CN104690231B - 一种复合板锤的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合板锤的制备方法，其步骤是：1）采用石英砂，并加入水玻璃作为粘结剂，通过二氧化碳硬化制成板锤铸型；2）合箱立浇，铸件凝固冷却后经处理，获得两个工作区域均为陶瓷颗粒增强高铬铸铁和安装区域为低碳低合金钢的复合板锤；3）将复合板锤进行热处理。本发明通过在复合板锤的工作区域用高硬度陶瓷颗粒增强高铬铸铁，其耐磨性比高铬铸铁大幅提高，复合板锤的安装区域采用高强韧低碳低合金钢，同时在高铬铸铁液与低碳低合金钢液界面冷却过程中采取降低冷却速度的措施获得稳定的冶金结合界面，从而保证了复合板锤使用的安全性，有效地实现了复合板锤高耐磨性和强韧性的协调统一，且本发明的工艺简单、容易实现、实用性强。

Description

一种复合板锤的制备方法
技术领域
本发明涉及反击式破碎机用板锤技术领域，具体是涉及一种复合板锤的制备方法。
背景技术
板锤三反击式破碎机关键易损件，国内年需求量近10万吨。目前国内生产板锤所用材料和工艺通常采用高锰钢、合金钢或高铬铸铁整体制备，高锰钢和合金钢板锤韧性好，但耐磨性差，高铬铸铁耐磨性好，也是目前使用最多的材料，但高铬铸铁脆性大，使用安全性差。公开号为CN101574731A的中国专利申请公开了一种反击破板锤双面复合工艺，该工艺描述了两边工作部位采用铸铁抗磨材料，中间部位采用强韧性碳素钢材料复合铸造的方法制备复合板锤，该发明较好地解决了板锤整体强韧性问题，但由于使用部位也仅仅采用铸铁，其使用寿命与整体高铬铸铁相比并无改善，而且该发明也未涉及如何保证铸铁与碳素钢界面稳定冶金结合的问题，因此板锤使用过程中存在从界面剥落的风险，而板锤既获得高的寿命又安全，是目前制备板锤需解决的关键技术难题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种制造工艺简单，具有高耐磨性和安全性，使用寿命长的复合板锤的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的复合板锤的制备方法，其特点是包括如下步骤：
1）采用石英砂，并加入水玻璃作为粘结剂，通过二氧化碳硬化制成板锤铸型，该板锤铸型设置有三个浇口和两个观察孔，其中一个观察孔兼作板锤冒口，铸型的型腔面上涂刷锆英粉快干涂料，在铸型内用于制作板锤两工作区域的位置处分别固定陶瓷颗粒预制体；
2）合箱立浇；用两个电炉分别熔炼高铬铸铁和低碳低合金钢，先通过第一浇口浇注高铬铸铁，浇注温度为1420～1480℃，当第一观察孔可见铁水时停止浇注高铬铸铁液，15～25秒后通过第二浇口浇注低碳低合金钢液，浇注温度为1520～1560℃，当兼作板锤冒口的第二观察孔观察到有钢液时停止浇注，15～25秒后从第三浇口浇注高铬铸铁液，浇注温度为1400～1450℃，铸件凝固冷却后，清砂，去除浇冒口、飞边，获得两个工作区域均为陶瓷颗粒增强高铬铸铁和安装区域为低碳低合金钢的复合板锤；
3）将复合板锤进行热处理：淬火温度为950～1050℃，空冷或风冷，380～420 ℃回火，空冷。
其中，为了使高铬铸铁液和低碳低合金钢浇注后界面区域冷却速度的降低有利于高铬铸铁液和低合金钢液元素在界面处互扩散，实现界面稳定的冶金结合，上述高铬铸铁与低碳低合金钢的连接界面处对应的铸型中放置有保温石棉板，保温石棉板与铸型型腔面间的砂厚度为6～10mm，且保温石棉板的厚度不小于复合板锤厚度的1/4。
上述陶瓷颗粒预制体为由陶瓷颗粒与粘结剂混合制备成的微观上具有三维互通的多尺度孔隙、宏观上可为板状或条状或蜂巢状的具有抗高温金属冲刷不溃散能力的预制体。
本发明通过在复合板锤的工作区域用高硬度陶瓷颗粒增强高铬铸铁，其耐磨性比高铬铸铁大幅提高，复合板锤中间区域（即：安装区域）采用高强韧低碳低合金钢，同时在高铬铸铁液与低碳低合金钢液界面冷却过程中采取降低冷却速度的措施获得稳定的冶金结合界面，从而保证了复合板锤使用的安全性，有效地实现了复合板锤高耐磨性和强韧性的协调统一，且本发明的工艺简单、容易实现、实用性强。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明制备复合板锤的正面结构示意图。
图2为本发明制备复合板锤的侧面结构示意图。
具体实施方式
如图1-图2所示，本发明所述的复合板锤的制备方法，包括如下步骤：
1）采用石英砂（含泥量<2%），并加入水玻璃（加入量5%）作为粘结剂，通过CO2硬化制成板锤铸型，该铸型设置有直浇道1及与直浇道1相连通的三个浇口，第一浇口2用于浇注底层的高铬铸铁，第二浇口3用于浇注中间层的低碳低合金钢，第三浇口4用于浇注上层的高铬铸铁，且该铸型设置有第一观察孔5用于观察底部高铬铸铁液溢出情况和第二观察孔6用于观察低合金钢液溢出情况，第二观察孔6同时兼作复合板锤冒口；
2）在高铬铸铁与低碳低合金钢的连接界面对应的铸型中辅设耐高温的保温石棉板9，尺寸要求长度方向超过界面长度，厚度不少于板锤厚度1/4，宽度为不少于30mm，石棉板与铸型型腔面间的砂厚为6～10mm，设置石棉板的目的在于高铬铸铁液和低碳低合金钢浇注后界面区域冷却速度降低有利于高铬铸铁液和低合金钢液元素在界面处互扩散，实现界面稳定的冶金结合；
3）将WC或SiC或TiC或Cr3C2或Al2O3或ZTA或ZrO2等经表面处理的粒径为1～3mm的陶瓷颗粒与粘结剂混合、固化、预制成具有抗高温金属液冲刷能力的三维互通多尺度预制体；
4）将预制体固定于铸型用于制备板锤磨损区域（即：板锤工作区域）位置处的型腔中，待浇注高铬铸铁液；
5）合箱立浇，用两个中频感应炉分别熔炼高铬铸铁液和低碳低合金钢液，先通过第一浇口浇注高铬铸铁，浇注温度为1420～1480℃，第一观察孔可见铁水时停止浇注高铬铸铁液，15～25秒后通过第二浇口浇注低碳低合金钢液，浇注温度为1520～1560℃，当兼作板锤冒口的第二观察孔观察到有钢液时停止浇注，15～25秒后第三浇口浇注高铬铸铁液，浇注温度为1400～1450℃，铸件凝固冷却后，清砂，去除浇冒口、飞边等，获得工作区域为陶瓷颗粒增强高铬铸铁7和安装区域为低碳低合金钢8的复合板锤；
6）将复合板锤进行热处理：淬火温度950～1050℃，空冷或风冷，380～420 ℃回火，空冷。
实施例1：
高铬铸铁采用Cr25成分（重量百分比）为C：3.5%；Cr15%；Mo0.5%；Ni：0.5%；Si0.6%；Mn0.6%；S≤0.04%；P≤0.04%。低合金钢成分（重量百分比）为C：0.38%；Cr：1%；Si：0.6%；Mn：0.6%；
增强陶瓷颗粒选用Al2O3，颗粒粒径为1～3mm，预制成板条形，用20～140目含泥量<2%的石英砂作为铸型用砂，加入5%水玻璃作粘结剂，用CO2硬化，铸型有三个浇口，位于底层的第一浇口用于浇注高铬铸铁液，位于中间层的第二浇口用于浇注低合金钢液，位于上层的第三浇口用于浇注高铬铸铁液，铸型还设置有两个观察孔，第一观察孔用于观察底层高铬铸铁溢出液，位于中间层的第二观察孔用于观察低合金钢溢出液，第二观察孔兼作复合板锤冒口，在高铬铸铁与低合金钢界面对应的铸型中放置耐高温的保温石棉板，石棉板与铸型型腔壁间的砂厚为8mm，铸型型腔面上涂刷锆英粉快干涂料；
将Al2O3陶瓷颗粒预制体固定于铸型中对应浇注高铬铸铁液的型腔处，合箱立浇，用两个中频感应炉分别按上述成分熔炼高铬铸铁液和低合金钢液。先从低层浇口浇注高铬铸铁液，浇注温度为1470℃，从高铬铸铁溢出液观察孔有铁溢出时停止浇注，停留18秒，从中间层浇口浇注低合金钢液，浇铸温度为1550℃，当中间观测孔发现有合金钢液溢出时，停止浇注，从上层浇口浇注高铬铸铁液，浇注温度为1420℃。铸件凝固冷却后，清砂，去除浇道、冒口及飞边等，即获得复合板锤。
将清理后的复合板锤进行热处理，淬火温度为960℃，出炉空冷至室温，转入回火炉中460℃回火，出炉空冷到室温。该复合板锤耐磨性与现有的高铬板锤相比，提高了1.5倍。
实施例2：
该实施例与实施例1的区别在于：
高铬铸铁成分选用Cr20型，其主要成分（重量百分比）为C：3.2%；Cr：20%；Mo：0.5%；Ni：0.5%；Si：0.6%；Mn：0.6%；S≤0.04%；P≤0.04%，余量为Fe。低合金钢成分（重量百分比）为C：0.4%；Si：0.5%；Mn：0.5%；Cr：1%；P、S≤0.04%，余量为Fe。
实施例3：
该实施例与实施例1的区别在于：
高铬铸铁成分选用Cr25型，其主要成分（重量百分比）为C：3.0%；Cr：25%；Mo：0.5%；Ni：0.5%；Si：0.6%；Mn：0.6%；S≤0.04%；P≤0.04%，余量为Fe。低合金钢成分（重量百分比）为C：0.43%；Si：0.5%；Mn：0.5%；Cr：1%；P、S≤0.04%，余量为Fe。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种复合板锤的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）采用石英砂，并加入水玻璃作为粘结剂，通过二氧化碳硬化制成板锤铸型，该板锤铸型设置有三个浇口和两个观察孔，其中一个观察孔兼作板锤冒口，铸型的型腔面上涂刷锆英粉快干涂料，在铸型内用于制作板锤两工作区域的位置处分别固定陶瓷颗粒预制体；
2）合箱立浇：用两个电炉分别熔炼高铬铸铁和低碳低合金钢，先通过第一浇口浇注高铬铸铁，浇注温度为1420～1480℃，当第一观察孔可见铁水时停止浇注高铬铸铁液，15～25秒后通过第二浇口浇注低碳低合金钢液，浇注温度为1520～1560℃，当兼作板锤冒口的第二观察孔观察到有钢液时停止浇注，15～25秒后从第三浇口浇注高铬铸铁液，浇注温度为1400～1450℃，铸件凝固冷却后，清砂，去除浇冒口、飞边，获得两个工作区域均为陶瓷颗粒增强高铬铸铁和安装区域为低碳低合金钢的复合板锤；且在高铬铸铁与低碳低合金钢的连接界面处对应的铸型中放置有保温石棉板，保温石棉板与铸型型腔面间的砂厚度为6～10mm，且保温石棉板的厚度不小于复合板锤厚度的1/4；
3）将复合板锤进行热处理：淬火温度为950～1050℃，空冷或风冷，380～420 ℃回火，空冷。
2.根据权利要求1所述的复合板锤的制备方法，其特征在于上述陶瓷颗粒预制体采用WC或Al2O3或ZTA或ZrO2或SiC或Cr3C2或TiC陶瓷颗粒制成。
3.根据权利要求1所述的复合板锤的制备方法，其特征在于上述陶瓷颗粒预制体为由陶瓷颗粒与粘结剂混合制备成的微观上具有三维互通的多尺度孔隙、宏观上为板状或条状或蜂巢状的具有抗高温金属冲刷不溃散能力的预制体。
4.根据权利要求1所述的复合板锤的制备方法，其特征在于上述高铬铸铁中Cr的重量百分比含量为15～25%。
5.根据权利要求1所述的复合板锤的制备方法，其特征在于上述低碳低合金钢中碳的重量百分比含量为0.38～0.45%，合金元素的重量百分比含量低于5%。
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