CN102764852B - 一种采用v法铸造生产超高锰钢颚板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法，包括化学成分优化设计、系统浇注、干砂V法铸造造型、熔炼浇注及热处理等步骤。所述采用V法铸造生产超高锰颚板的方法通过对化学成分和热处理进行优化设计，采用V法铸造工艺生产出的超高锰钢颚板韧性好、耐磨性优使用寿命为传统高锰钢的1.5~2倍，大大降低了金属材料消耗，同时减少了更换颚板所需要的人工、材料等费用，具有较高的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产超高锰钢颚板的方法，具体涉及一种采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法。
背景技术
超高锰钢是在高锰钢的基础上进一步提高碳、锰的含量，同时又加入了一些合金元素如铬、钼、钛等。碳含量增加可以提高合金的耐磨性；锰含量增加可以提高合金的固溶度；钼可以缓解碳的扩散速度，因此加入一定量的钼，可以在提高钢中的碳含量时不至于造成过多的碳化物析出；铬可以降低高锰奥氏体的层错能，在形变过程中有利于层错的形成，并可诱发孪晶的出现，从而提高钢的加工硬化能力；钛主要起到强化脱氧和细化晶粒的作用，从而提高钢的力学性能。
超高锰钢铸态组织以奥氏体为基体，品界和晶内存在网状碳化物，基体上还有大量的珠光体，硬度200～260HB，强度低，塑性、韧性差，不能直接使用。由于超高锰钢的导热系数比碳素钢、耐热钢、不锈钢等低，从而增加了高温铸件体内温度梯度，加大了冷却收缩过程中的热应力。同时其膨胀系数大约是碳素钢的2倍，使得在制造过程中容易产生热裂和冷裂等缺陷。铸态的超高锰钢经过水韧处理后形成单一的奥氏体组织，硬度仅为180～240HB，但是经过形变后出现显著加工硬化现象，其显微组织出现许多滑移带，甚至出现晶粒扭曲、滑移带弯曲或滑移台阶，形变层的硬度可以达到500～800HB，硬化层的深度可以达到10～20mm。硬化层的深度及曲线形状与所承受的冲击载荷、超高锰钢的化学成分以及机械性能等因素有关。硬化层的高硬度和良好韧性，使其具有了优良的抗磨性能。同时在表层硬化层被磨耗的同时，在冲击载荷的作用下硬化层连续不断向内部发展，使材料始终保持良好的耐磨性能。
由于超高锰钢具良好的韧性和加工硬化能力，所以被广泛应用于矿山耐磨冲击件。但由于这种冲击件所受冲击载荷大，因此要求颚板必须具有很好的韧性和耐磨性。
发明内容
为了解决上述存在的诸多问题，本发明旨在提供一种能生产出具有较高综合耐磨性能且使用寿命长的颚板的采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法。
本发明提供一种采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法，包括化学成分优化设计、系统浇注、干砂V法铸造造型、熔炼浇注及热处理等步骤。
所述化学成分优化设计是对主要元素化学成分进行优化设计，所述元素包括C、Mn、Cr、Si、S及P。
所述系统浇注步骤中，颚板的工作部位下方放置冷铁，上方放置明保温冒口，顺着颚板齿的方向开内浇口。
所述干砂V法铸造造型具体为干橄榄砂V法铸造造型，造型时负压控制0.03~0.06Mpa，在木模表面裹覆聚乙烯薄膜，在薄膜表面喷涂镁砂粉涂料。
所述熔炼浇注步骤中，采用碱性镁砂炉衬中频电炉熔炼生产，加入石灰石及碎玻璃复合造渣剂，待大部分炉料熔化后扒渣，然后加入硅铁、锰铁脱氧，插入铝丝进行终脱氧后出炉浇注。
所述热处理步骤采用低温阶梯式升温及高温快速升温，高温保温时间充足，水韧快速冷却。
优选地，所述热处理步骤中，颚板获得单一奥氏体组织，表面硬度为180～240HB，冲击韧性为100~150J/cm2。
优选地，所述热处理步骤中，高温水韧快速冷却温度为1100℃。
本发明的提供的所述采用V法铸造生产超高锰颚板的方法通过对化学成分和热处理进行优化设计，采用V法铸造工艺生产出的超高锰钢颚板韧性好、耐磨性优使用寿命为传统高锰钢的1.5~2倍，，大大降低了金属材料消耗，同时减少了更换颚板所需要的人工、材料等费用，具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明提供的一种采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法的生产流程图；
图2是本发明提供的一种采用V法铸造生产的超高锰钢颚板的结构示意图；
图3是本发明提供的一种采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法的热处理工艺图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
请参照图1，为本发明提供的包括化学成分优化设计1、系统浇注2、干砂V法铸造造型3、熔炼浇注4及热处理5等步骤。
所述化学成分优化设计1是对主要元素化学成分进行优化设计，所述元素包括C、Mn、Cr、Si、S及P。
所述系统浇注步骤中2，颚板的工作部位下方放置冷铁，上方放置明保温冒口，顺着颚板齿的方向开内浇口。
所述干砂V法铸造造型3具体为干橄榄砂V法铸造造型，造型时负压控制0.03~0.06Mpa，在木模表面裹覆聚乙烯薄膜，在薄膜表面喷涂镁砂粉涂料。
所述熔炼浇注4步骤中，采用碱性镁砂炉衬中频电炉熔炼生产，加入石灰石及碎玻璃复合造渣剂，待大部分炉料熔化后扒渣，然后加入硅铁、锰铁脱氧，插入铝丝进行终脱氧后出炉浇注。
请参照图3，所述热处理5步骤采用低温阶梯式升温及高温快速升温，高温保温时间充足，水韧快速冷却。
请参照图2和图3，本实施例中，所述热处理5步骤中，颚板获得单一奥氏体组织，表面硬度为180～240HB，冲击韧性为100~150J/cm2。
请参照图3，本实施例中，所述热处理5步骤中，高温水韧快速冷却温度优选为1100℃，但不对此作限定。
生产时，请参照图1及图2，结合鹗板的外形结构，在颚板工作部位下方放冷铁，上方放明保温冒口，顺着颚板齿的方向开内浇口的半开放式浇注系统工艺，以获得致密晶体组织，同时达到细化晶粒的效果。
采用干橄榄砂V法造型工艺造型，具体操作为：用烤模器烘烤EVA塑料薄膜，把烤好的薄膜覆盖在带有抽气箱和抽气孔的木模型板上，用真空泵抽气使薄膜密贴在模板上覆膜成型，在薄膜上喷涂镁砂粉涂料。将带有过滤抽气的砂箱放在已覆好膜喷好涂料的型板上。向砂箱内充填没有粘结剂和附加物的干橄榄砂，借助微震使型砂紧实刮平，放上EP密封薄膜，其薄膜厚0.03mm～0.05mm，，打开抽气阀门抽去型砂内的空气，负压控制0.03~0.06Mpa，使铸型内外存在压力差，约40~80kPa。由于压力差的作用使铸型成型并有较高的型腔砂型硬度。解除模板内的真空，然后进行起箱拔模，铸型要继续抽真空、下芯、合箱、浇注，直到浇注的金属液凝固后。保压一定时间，停止对铸型抽气，型内压力接近大气压时，铸型就自行溃散。
冒口采用漂珠保温套，浇注前将钢包预热至400~600℃，钢液倒入钢包后立即在钢液表面抛撒聚渣剂，使得残余钢渣迅速聚集，进一步净化钢液，同时形成一层保温覆盖膜有利于铸件浇注成型，浇注温度控制为1400~1450℃。浇注时负压控制0.04~0.06Mpa，浇注完成15~30分钟后卸压，12h后开箱。
由于超高锰钢的导热系数低，同时其膨胀系数大，使得在升温和冷却过程中容易产生热裂和冷裂等缺陷。为使颚板获得单一奥氏体组织，设计了低温阶段式升温高温快速升温，高温保温时间充足，水韧冷却快速的热处理工艺，请参照图3。具体操作为：800℃前阶梯式加热升温，加热速度控制在50～80℃／h，在800℃保温1~2h减少铸件内外温差，同时为下一步温升作好准备。温度升高到800℃以上，此时金属已处于塑性状态，可以快速升温到1100℃，而后高温保温5～6h。为获得单相奥氏体组织，采用水韧处理，以尽量快的冷却速度使高温时得到的单相奥氏体组织保持到常温。铸件出炉后应尽快水淬，出炉与水淬的时间间隔不允许超过20～30s。水淬时冷却速度应保证达到30℃／s，水池中水量应为处理的铸件质量的8倍以上，水淬前水温低于30℃，水淬之后水温低于60℃，通常在水淬时采用机械涡轮搅拌，同时使铸件在水池中往返移动，加快传热过程。
颚板1100℃水韧快速冷却处理后组织为奥氏体，表面硬度为180～240HB，冲击韧性为100~150J/cm2。在强烈的冲击作用下具有显著的加工硬化能力，形变层硬度可以达到500～800HB，硬化层的深度可以达到10～20mm。随着表面硬化层被磨损消耗，产生新的加工硬化层连续不断向内部延伸形成，具有优良的抗磨性能，使用寿命为传统高锰钢的1.5~2倍。
本发明的提供的所述采用V法铸造生产超高锰颚板的方法通过对化学成分和热处理进行优化设计，采用V法铸造工艺生产出的超高锰钢颚板韧性好、耐磨性优使用寿命为传统高锰钢的1.5~2倍，，大大降低了金属材料消耗，同时减少了更换颚板所需要的人工、材料等费用，具有较高的经济效益和社会效益。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法，其特征在于，包括化学成分优化设计、系统浇注、干砂V法铸造造型、熔炼浇注及热处理步骤；
所述化学成分优化设计是对主要元素化学成分进行优化设计，所述元素包括C、Mn、Cr、Si、S及P；
所述热处理步骤采用800℃前阶梯式加热升温及800℃快速升温至1100℃，1100℃保温时间充足，水韧快速冷却；
所述系统浇注步骤中，颚板的工作部位下方放置冷铁，上方放置明保温冒口，顺着颚板齿的方向开内浇口。
2.根据权利要求1所述的采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法，其特征在于，所述干砂V法铸造造型具体为干橄榄砂V法铸造造型，造型时负压控制0.03～0.06Mpa，在木模表面裹覆聚乙烯薄膜，在薄膜表面喷涂镁砂粉涂料。
3.根据权利要求1所述的采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法，其特征在于，所述熔炼浇注步骤中，采用碱性镁砂炉衬中频电炉熔炼生产，加入石灰石及碎玻璃复合造渣剂，待大部分炉料熔化后扒渣，然后加入硅铁、锰铁脱氧，插入铝丝进行终脱氧后出炉浇注。
4.根据权利要求1所述的采用V法铸造生产超高锰钢颚板的方法，其特征在于，所述热处理步骤中，颚板获得单一奥氏体组织，表面硬度为180～240HB，冲击韧性为100～150J/cm2。
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