CN101455986A - 一种破碎机双金属耐磨衬板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种破碎机双金属耐磨衬板及制造方法，其耐磨块材料成分包括(重量百分比)，C 1.8％～2.4％、Si 0.4％～1.2％、Mn 0.6％～2.0％、Cr 13％～22％、Mo 0.2％～0.4％、p≤0.06％、s≤0.06％，板体材料包括：C 0.9％～1.1％、Mn 1.0％～1.3％、Si 0.4％～0.8％、p≤0.08％、s≤0.06％、Re 0.02％，上述两种材料成分中其余均为铁及不可避免的杂质；耐磨块1360～1400℃浇注，板体浇注比常规浇注温度高40℃；热处理时1小时升温到300～400℃，然后按50～80℃/小时升温至1000～1050℃，保温3～4小时，然后淬入水中进行水韧处理，本发明使两种合金的界面充分结合，内部应力分布均匀，产品耐磨，不产生裂纹，提高了使用寿命，降低备件消耗。
Description
技术领域
本发明属于破碎机技术领域，具体涉及一种矿山用粗破机用的双金属耐磨衬板制造方法。
背景技术
在矿山、冶金、煤炭、耐火材料能工业行业广泛应用的破碎、制粉、浮选等机械上的衬板是主要的耐磨件，目前各行业所用的衬板的材质主要有高锰钢、多元低合金钢、铬系白口铸铁等几种单一金属材料；在高负荷、高冲击应力条件下一般使用的是高锰钢，Mn13为最矿山破碎机中常用的一种，高锰钢Mn13是一种传统的耐磨合金，水韧处理后的组织为单相奥氏体，具有优异的韧性，同时这种材料具有较强的形变硬化能力，在冲击载荷作用下表层能形成高硬度的硬化层，而心部仍保持高韧性，因此被广泛应用于冲击磨损工况。但是，许多耐磨件的服役工况有很大的不确定性，在外加冲击载荷较小时，Mn13形变硬化不足，经常表现出低的耐磨性而导致材料的快速磨损；国内外学者对此进行了许多改进工作，但多以牺牲材料韧性为代价。
由于高锰钢Mn13在使用时存在的不足，从20世纪60年代起，金属基复合材料就逐渐成为学者和企业关注与研究的热点之一，并已在颚式破碎机衬板、锤式破碎机锤头上得到了广泛应用。双金属复合材料能够将合金块的高硬度和Mn13基体的高韧性结合起来，具有优异的综合性能，成为耐磨材料开发的热点。
双金属铸造的关键技术是合金块与金属基体的界面结合和热处理问题，要求界面能有效地传递载荷，调节材料内部的应力分布，阻止裂纹扩展，使复合材料获得良好的综合力学性能，现有技术中还没有能完全符合上述要求的记载。
发明内容
本发明公开一种破碎机双金属耐磨衬板及制造方法，其目的是解决现有双金属衬板在选材和双金属合金加入量以及铸造、热处理时存在的工艺问题，从而提高粗破机衬板的耐磨性和使用寿命，提高设备生产率和破碎效率。
本发明的目的是通过衬板耐磨块及材质选择及制造方法实现的：
1、耐磨块材料成分确定，其耐磨块材料包括，按量百分比：C 1.8％～2.4％、Si 0.4％～1.2％、Mn 0.6％～2.0％、Cr 13％～22％、Mo0.2％～0.4％、p≤0.06％、S≤0.06％，其余为铁及不可避免的杂质；
2、衬板板体材料的选择，按量百分比：
C 0.9％～1.1％、Mn 1.0％～1.3％、Si 0.4％～0.8％、p≤0.08％、S≤0.06％、Re 0.02％～0.04％，其余为铁及不可避免的杂质；
3、耐磨块形状
耐磨块形状设计成沿高度方向有一定锥度的圆柱体，长度为板体厚度的1/2～2/3，大头埋入基体，以防止齿块脱落影响使用；
4、耐磨块的加入比例的确定
确定耐磨块的加入比例为5％～20％，板体厚度越大，加入比例越大。
5、熔炼和浇注
用碱性坩埚的感应电炉熔炼耐磨块，在1360～1400℃时浇注，衬板板体亦采用碱性埚炉熔炼；
将上述耐磨块经过抛丸处理后，固定在板式骨架上，再置入衬板板体铸造型腔内，预热到200～250℃，预热后合箱，浇入高锰钢板体熔液，浇注时比常规浇注温度高35～40℃，常规浇注温度1470℃左右；使耐磨块与衬板板体达到冶金结合；
6、热处理工艺：
将清理干净的双金属衬板工件装入热处理炉中，工艺要点：1小时内升温到300～400℃，然后按每小时50～80℃的速度升温至1000～1100℃，保温3～4小时，使高锰钢充分奥氏体化，然后将其淬入水中进行水韧处理；在水韧处理过程中由于耐磨块在衬板的内部，因此其获得的冷却速度与其空冷的冷却速度相似，从而达到对耐磨块风冷淬火处理的效果。
本发明耐磨块材料成分确定是根据回归方程式K＝12.33〔C〕+0.55〔Cr〕—15.2而定的，
式中：
K—组织中碳化物体积百分数
〔C〕和〔Cr〕—合金中碳和铬的百分含量
因为当物料硬度小于或接近材料硬度时，耐磨件组织中碳化物总量占(体积)才有利于提高耐磨性。
本发明根据所磨物料的特性及保证在强烈冲击作用下确保耐磨块有足够的耐磨性，K取20％～29％。
从提高合金的耐磨性和产品的经济性两个方面综合考虑，破碎机工作条件要求耐磨块合金既有优良的耐磨性又要有在冲击磨损条件下不崩块的韧性，经济上还要有尽可能低的成本，本发明合金中的Cr含量确定为13％～22％，C的含量1.8％～2.4％。
本发明的优点及效果在于，从耐磨块合金及衬板板体的成分及生产工艺采用新的技术方案，使两种合金的界面充分结合，材料内部的应力均匀分布，不产生裂纹，使复合材料获得良好的综合力学性能，从而提高衬板的使用寿命和破碎效率，降低备件消耗，这种双金属耐磨衬板的使用寿命由原来的300小时提高到600小时以上。
具体实施方式
下面介绍本发明的具体实施例。
破碎机工作条件是在强烈冲击作用下确保耐磨块有足够的耐磨性，对衬板板体材料的要求是具有足够的韧性和较高的抵抗裂纹扩展的能力，从板体结构来分析，板体前面也有一部分参与磨损，因此板体还要具有一定的耐磨性，更主要的是在铸造时使耐磨块与板体充分结合，使用时板体能有效地支承和固定耐磨块，以防止耐磨块在工作过程中脱落。
本发明基于上述综合因素的考虑，对耐磨块和衬板板体的成分作如下选择，耐磨块材料(按重量百分比)：
C 1.8％～2.4％、Si 0.4％～1.2％、Mn 0.6％～2.0％、Cr 13％～22％、Mo0.2％～0.4％、p≤0.06％、S≤0.06％，其余为铁及不可避免的杂质；
衬板板体材料成分包括(按重量百分比)：
C 0.9％～1.1％、Mn 1.0％～1.3％、Si 0.4％～0.8％、p≤0.08％、S≤0.06％、Re 0.02％～0.04％，其余为铁及不可避免的杂质。
表1及表2为本发明的几个最佳实施例。
表1 耐磨块材料成分(余量为铁及不可避免的杂质，重量百分比)
| C(％) | Si(％) | Mn(％) | Cr(％) | Mo(％) | p(％) | s(％) | |
| 实施例1 | 1.9 | 0.62 | 0.8 | 13 | 0.2 | ≤0.09 | ≤0.06 |
| 实施例2 | 1.8 | 0.6 | 0.8 | 15 | 0.2 | ≤0.09 | ≤0.06 |
| 实施例3 | 2.2 | 0.9 | 0.6 | 18 | 0.4 | ≤0.09 | ≤0.06 |
| 实施例4 | 2.4 | 1.0 | 1.0 | 22 | 0.4 | ≤0.09 | ≤0.06 |
表2 板体材料成分(余量为铁及不可避免的杂质，重量百分比)
| C(％) | Mn(％) | Si(％) | P(％) | S(％) | Re(％) | |
| 实施例1 | 1.0 | 1.3 | 0.62 | ≤0.08 | ≤0.06 | 0.02 |
| 实施例2 | 0.9 | 1.3 | 0.6 | ≤0.08 | ≤0.06 | 0.02 |
| 实施例3 | 1.1 | 1.3 | 0.9 | ≤0.08 | ≤0.06 | 0.02 |
| 实施例4 | 1.1 | 1.0 | 1.0 | ≤0.08 | ≤0.06 | 0.02 |
上述实施例是在以下工艺条件下进行的，
1)耐磨块形状选定，
耐磨块形状设计成沿高度方向有一定锥度的圆柱体，长度为板体厚度的1/2～2/3，大头埋入基体，以防止齿块脱落影响使用；
2)耐磨块的加入比例的确定
耐磨块的加入比例为5％～20％，板体厚度越大，加入比例越大。
3)熔炼和浇注
用碱性坩埚的感应电炉熔炼耐磨块，用粘土砂，金属型不设冒口；1360～1400℃浇注，喷丸清理后备用；
衬板板体浇注要求，水玻璃砂造型，钢水亦用碱性埚炉熔炼，板体浇注时比常规浇注温度高40℃左右，常规浇注温度1470℃左右；
衬板板体的浇注，将上述耐磨块经过抛丸处理后，固定在板式骨架上，再置入衬板板体铸造型腔内，预热到200℃左右，预热后合箱，浇入高锰钢板体熔液，使耐磨块与衬板板体达到冶金结合；
4)热处理工艺：
将清理干净的双金属衬板工件装入热处理炉中，工艺要点：1小时升温到300～400℃，然后按每小时50～80℃的速度升温至1000～1100℃，使高锰钢充分进行奥氏体化，保温3～4小时，然后将其淬入水中进行水韧处理，使耐磨块达到风冷淬火效果，HRC58～62，提高衬板使用寿命和破碎效率，降低备件消耗。
Claims (2)
1、一种破碎机双金属耐磨衬板，是由耐磨块及衬板板体复合而成，其特征在于，
1)、耐磨块材料成分确定，其耐磨块材料包括，按重量百分比：
C 1.8％～2.4％、Si 0.4％～1.2％、Mn 0.6％～2.0％、Cr 13％～22％、Mo0.2％～0.4％、p≤0.06％、S≤0.06％，其余为铁及不可避免的杂质；
2)、衬板板体材料的选择，按重量百分比：
C 0.9％～1.1％、Mn 1.0％～1.3％、Si 0.4％～0.8％、p≤0.08％、S≤0.06％、Re 0.02％，其余为铁及不可避免的杂质。
2、一种权利要求1所述的破碎机双金属耐磨衬板的制造方法，其特征在于：
1)、耐磨块形状
耐磨块形状设计成沿高度方向有锥度的圆柱体，长度为板体厚度的1/2～2/3大头埋入基体，以防止齿块脱落影响使用；
2)、耐磨块的加入比例的确定
确定耐磨块的加入比例为5％～20％；
3)、熔炼和浇注
用碱性坩埚的感应电炉熔炼耐磨块，在1360～1400℃时浇注，衬板板体亦采用碱性埚炉熔炼；
将上述耐磨块经过抛丸处理后，固定在板式骨架上，再置入衬板板体铸造型腔内，预热到200～250℃，预热后合箱，浇入高锰钢板体熔液，浇注时比常规浇注温度高35～40℃，常规浇注温度1470℃左右；使耐磨块与衬板板体达到冶金结合；
4)、热处理工艺：
将清理干净的双金属衬板工件按装入热处理炉中，工艺要点：1小时升温到300～400℃，然后按每小时50～80℃的速度升温至1000～1100℃，使高锰钢充分进行奥氏体化，保温3～4小时，然后将其淬入水中进行水韧处理。
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