CN103556042A - 一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁铸造及热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于渣浆泵耐磨材料的制造加工领域，公开了渣浆泵过流部件上的高铬铸铁铸造及热处理工艺，高铬铸铁由以下重量百分比含量的组分组成：C2.7-3.4，Cr26-28，Si0.3-0.5，RE0.02-0.04，Mo0.6-1.0，Cu0.6-0.8，Mn0.4-0.7，Ni0.6-0.8，W1.2-1.6，B0.03-0.05，Ti0.05-0.15，V0.05-0.15。其加工步骤：(1)造型；(2)配料；(3)感应电炉熔炼；(4)浇注；(5)热处理；(6)清理、机加工。本发明采用随型冒口和铸钢涂料，加大浇口杯，快速浇注，可以消除铸造缺陷；采用淬火加回火工艺，升温速度控制在30℃/h～40℃/h，在200℃～700℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度980-1020℃，保温时间2-4小时；具有优良的组织，洛氏硬度可达63HRC，冲击韧性(20℃冲击吸收能量)可达4.6J，使用寿命可提高20％，其耐磨性、耐腐蚀性等性能得到大幅提高。

Description

一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁铸造及热处理工艺

技术领域

本发明属于渣浆泵耐磨材料的制造加工技术领域，具体地说，涉及到一种用于渣浆泵上的耐磨材料及热处理加工工艺。

背景技术

渣浆泵是用于输送矿浆的主要设备，渣浆泵上常用的护套、叶轮和护板等过流件在工作时，受到高速高温强碱性并携带硬质颗粒的矿浆浆料冲刷，在冲蚀磨损、强酸或强碱腐蚀和气蚀的共同作用下，使得过流件表面材料损失严重，其护套、叶轮和护板等过流件在腐蚀性浆体冲蚀磨损的苛刻工况下，属于是大量消耗的易损件，寿命很短，这种情况导致生产受到很大影响，并造成金属大量浪费；同时由于频繁更换，造成设备乃至生产线停机，大大降低了生产效率，因而每年这一项的经济损失是巨大的。所以，研究和开发过流件耐磨材料来减少金属损失，延长渣浆泵的使用寿命是首要课题，也是目前国内外学者研究渣浆泵的重要内容。

目前，国内在渣浆泵过流件生产中，先后采用了普通白口铸铁、镍硬铸铁和高铬铸铁Cr₁₅Mo₃等耐磨材质，现在陶瓷材料、奥贝铸铁ADI、高分子材料和含Cr20％以上的高铬铸铁等新型材料也开始被局部使用。但是，已经研制出的硬镍、高铬、锰铜等合金铸铁，存在着以下不同的缺陷：(1)、低合金白口铸铁，成本低，使用寿命相对较短；(2)、镍硬铸铁，使用寿命长，镍资源少，价格高，不能大量使用；(3)、高铬铸铁，耐磨性高于合金白口铸铁，铬资源在丰富，价格适中，应用比较广泛；(4)、奥贝球铁ADI，综合性能优良，其硬度低于高铬铸铁，有优良的铸造性能，热处理工艺简单，重量轻，只用于小型渣浆泵；(5)、复合材料，具有优良的耐磨性、耐蚀性及耐冲击性，同时还具有制造成本低的特点，但生产工艺相对复杂；(6)、高分子材料，制备过程简单方便，节能，性能优越，但价格昂贵，生产成本会大幅提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁的铸造及热处理工艺，以解决现有技术中由于频繁更换，造成设备乃至生产线停机，会降低生产效率及耐磨性差等问题。

为解决上述技术问题，本发明的用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁，由以下重量百分比含量的组分组成：C2.7-3.4，Cr26-28，Si0.3-0.5，RE0.02-0.04，Mo0.6-1.0，Cu0.6-0.8，Mn0.4-0.7，Ni0.6-0.8，W1.2-1.6，B0.03-0.05，Ti0.05-0.15，V0.05-0.15。

优选地，由以下重量百分比含量的组分组成：C3.0，Cr27，Si0.4，RE0.03，Mo0.8，Cu0.7，Mn0.6，Ni0.7，W1.4，B0.04，Ti0.09，V0.09。

一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁的铸造及热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢40％，生铁6％；

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480℃-1520℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1360℃-1400℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在30℃/h-40℃/h，在200℃-700℃温度区间，阶梯保温1-2小时，淬火温度980-1020℃，保温时间2-4小时；回火温度250℃，保温4-6小时。

采用本发明的积极效果是：1、本发明研究开发的高碳低硅多元合金化高铬铸铁的铸造工艺，浇注温度在1340-1360℃，出炉温度在1450-1470℃，采用随型冒口和铸钢涂料，加大浇口杯，快速浇注，放置外冷铁，在直浇口根部放置陶瓷过滤皿对铁液过滤，从而可以消除铸造缺陷；

2、本发明研究开发的高碳低硅多元合金化高铬铸铁的热处理工艺，采用淬火加回火工艺，升温速度控制在30℃/h～40℃/h，在200℃～700℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度980-1020℃，保温时间在2-4小时之间；

3、本发明所研制的高碳低硅多元合金化高铬铸铁，具有优良的组织，洛氏硬度可达63HRC，冲击韧性(20℃冲击吸收能量)可达4.6J，使用寿命可以提高20％，其耐磨性、耐腐蚀性及使用寿命等性能得到大幅提高；

4、本发明基于渣浆泵过流件的使用条件、失效机理分析，以高铬为基础，并添加Mo、W、Nb、V、Ti等合金元素，优化设计各个元素的成分之比，使所研制的渣浆泵过流件高铬铸铁材料具有优良的组织，并进一步改善其耐磨性、耐腐蚀性及使用寿命等性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但并非限制本发明。

一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁，其特征在于：由以下重量百分比含量的组分组成：C2.7-3.4，Cr26-28，Si0.3-0.5，RE0.02-0.04，Mo0.6-1.0，Cu0.6-0.8，Mn0.4-0.7，Ni0.6-0.8，W1.2-1.6，B0.03-0.05，Ti0.05-0.15，V0.05-0.15。

优选地，由以下重量百分比含量的组分组成：C3.0，Cr27，Si0.4，RE0.03，Mo0.8，Cu0.7，Mn0.6，Ni0.7，W1.4，B0.04，Ti0.09，V0.09。

一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁的铸造及热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢40％，生铁6％；

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480℃-1520℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1360℃-1400℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在30℃/h-40℃/h，在200℃-700℃温度区间，阶梯保温1-2小时，淬火温度980-1020℃，保温时间2-4小时；回火温度250℃，保温4-6小时。

以生产200ZGB护套为例：

实施例1

采用以下重量百分比含量的组分：C2.7，Cr26，Si0.3，RE0.02，Mo0.6，Cu0.6，Mn0.4，Ni0.6，W1.2，B0.03，Ti0.05，V0.05，工艺包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢40％，生铁6％：

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1360℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在30℃/h，保持在200℃的温度，阶梯保温1小时，淬火温度980℃，保温时间2小时；回火温度250℃，保温4小时。

实施例2

采用以下重量百分比含量的组分：C3.0，Cr27，Si0.4，RE0.03，Mo0.8，Cu0.7，Mn0.6，Ni0.7，W1.4，B0.04，Ti0.09，V0.09，工艺包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢40％，生铁6％：

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1490℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1380℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在35℃/h，保持在400℃的温度，阶梯保温1.5小时，淬火温度1000℃，保温时间2.5小时；回火温度250℃，保温4.5小时。

实施例3

采用以下重量百分比含量的组分：C3.0，Cr27，Si0.4，RE0.03，Mo0.8，Cu0.7，Mn0.6，Ni0.7，W1.4，B0.04，Ti0.09，V0.09，工艺包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢40％，生铁6％；

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1520℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1400℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在40℃/h，保持在700℃的温度，阶梯保温2小时，淬火温度1020℃，保温时间4小时；回火温度250℃，保温6小时。

实施例4

采用以下重量百分比含量的组分：C3.4，Cr28，Si0.5，RE0.04，Mo1.0，Cu0.8，Mn0.7，Ni0.8，W1.6，B0.05，Ti0.15，V0.15，工艺包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢40％，生铁6％：

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1520℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1400℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在40℃/h，保持在700℃的温度，阶梯保温2小时，淬火温度1020℃，保温时间4小时；回火温度250℃，保温6小时。

本发明的高碳低硅多元化高铬铸铁的铸造与热处理工艺：

1.铸造工艺

高铬铸铁的线收缩值较大，与钢接近，一般在1.5-2.0％。工艺放缩根据过流部件特点、部位不同而有所不同，平板类，长度方向选2.0％，宽度方向选1.5％，半圆类径向选0％轴向选1.5％。工艺上充分考虑上箱和芯的退让性，薄壁件和复杂件更应自由收缩条件。因而，在浇冒口的设计上，可以比照其冒口补缩工艺，在冒口形状上，一般将其设计为随形冒口。在叶轮的铸造过程中，根据其他厂家轴头处易出现缩孔缩松等导致轴断裂的问题，我们采用在轴头上方安放冒口的工艺，解决了轴头缩孔缩松问题。另外，高铬铸铁具有大的开裂倾向，这是由于其收缩量大，导热性差，弹性模量高及塑性变形能力低所造成的。所以，高铬铸铁过流件在铸造过程中应力求各个部分冷却均匀，以免局部产生过高的热应力而引起开裂。

高铬铸铁比灰铸铁的比重大，浇注温度高，应防止铸件的机械沾砂。作为过流部件我们全部采用铸钢涂料，大件热节部件还使用铬矿砂防止沾砂。在铸造过程中，随时采用法国进口的42通道光谱仪对铁水成分检测，可以最多同时检测铁水中的42种元素含量，从而精确控制高铬铸铁的成分，避免成分偏差。

高铬铸铁的浇注温度控制在1340～1360℃，同时通过采用尺寸大小不同的铸件同时搭配浇注，可以有效地缩短浇筑时间，从而精确控制浇注温度，减小因温度误差而产生的铸造缺陷。高铬铸铁感应炉熔炼时，吸气性强，出炉前使用Mn-Si和Ca-Si进行预脱氧，出炉时在浇包中使用纯Al脱氧。在出炉过程中随铁水加入经事先预热的稀土合金碎块进行变质处理，出炉后铁水在包内镇静5-8min，浇注过程中遵照“两小一大”的原则，即开始浇注小股引流，之后大流浇注，铁水充满型腔后从冒口用小股流点浇补满为止。为防止阻碍铸件收缩，应在浇注完成后松掉箱卡，待温度降至室温时方可打箱清砂。

高铬铸铁要索取高温出炉，低温浇注，加大浇口杯，快速浇注。高铬铸铁的出炉温度控制在1450～1470℃，较高的出炉温度可以改善高铬铸件较差的流动性，使铁水内的夹杂物有充分的时间上浮，同时在直浇口根部放置陶瓷过滤皿对铁液过滤，从而达到净化铁水的目的，减少高铬铸铁内的夹杂，消除铸造缺陷。高铬铸铁属糊状凝固，缩松倾向大，大的热节部位放置外冷贴，强化冷却，防止缩松，缩孔。

2.热处理工艺

在铸造过程中，渣浆泵过流件用高铬铸铁需要强韧的基体组织和坚硬碳化物之间的配合，以提高过流件的抗磨能力。铸造组织一般是不能满足这一要求，需要通过热处理来改善基体组织的性质和碳化物的形状、大小、数量和分布，充分发挥材料的抗磨潜力。铸造残余应力常使铸件在使用过程中变形甚至断裂。形状复杂的铸件的残余应力往往很高。实行消除应力处理，可以使铸件的残余应力大大降低，改善使用性能。总之，热处理是改变高铬铸铁组织和性能的重要手段。作为一种抗磨材料，热处理可使高铬铸铁的抗磨性和力学性能达到合理匹配，从而改善零件的使用性能，提高零件的可靠性。

高铬铸铁的热处理工艺一般为淬火加回火工艺，在所研究的渣浆泵过流件高铬铸铁中，由于加入了B、V、Mo等增加淬透性的元素，可以将正火代替淬火，即所研究的高铬铸铁材料热处理工艺为正火加回火。正火后高铬铸铁中存在残余奥氏体，而在反复冲击的工况下，残余奥氏体是材料剥落的原因之一。高铬铸铁铸件中存在着较大的内应力，应该尽快地进行回火处理，消除内应力。高铬铸铁过流件铸态组织一般为共晶碳化物+奥氏体，机械性能很差，同时，其导热性能较差，热膨胀系数很高，又有较大的残余应力，所以热处理时升温速度不可过快，对于一些结构复杂，壁厚不均匀的铸件，升温速度控制在30℃/h～40℃/h，对于某些厚大件还应在200℃～700℃温度区间，阶梯保温1～2小时，以保证铸件受热均匀。

本发明研究开发的高铬铸铁适应工况范围较广，硬度较大，冲击韧性性能优良，抗腐蚀能力较高，使用寿命较长，属于是一种高碳低硅多元合金化的高铬铸铁为渣浆泵过流件材料，并添加Mo、W、Ni、B、V、Ti等合金元素，确定各个元素的成分之比，并发明了与之适合的铸造工艺与热处理工艺，使所研制的渣浆泵过流件高铬铸铁材料具有优良的组织，硬度(洛氏硬度)可达63HRC，冲击韧性(20℃冲击吸收能量)可达4.6J，使用寿命可以提高20％，其耐磨性、耐腐蚀性及使用寿命等性能得到大幅提高。另外，还节省维修更换成本，保证高效生产效率，具有巨大的经济效益和社会效益。

以上对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁，其特征在于：由以下重量百分比含量的组分组成：C2.7-3.4，Cr26-28，Si0.3-0.5，RE0.02-0.04，Mo0.6-1.0，Cu0.6-0.8，Mn0.4-0.7，Ni0.6-0.8，W1.2-1.6，B0.03-0.05，Ti0.05-0.15，V0.05-0.15。

2.根据权利要求1所述的一种用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁，其特征在于：由以下重量百分比含量的组分组成：C3.0，Cr27，Si0.4，RE0.03，Mo0.8，Cu0.7，Mn0.6，Ni0.7，W1.4，B0.04，Ti0.09，V0.09。

3.一种根据权利要求1所述的用于渣浆泵过流部件上的高铬铸铁的铸造及热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、造型：用树脂砂造型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱等待浇注；

(2)、配料：回炉料30％，高碳铬铁12％，低碳铬铁12％，废钢4000，生铁6％；

(3)、感应电炉熔炼：将炉料熔清，取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480℃-1520℃，然后加0.2％锰铁、再加0.1％硅铁脱氧，扒渣，最后加入0.4％钛铁、0.6％钒铁、0.3％稀土进行变质处理，用0.1％铝进行终脱氧；

(4)、浇注：将铁水温度控制在1360℃-1400℃进行浇注；

(5)、热处理：采用淬火加回火工艺，升温速度控制在30℃/h-40℃/h，在200℃-700℃温度区间，阶梯保温1-2小时，淬火温度980-1020℃，保温时间2-4小时；回火温度250℃，保温4-6小时。