CN102921927A

CN102921927A - 双液双金属复合耐磨衬板制备方法

Info

Publication number: CN102921927A
Application number: CN2012104601408A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 李家荣
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: CN102921927B

Abstract

双液双金属复合耐磨衬板制备方法，属于铸造技术领域。在电炉内熔炼高强韧铸钢和高硬度耐磨铸铁，然后令两种液态金属通过各自的浇注系统，先后浇入到同一个铸型中，获得双金属复合耐磨衬板。钢水浇注75%～85%后，将保护剂随剩余的25%～15%钢水一起浇入铸型中。铁水浇注过程中，随流加入占铁水质量2.0～2.5%的随流孕育剂。复合衬板随后进行去应力处理，去应力处理温度为230～320℃，保温时间为8～10小时，然后空气冷却至室温，得到的双液双金属复合耐磨衬板具有良好的耐磨性，且使用安全、可靠。

Description

双液双金属复合耐磨衬板制备方法

技术领域

本发明公开了一种耐磨衬板制备方法，特别涉及一种双液双金属复合耐磨衬板制备方法，属于铸造技术领域。

背景技术

高锰钢衬板韧性好，表面可加工硬化。但该材质用于制造球磨机衬板则易产生塑性变形，切断固定螺栓，出现塌落事故，且由于使用过程中表面加工硬化不显著，不能发挥高锰钢的抗磨潜力。作为高锰钢衬板的换代产品中碳中铬多元合金钢衬板，其基体组织是以马氏体为主，有较高的初始硬度，但高硬度的碳化物含量较小，抗磨性能仍受到了局限，使用寿命比高锰钢衬板略有提高。高铬耐磨铸铁衬板具有优异的耐磨性，但存在脆性大、韧性低和使用中易断裂的不足。将高铬耐磨铸铁和高强、高韧铸钢复合，是解决衬板断裂和耐磨矛盾的重要途径。中国发明专利CN1962122公开了双金属复合铸造衬板的生产工艺方法，该发明采用铸型下部放置激冷材料，使先浇入衬层中碳低合金贝氏体抗磨钢液态金属，经过一段时间后，在浇入工作层(抗磨层)高碳低合金贝氏体抗磨钢液态金属铸造衬板，铸件清理后进行等温淬火。即可形成工作表面为高硬度的高碳低合金贝氏体抗磨钢抗磨层，衬层为韧性较好中碳低合金贝氏体抗磨钢的双金属复合衬板。采用该发明生产的双金属复合铸造衬板具有生产工艺过程简单，生产成本低，制造方便，同时也具有产品设备使用寿命高，安全、可靠性高的特点。中国发明专利CN1923372还公开了一种用于球磨机的复合耐磨衬板的制造工艺，具体步骤如下：拉制纳米结构金属丝、处理金属丝、确定束紧外管尺寸、固定金属丝、切割复合管、加工衬板框架、焊接罗栓套、放置复合管、平铺焊接，即加工制造成衬板框架与复合管及隔板紧密结合的复合耐磨衬板。该发明的优点是：充分发挥了纳米结构金属材料的高韧性、高强度、高耐磨和低价格等各种优点，解决了普通合金衬板要消耗大量有色金属的问题，并且使用寿命比普通材质衬板提高一个数量级。该发明的工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定、能耗低、不需要经过热处理等工艺即可获得很高的使用性能。中国发明专利CN1109384还公开了一种球磨机铸铁衬板及其生产方法，该发明属于金属抗磨材料及其制备，是粉磨各类物料的球磨机用衬板及其生产方法。该方法适合冲天炉熔炼，采用多元微合金化技术，并靠合理选配我国富有的含Mn、Cr、W等合金元素做炉料，简化铸造成型后的热处理工序，使衬板的金相为马氏体、贝氏体复合组织。用该方法制造的衬板具有耐磨性、冲击韧性较高和使用中无断裂、变形现象发生，寿命较长等显著特点。中国发明专利CN1039985还公开了高铬铸铁－优质碳钢双金属复合球磨机衬板。该发明属于双金属复合铸造球磨机衬板的生产工艺新方法。该工艺方法解决了

以上大型球磨机衬板使用最佳耐磨材料－高铬铸铁的问题，这种衬板同时具有高的整体韧性和耐磨性。该发明可用于制造中大型球磨机衬板。中国发明专利CN102284330A还公开了一种球磨机复合衬板及其制造方法，其中球磨机复合衬板包括板体，板体上具有安装孔，板体包括金属底层和复合于金属底层上的塑料层。球磨机复合衬板的制造方法，包括如下步骤：a.制备金属底层；b.在金属底层上复合塑料层；c.冷却即成。该发明的球磨机复合衬板具有强度高、耐磨性好、不易断裂及破裂的优点。中国发明专利CN101332558还公开了一种双金属复合衬板的制造新工艺，包括造型以及浇注，方法步骤如下：(1)将焊有钢撑(D)的薄钢板(C)放置在型腔中，薄钢板(C)将型腔分为耐磨层(A)和普通钢层(B)；(2)浇注时先浇耐磨层(A)，待钢水高度达到1cm时，再开始浇注普通钢层(B)，使两部分腔体的液面高度差保持2cm不变；(3)升温至980℃，按照衬板厚度0.5h/cm计算保温时间并保温后，淬火使衬板达到硬度为61~62HRC，冲击值达到8~10J/cm2。该发明简化了浇注工艺，提高了衬板的复合质量，改善了衬板的耐磨性能；同时能够避免衬板碎裂，降低了维护成本。中国发明专利CN101884948A还公开了一种复合球磨机衬板及其制备方法。这种复合球磨机衬板在磨损表面复合一层硬质陶瓷颗粒构成抗磨硬质相，以提高耐磨性。将粘结剂和助渗剂加入陶瓷颗粒，搅拌均匀后，按设计要求铺设到球磨机衬板铸型中，浇铸入基体金属，冷却脱型清理后即成为复合球磨机衬板。该发明的优点是：在球磨机衬板磨损表面复合一层陶瓷颗粒构成抗磨硬质相，陶瓷颗粒间隙中充填了基体金属，因此复合面既有陶瓷颗粒的抗磨性，又兼有基体金属的塑韧性和抗疲劳性，硬质相不易脱落，工艺参数可控性强，组织中不存在夹渣等缺陷，加工操作方便，便于工业化大批量生产，并且衬板使用寿命比普通金属衬板提高5～8倍。中国发明专利CN102019403A还公开了消失模铸造双液双金属复合耐磨衬板的工艺，包括以下步骤：1)制作出泡沫衬板模型；2)安装两个浇注系统；3)用消失模涂料涂在泡沫衬板模型上，烘烤；4)加干石英砂，振实；5)继续加满干石英砂，然后用塑料膜将砂箱覆盖密封，安装浇口杯分别连接下浇口的耐磨直浇道和上浇口的铸钢直浇道，通过消失模砂箱上的气道抽真空，以紧固铸型；6)首先浇注耐磨铁水，然后再浇注钢水；7)浇注完毕后，关闭消失模的真空系统直至双液双金属复合耐磨衬板凝固冷却出箱。该发明的有益效果在于：提高了使用寿命，节省了大量金属材料，解决了一整体件耐磨性与韧性难以匹配的难点问题，克服了用消失模浇注两种铁水不混合不塌箱的难点问题。中国发明专利CN102051557A还公开了一种高铬铸铁-高锰钢复合衬板，其为高铬铸铁内镶嵌有低碳高锰钢丝网的金属板，它的制造方法主要是：用低碳高锰钢丝编织丝网；将丝网放入室温的浓度为1-3％的盐酸槽内，浸泡5-10分钟，取出在空气中自然干燥；将上述低碳高锰钢丝网放置在铸型型腔中，按高铬铸铁的常规铸造工艺铸造复合衬板；将上述高铬铸铁-高锰钢复合衬板加热到1000-1100℃，保温3-5小时后，放入室温的淬火油中冷却到室温，然后再将衬板再加热到250-320℃保温4-6小时后，空冷到室温。该发明的复合衬板不仅硬度很高(HRC65以上)，而且韧性较好(30J/cm²以上)，具有优异的耐磨和抗冲击性能。

尽管国内外已开发了多种复合衬板制造工艺，但是，上述工艺或存在操作复杂，生产成本高，或存在复合层结合不好，衬板使用过程中易出现分层和开裂、剥落等不足。

发明内容

本发明的目的是针对复合衬板生产中存在的上述问题，发明一种双液双金属复合衬板制备方法。本发明的主要特征是在浇注第一层金属液体后期，浇注保护剂，间隔一段时间后，继续浇注第二层金属液体，由于保护剂的作用，使两层金属液体凝固后实现良好的冶金结合。

本发明可通过以下工艺方法来实现，其中所使用的浇铸系统或装置为本领域公开的、已知的技术装置，包括：铸型、型腔、冒口、浇铸下层金属熔液的浇铸系统-下层铸钢浇注系统、浇铸上层金属熔液的浇铸系统-上层铸铁浇注系统，下层铸钢浇注系统经由铸型连通型腔下部，上层铸铁浇注系统经由铸型连通型腔中需要浇铸上层金属熔液的部位。可参见图1。

本发明双液双金属复合耐磨衬板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）分别在电炉内熔炼高强韧铸钢和高硬度耐磨铸铁，然后令高强韧铸钢钢水通过下部的浇注系统（下层铸钢浇注系统），浇入到铸型的型腔中，其中，高强韧铸钢的具体成分及质量分数%优选为：0.28-0.42C,0.25-55Si,0.50-0.85Mn,0.30-0.45Cr,0.03-0.06Ce,0.03-0.06La,且0.06<(La+Ce)<0.10,<0.03S,<0.04P，余量Fe；钢水浇注温度1520～1550℃，钢水浇注75%～85%后，将保护剂随剩余的25%～15%钢水一起浇入铸型中，保护剂的加入量为1.6～1.8kg/m²（衬板复合层面积），保护剂由体积分数55～60%的O型玻璃渣和45～40%的无水四硼酸钠组成；

（2）步骤（1）钢水浇注3～8分钟后，当温度为1380～1420℃时，继续在铸型中通过浇铸上层金属熔液的浇铸系统（上层铸铁浇注系统）浇注高硬度耐磨铸铁铁水，该浇铸系统优选位于步骤（1）型腔内所得的钢水面的上面，铁水浇注温度1430～1480℃；铁水浇注过程中，随流加入占铁水质量2.0～2.5%的随流孕育剂，随流孕育剂的质量组成分数%为5.0-6.5V,4.0-4.5Ti,3.5-4.0Ba,5.0-8.0Al,10.0-12.0Ca,4.0-6.0Si,3.0-4.2B,<0.03S,<0.04P，余量Fe；其中高硬度耐磨铸铁铁水的浇入量是钢水浇入质量分数的140%～160%；

（3）步骤（2）浇注10～12小时后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，衬板随后进行去应力处理，去应力处理温度为230～320℃，保温时间为8～10小时，然后空气冷却至室温，得到双液双金属复合耐磨衬板。

本发明的方法强调的是浇注第一层金属液体后期，浇注保护剂，间隔一段时间后，继续浇注第二层金属液体，由于保护剂的作用，使两层金属液体凝固后实现良好的冶金结合。第二层金属液体是本领域常规采用的高硬度耐磨铸铁，包括高铬白口铸铁、镍硬白口铸铁（镍硬铸铁）或高硼白口铸铁等。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明双液双金属复合耐磨衬板制备工艺简便，生产效率高，产品成品率高，超过98%。

(2)本发明双液双金属复合耐磨衬板复合层无气孔、夹杂、缩松和裂纹等铸造缺陷，复合层结合良好，复合层结合强度高，超过了耐磨铸铁的抗拉强度。

(3)本发明双液双金属复合耐磨衬板具有良好的使用效果，使用安全、可靠，使用中无开裂、断裂和剥落现象出现，相同使用条件下，其使用寿命比高锰钢衬板提高6～8倍。

附图说明

图1双液双金属复合耐磨衬板铸造示意图

1－上层铸铁浇注系统，2－铸型，3－上层耐磨铸铁，4－冒口，5－下层高强韧铸钢，6－下层铸钢浇注系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详述。浇铸时所采用的装置见图1。

实施例1：

双液双金属复合耐磨衬板具体制备工艺流程是：

1)分别在500公斤和1000公斤中频感应电炉内熔炼高强韧铸钢5和高硬度高铬耐磨白口铸铁3，然后令两种液态金属通过各自的浇注系统，先后浇入到同一个铸型2中，获得双金属复合耐磨衬板。

其中，高强韧铸钢5的具体成分及质量分数%为0.29C,0.54Si,0.53Mn,0.45Cr,0.04Ce,0.05La,0.017S,0.024P，余量Fe。

双金属复合耐磨衬板浇注过程中，先在铸型2中浇注高强韧铸钢5，钢水浇注温度1522℃，钢水浇注75%～85%后，将保护剂随剩余的25%～15%钢水一起浇入铸型中，保护剂的加入量为1.6kg/m²（衬板复合层面积），保护剂由体积分数55%的O型玻璃渣和45%的无水四硼酸钠组成。钢水浇注3～8分钟后，用非接触式测温仪测量铸钢表面温度，当温度为1380～1420℃时，继续在铸型中浇注高硬度耐磨铸铁3，铁水浇注温度1476℃。铁水浇注过程中，随流加入占铁水质量2.5%的随流孕育剂，随流孕育剂的质量分数%为5.04V,4.06Ti,3.55Ba,7.98Al,11.87Ca,5.91Si,3.02B,0.01S,0.03P，余量Fe。其中耐磨铸铁铁水的浇入量是钢水浇入质量分数的160%。

2)浇注12小时后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，衬板随后进行去应力处理，去应力处理温度为230℃，保温时间为10小时，然后空气冷却至室温，得到双液双金属复合耐磨衬板。

实施例2：

双液双金属复合耐磨衬板具体制备工艺流程是：

1)分别在500公斤和1000公斤中频感应电炉内熔炼高强韧铸钢5和高硬度镍硬耐磨白口铸铁3，然后令两种液态金属通过各自的浇注系统，先后浇入到同一个铸型2中，获得双金属复合耐磨衬板。

其中，高强韧铸钢5的具体成分及质量分数%为0.42C,0.27Si,0.84Mn,0.31Cr,0.06Ce,0.03La,0.012S,0.030P，余量Fe。

双金属复合耐磨衬板浇注过程中，先在铸型2中浇注高强韧铸钢5，钢水浇注温度1549℃，钢水浇注75%～85%后，将保护剂随剩余的25%～15%钢水一起浇入铸型中，保护剂的加入量为1.8kg/m²（衬板复合层面积），保护剂由体积分数60%的O型玻璃渣和40%的无水四硼酸钠组成。钢水浇注3～8分钟后，用非接触式测温仪测量铸钢表面温度，当温度为1380～1420℃时，继续在铸型中浇注高硬度耐磨铸铁3，铁水浇注温度1432℃。铁水浇注过程中，随流加入占铁水质量2.0%的随流孕育剂，随流孕育剂的质量分数%为6.49V,4.47Ti,3.50Ba,5.03Al,10.04Ca,4.03Si,4.16B,0.02S,0.02P，余量Fe。其中耐磨铸铁铁水的浇入量是钢水浇入质量分数的140%。

2)浇注10小时后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，衬板随后进行去应力处理，去应力处理温度为320℃，保温时间为8小时，然后空气冷却至室温，得到双液双金属复合耐磨衬板。

实施例3：

双液双金属复合耐磨衬板具体制备工艺流程是：

1)分别在500公斤和1000公斤中频感应电炉内熔炼高强韧铸钢5和高硬度高硼耐磨白口铸铁3，然后令两种液态金属通过各自的浇注系统，先后浇入到同一个铸型2中，获得双金属复合耐磨衬板。

其中，高强韧铸钢5的具体成分及质量分数%为0.34C,0.41Si,0.68Mn,0.39Cr,0.04Ce,0.04La,0.021S,0.029P，余量Fe。

双金属复合耐磨衬板浇注过程中，先在铸型2中浇注高强韧铸钢5，钢水浇注温度1536℃，钢水浇注75%～85%后，将保护剂随剩余的25%～15%钢水一起浇入铸型中，保护剂的加入量为1.7kg/m²（衬板复合层面积），保护剂由体积分数58%的O型玻璃渣和42%的无水四硼酸钠组成。钢水浇注3～8分钟后，用非接触式测温仪测量铸钢表面温度，当温度为1380～1420℃时，继续在铸型中浇注高硬度耐磨铸铁3，铁水浇注温度1451℃。铁水浇注过程中，随流加入占铁水质量2.3%的随流孕育剂，随流孕育剂的质量分数%为5.90V,4.32Ti,3.77Ba,6.50Al,10.94Ca,4.84Si,3.75B,0.01S,0.02P，余量Fe。其中耐磨铸铁铁水的浇入量是钢水浇入质量分数的150%。

2)浇注11小时后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，衬板随后进行去应力处理，去应力处理温度为280℃，保温时间为9小时，然后空气冷却至室温，得到双液双金属复合耐磨衬板。

本发明衬板工作面硬度超过60HRC，非工作面的高强韧铸钢抗拉强度超过1450MPa，冲击韧性a_k≥35J/cm²，耐磨铸铁工作层和高强韧铸钢结合良好，衬板已在有色、电力、冶金、矿山、建材等行业众多企业用于粉碎铁矿石、铝矿石、铜矿石、金矿石、石灰石等难粉碎材料，运行安全可靠，给用户带来了可观的经济效益。衬板的寿命长，不变形，不断螺栓，减少了维修量和大修次数，减轻了工人劳动强度，提高了工作效率，降低了制粉成本。推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims

1.双液双金属复合耐磨衬板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）分别在电炉内熔炼高强韧铸钢和高硬度耐磨铸铁，然后令高强韧铸钢钢水通过下部的浇注系统，浇入到铸型的型腔中，钢水浇注温度1520～1550℃，钢水浇注75%～85%后，将保护剂随剩余的25%～15%钢水一起浇入铸型中；保护剂由体积分数55～60%的O型玻璃渣和45～40%的无水四硼酸钠组成；

（2）步骤（1）钢水浇注3～8分钟后，当温度为1380～1420℃时，继续在铸型中通过浇铸上层金属熔液的浇铸系统浇注高硬度耐磨铸铁铁水，铁水浇注温度1430～1480℃；铁水浇注过程中，随流加入占铁水质量2.0～2.5%的随流孕育剂，随流孕育剂的质量组成分数%为5.0-6.5V，4.0-4.5Ti,3.5-4.0Ba,5.0-8.0Al,10.0-12.0Ca,4.0-6.0Si,3.0-4.2B,<0.03S,<0.04P，余量Fe；其中高硬度耐磨铸铁铁水的浇入量是钢水浇入质量分数的140%～160%；

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，浇铸上层金属熔液的浇铸系统位于步骤（1）型腔内所得的钢水面的上面。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，高硬度耐磨铸铁，包括高铬白口铸铁、镍硬白口铸铁（镍硬铸铁）或高硼白口铸铁。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，高强韧铸钢的具体成分及质量分数%为：0.28-0.42C,0.25-55Si,0.50-0.85Mn,0.30-0.45Cr,0.03-0.06Ce,0.03-0.06La,且0.06<(La+Ce)<0.10,<0.03S,<0.04P，余量Fe。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，保护剂的加入量为1.6～1.8kg/m²（衬板复合层面积）。