CN102274925A

CN102274925A - 一种原生TiCr2表面复合金属磨盘

Info

Publication number: CN102274925A
Application number: CN2011102484547A
Authority: CN
Inventors: 李祖来; 蒋业华; 周荣; 陈志辉; 宋群玲
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明涉及一种原生TiCr₂表面复合金属磨盘，属于金属耐磨材料技术领域。采用高锰钢、合金钢、普通碳钢及常用钢种作为金属磨盘本体，在金属磨盘的工作部位复合TiCr₂。既具有本体金属的高强度和高韧性，又具有表面TiCr₂的高温耐磨性和高硬度性能，能够同时承受高温和高压下的强烈磨损，具有使用寿命长、价格合理、制备简单等特点。

Description

一种原生TiCr<sub>2</sub>表面复合金属磨盘

技术领域

本发明涉及一种原生TiCr₂表面复合金属磨盘，属于金属耐磨材料技术领域。

背景技术

磨盘是研磨机上的一种模具，主要在电力、矿山、水泥、化工、煤炭等部门中的使用，用于煤炭、矿石等的粉磨。磨盘的耐磨性直接影响其使用寿命。当前用于制作磨盘的材料主要为高合金钢和铸铁等材料：高合金钢具有韧性好，但高温下的硬度较低，因此抗磨性较差；采用铸铁材料，虽然耐磨性得到了保证，但究其韧性差的弊病，常在使用过程中发生断裂，导致生产企业停工停产。

虽然也有一些复合材料用于制作金属磨盘，但仍未达到良好的使用效果。专利CN101824635A公开了一种碳化钨金属磨盘及其生成方法，具有电镀层和碳化钨磨粒层。所以在生产的过程中涉及到两个界面，一个是镀层，另一个是磨粒层，将会严重影响碳化钨金属磨盘的使用寿命，而碳化钨颗粒的添加，也会增加金属磨盘中的铸造缺陷，使用寿命降低，同时其生产工艺复杂，生产成本高。专利CN101585081A公开了一种复合材料磨辊与磨盘及其负压铸造方法，由于WC颗粒的添加，显著的增加复合材料在制备过程中铸造缺陷的出现，严重影响复合材料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种表面原位复合TiCr₂的耐磨金属磨盘，采用高锰钢、合金钢、普通碳钢及常用钢种作为金属磨盘本体，在金属磨盘的工作部位表面复合TiCr₂相，增强金属磨盘的耐磨性能。

本发明所采用的技术方案是：在金属磨盘的工作表面原位复合耐磨相，耐磨相为TiCr₂。

所述基体金属是高锰钢、合金钢、普通碳钢等常用钢种，金属磨盘的工作部位复合厚度为2～5mm的耐磨层。耐磨层为金属元素Cr与Ti的混合物，Cr与Ti的摩尔比为2:1。

本发明的表面原生TiCr₂复合金属磨盘，可采用以下步骤制作：

（1）TiCr₂的预制备：按2:1的摩尔比，将金属元素Cr粉与Ti粉均匀混合，各金属元素粉末的粒径为100～200目，然后按照现有技术进行机械合金化；

（2）在步骤（1）预制备的TiCr₂粉料中加入浓度为6%的聚乙烯醇，加入量为耐磨相重量的2～5%，搅拌混合均匀；

（3）采用现有技术，以聚苯乙烯泡沫制备金属磨盘的消失模模型，然后将步骤（2）制备的混合粉料均匀涂抹在金属磨盘的消失模模型表面（涂在耐磨盘工作部位），涂抹厚度为2～5mm，待涂抹层自然干燥后，安装浇注系统，均匀涂上1～2mm厚的普通耐火材料，待其在40～60℃的干燥后用30～40目的干石英砂进行消失模造型；

（4）用现有技术熔炼高锰钢、合金钢、普通碳钢及常用钢种钢液，在温度为1450～1550℃时浇入步骤（3）制备的消失模型腔内，浇注速度为3～6kg/s，注满为止，待其自然冷却后，取出铸件，清理铸件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原生TiCr₂表面复合耐磨金属磨盘。

本发明通过机械合金化使元素粉末相互过饱和固溶，在液态金属基的高温作用下，元素粉末发生熔解与溶化，原位反应并和金属液发生冶金化合反应，同时由于元素粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了元素粉末的进一步扩散，使元素粉末更容易在原位富集，结晶析出大量弥散的TiCr₂，并与金属基体形成良好的冶金结合，界面结合强，解决了硬质相易脱落、易破碎等难题，实现了高温耐磨性与高强韧性的统一结合，使耐磨磨盘的整体性能显著提高。

本发明具有以下优点

1．元素粉末配比可根据耐磨磨盘的使用要求进行合理设计，成分可调，使用范围广。

2．原料采用的是元素粉末，其渣滓等比较少，因此不会产生夹渣等缺陷，复合层的内部组织优良。

3．复合成形工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

4．TiCr₂为整体原位反应生成，避免了机械复合等工艺过程中常常出现的开裂现象和使用过程中的脱落现象。

5．根据耐磨磨盘的实际使用情况，可以调节TiCr₂在金属基体中的比例，并保证分布均匀。

6．根据高耐磨磨盘的结构特点，可实现表面区域复合和整体复合。

7. 能够使耐磨磨盘的工作面既具有基体金属的强度和韧性，又有TiCr₂的高硬度和高耐磨性，能够同时承受冲击力、高频循环载荷和强烈磨损，具有很高的性价比，非常适合工业化大规模生产，比一般材料的耐磨磨盘的使用寿命提高了2~4倍。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明金属磨盘的立体结构图；

图2是本发明原生TiCr₂表面复合金属磨盘的消失模模腔示意图；

图3是本发明金属磨盘工作部位复合TiCr₂的剖面示意图；

图2中，1-消失模模型的涂抹层剖面图，2-消失模模腔，3-消失模砂型；

图3中，4-金属磨盘复合TiCr₂层的剖视图，5-金属磨盘剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的保护内容不限于所述范围。

实施例1：

（1）TiCr₂的预制备：按2:1的摩尔比，将Cr粉与Ti金属粉均匀混合，各金属粉末的粒径为100目，然后按照现有技术进行机械合金化；

（2）在步骤（1）制备的TiCr₂粉末中加入浓度为6%的聚乙烯醇，加入量为耐磨相重量的2%，搅拌混合均匀；（参见图1、图3）

（3）采用现有技术，以聚苯乙烯泡沫制备轧钢机导卫板消失模模型，然后

将步骤（2）制备的混合料均匀涂抹在消失模模型表面（涂在耐磨盘工作部位）上，涂抹厚度为2mm，待涂抹层自然干燥后，安装浇注系统，均匀涂上1mm厚的普通耐火材料，待其在40℃的条件下干燥后用30目的干石英砂造型；（参见图2）

（4）用现有技术熔炼普通高锰钢液，在温度为1450℃时浇入步骤（3）制备的模型型腔内，浇注速度为3kg/s，注满为止，待其自然冷却后，取出铸件，清理铸件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原生TiCr₂表面复合耐磨磨盘。

实施例2：

（1）TiCr₂的预制备：按2:1的摩尔比，将Cr粉与Ti金属粉混合，各金属粉末的粒径为150目，然后按照现有技术进行机械合金化；

（2）在步骤（1）预制备的TiCr₂粉末中加入浓度为6%的聚乙烯醇，加入量为耐磨相重量的3%，搅拌混合均匀；（参见图1.图3）

（3）采用现有技术，以聚苯乙烯泡沫制备轧金属磨盘的消失模模型，然后将步骤（2）制备的混合料均匀涂抹在金属磨盘的消失模模型表面（涂在耐磨盘工作部位）上，涂抹厚度为4mm，待涂抹层自然干燥后，安装浇注系统，均匀涂上1.5mm厚的普通耐火材料，待其在50℃的条件下干燥后用35目的干石英砂造型；（参见图2）

（4）用现有技术熔炼普通碳钢钢液，在温度为1540℃时浇入步骤（3）制备的模型型腔内，浇注速度为4kg/s，注满为止，待其自然冷却后，取出铸件，清理铸件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原生TiCr₂表面复合耐磨磨盘。

实施例3：

（1）TiCr₂的预制备：按2:1的摩尔比，将Cr粉与Ti金属粉混合，各金属粉末的粒径为200目，然后按照现有技术进行机械合金化；

（2）在步骤（1）制备的TiCr₂粉末中加入浓度为6%的聚乙烯醇，加入量为耐磨相重量的5%，搅拌混合均匀；（参见图1.图3）

（3）采用现有技术，以聚苯乙烯泡沫制备轧钢机导卫板消失模模型，然后将步骤（2）制备的混合料均匀涂抹在金属磨盘的消失模模型表面（涂在耐磨盘工作部位）上，涂抹厚度为5mm，待涂抹层自然干燥后，安装浇注系统，均匀涂上2mm厚的普通耐火材料，待其在60℃干燥后用40目的干石英砂造型；（参见图2）

（4）用现有技术熔炼普通合金钢液，在温度为1550℃时浇入步骤（3）制备的模型型腔内，浇注速度为6kg/s，注满为止，待其自然冷却后，取出铸件，清理铸件表面的消失模涂料及其表面的氧化皮，即得到原生TiCr₂表面复合耐磨磨盘。

Claims

1.一种原生TiCr₂表面复合金属磨盘，其特征在于：在金属磨盘的工作部位原位复合TiCr₂耐磨表面。

2.根据权利要求书1所示的原生TiCr₂表面复合金属磨盘，其特征在于：耐磨金属磨盘表面复合的耐磨相主要为TiCr₂，其厚度为2～5mm。

3.根据权利要求书1或2所述的原生TiCr₂表面复合金属磨盘，其特征在于：金属本体为常规高锰钢、合金钢和碳钢。

4.根据权利要求书2所述的原生TiCr₂表面复合金属磨盘，其特征在于耐磨相为Cr与Ti组成的混合物，Cr与R的摩尔比为2:1。