强度等优点，衬垫底具有高韧性，而且颚板为整体浇铸成型，产品质量安全可靠，能为相关生产单位带来良好的经济效益。

为了实现上述任务，本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法，其特征在于，该方法制得的柱状硬质相复合耐磨颚板的齿条是由高硬度柱状硬质相和高韧性基体金属复合而成，具体制备包括下列步骤：

步骤一，用合金粉芯丝材按照颚板上的齿条形状编织合金粉芯丝材骨架，并通过绑扎或焊接固定于颚板上，合金粉芯丝材骨架的实际体积占齿条复合材料总体积的20％～80％；

步骤二，按照铸造工艺要求制作颚板砂型，并将颚板置入砂型的型腔中；

步骤三，用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制成柱状硬质相复合耐磨颚板。

采用本发明的方法制备的柱状硬质相复合耐磨颚板具有以下技术效果：

1、由于采用合金粉芯丝材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温作用下，合金粉芯丝材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，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柱状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，实现耐磨性与韧性有机统一，且耐磨复合材料抗拉性能和抗压性能良好。本法制备的柱状硬质合金相复合颚板其综合性能优良，具有超高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和高抗压强度等特点，显著优于高锰钢、高铬合金等材料制备的颚板或复合颚板。

2、合金粉末可根据要求进行配比，成分可调，以适应各种工况要求。

3、由于合金粉芯丝材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷。

4、柱状硬质相为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织致密且无明显缺陷，避免了复合材料的硬质相在磨损过程中出现开裂和脱落现象。

5、根据使用工况，可调节柱状硬质相在基体中的比例和分布形式。

6、对于恶劣工况条件，可调整柱/带状硬质点的直径或形状大小以及分布形式，将合金粉芯丝材尺寸从毫米级向微米级调整，并提高合金粉目数，可使复合材料性能获得大幅提高；

7、本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

8、本发明制备的柱状硬质合金相复合颚板产品具有超高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和高抗压强度等优点，能为本品使用单位带来良好的经济效益。

附图说明

图1为合金粉芯丝结构示意图；

图2为三维骨架编织体的结构示意图；

图3是本发明制备柱状硬质合金相复合颚板产品的浇铸工艺示意图；

图4是本发明制备的柱状硬质合金相复合颚板产品的结构示意图；

图5为图4中的A—A剖视图；

图6是本发明制备的复合材料的金相组织图。

下面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

参见附图，按照本发明的技术方案，制备一定直径和合金粉末配比的合金粉芯丝材1(图1)。按所要制备的颚板齿条形状、大小，将合金芯丝材1编织成齿条形状骨架结构，并通过绑扎和焊接的方法将骨架固定于颚板上。合金粉芯丝材骨架的实际体积占齿条复合材料总体积的20％～80％；

按照铸造工艺要求制作颚板砂型，并将颚板置入砂型的型腔中，用挤压铸造或砂型铸造的方法，将冶炼熔化的基体金属高温钢液或铸铁液浇入砂型型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，齿条形状骨架中合金粉的金属元素在金属液中进行短程扩散，在基体金属中原位形成分布均匀且与基体实现冶金结合的高硬度柱状硬质相，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，从而形成以高韧性高强度基体金属钢为基体、内含一定数量和分布均匀的高耐磨硬质相，以及基体金属与硬质相的界面达到冶金结合的耐磨复合颚板。

合金粉芯丝材截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围Φ2mm～Φ10mm，方形截面边长范围2-10mm，长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材截面形状决定)，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1～1mm；芯部为粒度为50～300目的合金粉末。

上述合金粉芯丝材1芯部装入的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。

上述技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。

以下是发明人给出的实施例，但本发明并不限于以下实施例。

实施例：制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的柱状硬质合金相复合颚板

1、将合金粉包裹于低碳钢管皮中，形成合金粉芯丝材1，直径为3mm；合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100～150目；将合金粉芯丝材1按照颚板上的齿条形状编织成一定厚度的三维结构的合金丝材骨架2；通过绑扎和焊接方式将三维结构的合金丝材骨架2固定，合金粉芯丝材骨架的实际体积占齿条复合材料总体积的20％～80％；

2、按照铸造工艺要求制作颚板砂型3，并将三维结构的合金丝材骨架2放入砂型3中待浇铸；

3、将A3钢作为基体金属4，用中频炉冶炼熔化，达到1600℃出炉，从浇道8浇入颚板砂型3中，基体金属4钢液的高温，对三维结构丝材骨架2的合金粉芯丝材1进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉金属元素在钢液中进行扩散，在基体金属4中原位形成分布均匀且实现冶金结合的高硬度柱状硬质相5，从而形成以高韧性高强度的A3钢为基体、内含一定数量、相分布均匀且相界面达到冶金结合的复合颚板齿条6，而衬垫底7是与齿条在整体浇铸过程中成型的。

4、浇铸完毕后室温冷却，待铸件冷却至一定温度后取出，从而获得最终颚板产品。

按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

通过上述实施例可以明显看到，按照不同的需求，基体金属4可以选择灰口铸铁或球墨铸铁；合金粉末的粒度选择范围为50目～300目之间，均可以制备合格的柱状硬质合金相复合颚板。

当然，本发明的方法还可以选择挤压铸造的方法来实现。

Claims

1、一种柱状硬质相复合耐磨颚板的制备方法，其特征在于，该方法制得的柱状硬质相复合耐磨颚板的齿条是由高硬度柱状硬质相和高韧性基体金属复合而成，具体制备包括下列步骤：

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯丝/带材截面为圆形或方形或长方形，其中圆形直径范围Φ2mm-Φ10mm，方形截面边长范围2mm-10mm；长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材截面形状决定；包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1mm～1mm，合金粉芯丝材的芯部灌装有合金粉末，粒度为50目～300目。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为高碳铬铁粉，或者是高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。

5、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。

6、如权利要求5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。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或球墨铸铁。