CN101658916A

CN101658916A - 预制骨架增强体复合磨盘的制备方法

Info

Publication number: CN101658916A
Application number: CN200910024044A
Authority: CN
Inventors: 武宏; 许云华; 牛立斌
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-22
Also published as: CN101658916B

Abstract

本发明公开了一种预制骨架增强体复合磨盘的制备方法，制得的复合磨盘是由含有硬质相的骨架增强体与基体金属复合而成，方法采用内装硬质材料的管丝制成骨架预制体，进行真空高温冶金烧结，形成含有硬质相的骨架增强体，再将其与基体金属浇铸复合成型，形成由含有硬质相的骨架增强体与基体金属复合而成的磨盘。由于骨架增强体经过了真空高温冶炼烧结，形成了充分的冶金组织结构，且排列有序，均匀分布，性能稳定，整体性强，与基体金属复合仍能保持完整的骨架结构，既发挥了骨架增强体中硬质相的高耐磨性，又保留了基体金属的良好韧性，可进行局部复合、梯度复合或整体复合，达到最佳的使用效果，综合性能显著提高。

Description

预制骨架增强体复合磨盘的制备方法

技术领域

本发明涉及粉碎、研磨领域广泛使用的磨盘的制备，特别涉及一种预制骨架增强体复合磨盘的制备方法。该方法制备的复合磨盘，由高硬度的骨架增强体和基体金属组成，既发挥了增强体的高耐磨性，又保留了基体金属的良好韧性，综合性能显著提高。

背景技术

在火电、水泥、钢铁等行业中，制粉系统是非常关键的一个环节，煤粉、矿石等都需要粉磨到一定的粒度来满足使用要求。立式磨机由于具有高效节能、安全可靠等优点，已被广泛采用，其关键部件磨盘在工作过程中，既承受着高硬物料的摩擦磨损，又受到物料的高应力接触疲劳作用，特别是受到两者的联合交互作用，使得磨盘使用寿命很短，检修更换频繁，制约了企业的正常生产经营。目前各行业所用的磨盘材质主要有合金钢、高铬铸铁等几种单一金属材料。合金钢虽然具有较好的韧性，满足安全使用的要求，但其合金含量相对偏少，基体组织中碳化物数量较少，很难达到耐磨性能要求，并且需要采用复杂的热处理工艺，增加了制造成本；高铬铸铁虽然耐磨、耐热、耐蚀性能好，但其韧性差容易断裂，使用受到限制。为了提高磨盘的使用寿命，有人采用堆焊工艺，在磨损面堆焊一层高耐磨合金，通常会产生大量裂纹，堆焊层间的结合强度也较低，在高应力作用下很容易开裂剥落，因此适用范围有限。已公开的申请专利“一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法”，申请号：200810232567.6，采用了合金粉芯丝材编制成近似磨盘形状骨架，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到磨盘铸型的型腔内，快速将编制的磨盘形状骨架放入充有高温基体金属钢液的浇铸型腔中，利用高温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结或溶化，在原位生成高度弥散的高硬度柱状合金硬质相；室温冷却，制得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘。该方法主要利用高温金属液的热量来熔化溶解合金粉芯丝材，使其原位反应生成柱状硬质相，但在实际制备时，由于温差的作用，合金元素的反应很难控制，温度高的部位合金元素完全溶解扩散，会全部溶入到基体金属中，导致基体金属变质，无法保证原有性能，达不到材料复合的效果；而温度低的部位，合金元素反应不完全，仅起到烧结的作用，无法形成完整的冶金结构，起不到增强的效果；同时合金粉芯丝材在高温下容易软化变形，破坏了预制体的有序排列，难以保证复合的均匀性。另外由于没有采用预热措施，合金粉芯丝材的制冷作用很容易导致金属液过早冷却，造成浇不足、冷隔、缩孔等铸造缺陷，对于大尺寸、大吨位的磨盘制作，工艺上很难保证。

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能够满足磨粒磨损工况下使用的高性能预制骨架增强体复合磨盘的制备方法。该方法采用内装硬质材料的管丝制成预制骨架体，进行真空冶金烧结，在高温下管丝和内部的硬质材料熔化溶解，形成充分的冶金组织结构，并生成大量的硬质相，然后冷却使其原位凝固形成完整的骨架增强体，再将其与基体金属浇铸复合形成一体，制备出由含有硬质相的骨架增强体与基体金属组成的复合磨盘。

利用该方法制备的骨架增强体由于经过真空高温冶炼烧结，形成了充分的冶金组织结构，性能稳定，具有良好的强度和刚度，整体性强，与基体金属复合仍能保持完整的骨架结构，且排列有序，分布均匀，可达到最佳的复合效果；硬质相的种类和含量可自由调控，并达到局部复合、梯度复合或整体复合，从而达到最佳的使用性能；磨盘由含有硬质相的骨架增强体和基体金属组成，既发挥了骨架增强体中硬质相的高耐磨性，又保留了基体金属的良好韧性，二者相互交织、互相支撑，综合性能显著提高。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种预制骨架增强体复合磨盘的制备方法，制得的该复合磨盘是由含有硬质相的骨架增强体与基体金属复合而成，具体包括下列步骤：

(1)选用内装硬质材料的管丝，将管丝剪切、弯制、编织、叠加，按磨盘结构制成骨架预制体；

(2)用耐火材料，填充骨架预制体内的空隙，并包覆压实制成块状，烘干，形成具有一定强度的块体；

(3)将块体放入真空冶金烧结炉内，进行冶炼烧结，在高温下管丝外钢皮与内装的硬质材料熔化溶解，形成充分的冶金组织结构，在耐火材料的定位作用下，使其在原位凝固成型；

(4)降温冷却，清理掉耐火材料，获得具有一定空间结构的骨架增强体，并进行酸洗，烘干，去除表面杂质；

(5)按照铸造工艺要求制作铸型，并将骨架增强体预置入铸型型腔内；

(6)将铸型在300℃～800℃条件下进行烘干预热；

(7)冶炼基体金属，待达到合适的温度后出炉，浇入铸型内，注满为止；

(8)冷却凝固后脱模清理，即制成由含有硬质相的骨架增强体和基体金属组成的复合磨盘。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、含有大量硬质相的骨架增强体与基体金属相互交织、互相支撑，有效融为一体，既发挥了增强体的高耐磨性，又具有基体金属的高韧性，综合性能良好。

2、采用了内装硬质材料的管丝制作骨架预制体，并进行真空冶金烧结，形成了充分的冶金组织结构，并生成了大量硬质相化合物，骨架增强体具有良好的强度和刚度，在与基体金属复合过程中，仍能保持完整骨架结构，且排列有序，分布均匀，保证了最佳的复合效果。

3、采用了真空高温冶金烧结成型工艺，形成的骨架增强体内部组织纯洁，不良缺陷少，达到了完全冶金化的效果，性能稳定可靠。

4、骨架增强体具有良好的抗高温变形能力，可提高烘干预热的温度，从而保证基体金属液的流动性和充型可靠性，避免浇不足、冷隔或缩孔等现象的发生，保证了整体复合质量。

5、可将骨架增强体化整为零，先制备出小尺寸的增强体，复合时再拼装成整体的骨架结构，复合后仍能保持增强体的完整性，可复制性好，可操作性强，制作工艺方便可靠。

6、硬质相的种类和数量可根据使用要求自由调控，通过选用不同的硬质材料组合配比，制备出适应不同磨损工况的复合磨盘。

7、可根据磨盘的工作面要求，设置合理的复合层厚度，并调整骨架增强体的空间密度，达到局部复合、梯度复合或整体复合，优化产品性能。

8、采用冶金铸造法制备，不存在润湿性问题，工艺简便，成本较低。

附图说明

图1为管丝结构示意图。

图2为骨架预制体填充耐火材料冶金烧结示意图。

图3为骨架增强体浇铸复合工艺示意图。

图4为骨架增强体复合磨盘的组织结构示意图。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

按照本发明的预制骨架增强体复合磨盘的制备方法，制得的该复合磨盘是由含有硬质相的骨架增强体与基体金属复合而成，具体包括下列步骤：

(6)将铸型在300℃～800℃条件下进行烘干预热；

所述管丝的外钢皮为低碳钢，直径φ2.0～φ5.0mm。

所述硬质材料由铁合金粉、金属粉、石墨粉、硬质合金颗粒、陶瓷颗粒其中一种或几种构成，粒度：0.1～2.0mm，填充率：10％～60％。

所述耐火材料选用树脂砂、水玻璃砂、石墨或公知的耐火材料。

所述烘干预热温度：300℃～800℃

所述基体金属选用普通碳钢、合金钢、高锰钢。

以下是发明人给出的实施例，这些实施例主要用于进一步解释本发明，但本发明不限于以下实施例。

实施例1：制备高铬合金骨架增强体与高锰钢复合磨盘

参见图1～3，本实施例的制备方法按照以下步骤进行：

A、选用φ2.8mm直径的管丝1，外钢皮为低碳钢，内装配制好的高碳铬铁粉2，粒度0.15～0.2mm，填充率50％，按照磨盘结构，将管丝1剪切、弯制、编织、叠加制成骨架预制体；

B、选用水玻璃砂作为耐火材料3，将其填充到骨架预制体的空隙内，并包覆压实制成块状，干燥后形成具有一定强度的块体；

C、将块体放入真空冶金烧结炉内，进行高温冶炼烧结，管丝1的外钢皮与内装的高碳铬铁粉2熔化溶解，形成高铬合金组织，并生成大量碳化物，在水玻璃砂耐火材料3的定位作用下，降温冷却，使其原位凝固成型；

D、清理掉水玻璃砂耐火材料3，获得具有一定空间结构的骨架增强体，进行酸洗烘干，去除表面杂质；

E、按照铸造工艺要求制作铸型4，并将骨架增强体预置入铸型4的型腔内；

F、将铸型4进行烘干预热到温度400℃；

G、冶炼高锰钢作为基体材料5，待达到合适温度后出炉，浇入铸型4内，注满为止；

H、冷却凝固后脱模清理，即制成由高铬合金骨架增强体和高锰钢基体5组成的复合磨盘。

实施例2：制作碳化钨硬质合金与35钢的复合磨盘

参见图1～3，本实施例的制备方法按照以下步骤进行：

A、选用φ4.0mm直径的管丝1，外钢皮为低碳钢，内装配制好的碳化钨颗粒2，粒度0.5～1mm，填充率30％，按照磨盘结构，将管丝1剪切、弯制、编织、叠加制成骨架预制体；

B、选用树脂砂作为耐火材料3，将其填充到骨架预制体的空隙内，并包覆压实制成块状，干燥后形成具有一定强度的块体；

C、将块体放入真空冶金烧结炉内，进行高温冶炼烧结，管丝1的外钢皮与内装的碳化钨颗粒2熔化溶解，形成钢结碳化钨合金，在树脂砂耐火材料3的定位作用下，降温冷却，使其原位凝固成型；

D、清理掉树脂砂耐火材料3，获得具有一定空间结构的骨架增强体，进行酸洗烘干，去除表面杂质；

F、将铸型4进行烘干预热到温度500℃；

G、冶炼35钢作为基体材料5，待达到合适温度后出炉，浇入铸型4内，注满为止；

H、冷却凝固后脱模清理，即制成由含有碳化钨硬质相的骨架增强体与35钢基体5组成的复合磨盘。

当然，本发明的硬质材料可以选择铁合金粉、金属粉、石墨粉、硬质合金颗粒、陶瓷颗粒其中一种或几种，耐火材料选用树脂砂、水玻璃砂、石墨或公知的耐火材料均可以，基体金属不局限于普通碳钢、合金钢、高锰钢，可以根据要求选择不同的基体金属，均能够实现本发明的目的。

本发明制备的预制骨架增强体复合磨盘的组织结构示意图如图4所示，制得的该复合磨盘既发挥了骨架增强体中硬质相的高耐磨性，又保留了基体金属的良好韧性，二者相互交织、互相支撑，综合性能显著提高。

遵循本发明的技术指导方案制得的复合磨盘的各项耐磨性技术指标对比参见下表：

产品材质	宏观硬度	冲击韧性	磨损量	相对寿命
产品材质	宏观硬度	冲击韧性	磨损量	相对寿命	35钢	HRC13	35J/cm²	0.0504g	1
Mn13	HRC15	129J/cm²	0.0301g	1.67	35钢	HRC13	35J/cm²	0.0504g	1
Mn13	HRC15	129J/cm²	0.0301g	1.67	高铬合金与高锰钢复合	HRC62	76J/cm²	0.0062g	8.13

碳化钨与35钢复合

HRC76

30J/cm²

0.0047g

10.8

备注：选用360号Al₂O₃砂纸、载荷0.8kg两体磨损检测结果

同时按照本发明的方法，可进行局部复合、梯度复合或整体复合，其硬质相的种类和含量可控可调，复合厚度也可根据要求调整，综合性能显著提高，可广泛应用于火电、冶金、煤炭、建材等工况领域。

Claims

1、一种预制骨架增强体复合磨盘的制备方法，其特征在于，该方法制得的该复合磨盘是由含有硬质相的骨架增强体与基体金属复合而成，具体包括下列步骤：

(6)将铸型在300℃～800℃条件下进行烘干预热；

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管丝的外钢皮为低碳钢，管丝直径为φ2.0～φ5.0mm。

3、根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述硬质材料由铁合金粉、金属粉、石墨粉、硬质合金颗粒、陶瓷颗粒其中一种或几种构成，粒度：0.1～2.0mm，填充率：10％～60％。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐火材料选用树脂砂、水玻璃砂、石墨或公知的耐火材料。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基体金属选用普通碳钢、合金钢、高锰钢。