CN105385930B - 一种合金板锤的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金板锤的制备方法，包括板锤本体和合金材料层，其特征在于，所述合金材料层由高钒耐磨合金钢制成，合金材料层与板锤本体镶嵌工艺包括以下几个步骤：步骤1、高钒耐磨合金钢的冶炼；步骤2、板锤预处理及造型工艺；步骤3、合金钢冶炼完成后，进行镶嵌浇注，切除冒口，修整毛边；步骤4、铸造工艺完成后，进行热处理；步骤5、热处理后再进行冷却处理；步骤6、冷却处理完成后，进行焊接填补。在一定的成本范围内，大幅提高其耐磨性和持久性，通过合理的工艺参数设置，使双金属结合表面结合度更好，间接增加板锤的使用寿命；另外，通过优化工艺步骤，稳固板锤性能和尺寸，减小检修次数，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿山机械，特别是一种合金板锤的制备方法。
背景技术
板锤是破碎机用于破碎板锤的重要部件，板锤磨损是破碎机的主要失效形式，一般板锤的使用寿命短，消耗量大．需要储备大量的备件才能维持正常生产，生产成本高，造成板锤使用寿命短的原因一般有两个：一是板锤材料选择不当。板锤材料应该采用耐磨合金材料，可是现有的板锤一般都采用高锰钢制作，高锰钢锤式破碎机锤头具有韧性好，工艺性好，价格低，其主要特点是在较大的冲击或接触应力的作用下，表面层将迅速产生加工硬化，其加工硬化指数比其它材料高5—7 倍，耐磨性得到较大的提高，但是高锰钢锤头对破碎机整体性能要求较高，如果在实际工作中物理冲击力不够或接触应力小，则不能使表面迅速产生加工硬化，从而发挥不出其应有的耐磨性；因此又有人提出高铬合金破碎机板锤，高铬耐磨板锤特点是韧性好、强度高、工艺性好，有一定的硬度, 高烙锤头，在较大的冲击或接触应力作用下表面层将迅速产生剧烈的加工硬化．大大提高表面硬度和耐磨性能，但高铬合金韧性较差，在没有锤架支撑的情况下容易发生断裂。依然不能克服单一材料的缺点。高钒耐磨合金材料在国内已发展十年有余，其具有优良的耐磨性，良好的基体组织，优异的机械性能，因此作为新一代耐磨材料，高钒耐磨合金一直以来都备受关注，在国内，高钒耐磨合金材料正处于研制、开发和生产应用的起步阶段，现已被用于轧辊、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件中，但应用在板锤上还是太少，为了提高板锤的耐磨性，板锤成分逐渐向高碳高钒方向发展。
高钒耐磨合金是以一种或多种碳化物为硬质相，以钢、铁等为粘结相，经配比后进行粉末冶金烧结而成的材料，在用其作易磨损工件时，在尚未达到预定的使用寿命时，就因破碎、断裂等发生早期失效，达不到预期的结果。通过硬质合金-铸钢镶嵌技术制造双金属复合材料，具有耐磨、耐热、耐腐蚀、抗氧化等多种性能，工件整体具有良好的综合力学性能。硬质合金镶嵌技术已经得到了重视和广泛的研究，而应用范围还是太小，还未大面积应用，现有技术通过硬质合金镶嵌技术制造的合金板锤由于工艺上的缺陷，导致应用效果不太理想，因此，如何优化或者简化制备工艺，是本领域技术人员共同研究的课题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种合金板锤的制备方法，在一定的成本范围内，大幅提高其耐磨性和持久性，通过合理的工艺参数设置，使双金属结合表面结合度更好，间接增加板锤的使用寿命；另外，通过优化的工艺步骤，稳固板锤性能和尺寸，减小检修次数，提高工作效率。
本发明采用的技术方案如下：一种合金板锤的制备方法，包括板锤本体和合金材料层，其特征在于，所述合金材料层由高钒耐磨合金钢制成，合金材料层与板锤本体镶嵌工艺包括以下几个步骤：
步骤1、高钒耐磨合金钢的冶炼；
步骤2、板锤预处理及造型工艺；
步骤3、合金钢冶炼完成后，进行镶嵌浇注，切除冒口，修整毛边；
步骤4、铸造工艺完成后，进行热处理；
步骤5、热处理后再进行冷却处理；
步骤6、冷却处理完成后，进行焊接填补。
进一步，所述步骤1的具体步骤为：用中频感应电炉熔炼高钒耐磨合金钢，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、硅铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钒铁、钛铁，熔炼快结束时，最后加入稀土和硼，使高钒耐磨合金钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，准备浇注；
通过上述冶炼工艺，可以减小贵重金属的烧损率，提高钒的吸收率，钢液中渣滓尽可能控制在最小量，使合金成分更稳定，副产物如金属氧化物生产少，提高钢液的纯净度。
进一步，所述步骤2的具体步骤为：将板锤表面打磨光滑，清洗干净，然后将板锤置入砂箱中，选用二氧化碳水玻璃砂工艺；造型时，先将石英砂干混5min，直至混合均匀，然后加水玻璃湿混7min，混合均匀后再造型；造型完成后，向铸型中吹入二氧化碳气体进行硬化，吹气流量控制在0.8m3/h，吹气时间控制在20s，箱内用定位销定位，箱外用合箱线定位，型腔内用镁砂粉涂料涂刷两层。
通过上述造型工艺，能有效地解决在浇注过程中形成气孔、疏松、夹杂和夹渣等缺陷，使成型后的板锤的合金材料层合金成分分布均匀，无偏析、裂纹等缺陷产生，同时还能有效减缓合金成分超差带来的合金成分不合格的问题。
进一步，所述步骤3的具体步骤为：合金钢冶炼完成后，先对砂箱预热至110℃，然后采用中间注入式浇注系统浇注，浇注温度为1540-1560℃，然后保温24h，最后打开砂箱，清理板锤表面，切除冒口，修整毛边，打磨切割处。
进一步，所述步骤4的具体步骤为：铸造工艺完成后，进行热处理，即对成型后的板锤进行热处理，先将板锤在热处理炉中加热至900℃正火，保温4h，空冷至室温；然后将板锤放入热处理炉中加热至950℃，升温速率大于100℃/s，保温2~3min，然后预冷到850℃，再油冷至200~250℃，保温30min，空冷至室温；最后放入回火炉中加热至230~270℃回火，保温2h，空冷至室温。
通过上述的浇注工艺和热处理工艺，使合金板锤的抗拉强度提高，原因是随着回火温度的升高，形成的马氏体过饱和度逐渐降低，碳原子脱溶析出，基体中的位错密度降低，因而抗拉强度降低，因此本热处理工艺采用较低的回火温度，回火后合金层的金相组织为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物，组织均匀细小；合金板锤的冲击韧性随回火温度的升高时先升高后降低，而选用210~230℃回火，能得到较好的冲击韧性，同时而不影响其他性能；在较低的回火温度下，合金板锤的硬度提高，耐磨性增强，而生成的片状马氏体，使基体裂纹倾向小，有较好的抗划伤能力，能为碳化物提供有效保护，降低犁削和疲劳剥落磨损率，延长合金层的使用寿命，其使用寿命是高锰钢的5~7倍。
进一步，所述步骤5的具体步骤为：将热处理完后的高钒耐磨合金板锤放入冷冻箱中深冷至-40℃，冷冻4~5h，然后取出恢复至室温。
进一步，所述步骤5的具体步骤为：将经过上述处理后的板锤的合金材料层的末端加工出焊接坡口，然后用耐磨焊条焊接，要求焊后的熔覆金属一部分覆盖住合金材料层末端，另一部分覆盖在板锤本体上，焊后清渣打磨，使其表面曲线圆滑过渡。
通过上述步骤，冷冻处理后的合金板锤组织中残余奥氏体大量减少，直至忽略不计，减少了残余奥氏体对合金板锤耐磨性的影响，进一步加强了板锤的耐磨性。另外，为了解决合金材料层末端容易起翘脱落的问题，通过焊接的方式来巩固和强化其结合力，消除末端起边的缺陷，增加了板锤的使用寿命，从而减小零部件的更换，提高其生产效率。
进一步，通过上述方法制得的板锤的合金材料层硬度为65~67HRC，冲击韧性为10.5~14.2 J/cm2，相对耐磨性为4.89~7.71。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、合金材料层硬度高，耐磨性好，抗冲击韧性和抗疲劳度优异。
2、合金板锤双金属结合表面结合度更好，合金层边缘不会起翘脱落，间接增加板锤的使用寿命。
3、合金板锤的性能和尺寸稳定，修复次数少，相应成本降低，结构简单，工作效率高。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种合金板锤的制备方法，包括板锤本体和合金材料层，其特征在于，所述合金材料层由高钒耐磨合金钢制成，合金材料层与板锤本体镶嵌工艺包括以下几个步骤：
步骤1、高钒耐磨合金钢的冶炼；
步骤2、板锤预处理及造型工艺；
步骤3、合金钢冶炼完成后，进行镶嵌浇注，切除冒口，修整毛边；
步骤4、铸造工艺完成后，进行热处理；
步骤5、热处理后再进行冷却处理；
步骤6、冷却处理完成后，进行焊接填补。
在本发明中，所述步骤1的具体步骤为：用中频感应电炉熔炼高钒耐磨合金钢，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、硅铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钒铁、钛铁，熔炼快结束时，最后加入稀土和硼，使高钒耐磨合金钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，准备浇注；
在本发明中，所述步骤2的具体步骤为：将板锤表面打磨光滑，清洗干净，然后将板锤置入砂箱中，选用二氧化碳水玻璃砂工艺；造型时，先将石英砂干混5min，直至混合均匀，然后加水玻璃湿混7min，混合均匀后再造型；造型完成后，向铸型中吹入二氧化碳气体进行硬化，吹气流量控制在0.8m3/h，吹气时间控制在20s，箱内用定位销定位，箱外用合箱线定位，型腔内用镁砂粉涂料涂刷两层。
在本发明中，所述步骤3的具体步骤为：合金钢冶炼完成后，先对砂箱预热至110℃，然后采用中间注入式浇注系统浇注，浇注温度为1540-1560℃（最好在1550℃时浇注，当然也可以在1540℃或1560℃时浇注），然后保温24h，最后打开砂箱，清理板锤表面，切除冒口，修整毛边，打磨切割处。
在本发明中，所述步骤4的具体步骤为：铸造工艺完成后，进行热处理，即对成型后的板锤进行热处理，先将板锤在热处理炉中加热至900℃正火，保温4h，空冷至室温；然后将板锤放入热处理炉中加热至950℃，升温速率大于100℃/s，保温2~3min，然后预冷到850℃，再油冷至200~250℃（最好油冷至240℃，当然也可以油冷至200℃或250℃），保温30min，空冷至室温；最后放入回火炉中加热至230~270℃回火（最好在250℃回火，当然也可以在230℃或270℃回火），保温2h，空冷至室温。
在本发明中，所述步骤5的具体步骤为：将热处理完后的高钒耐磨合金板锤放入冷冻箱中深冷至-40℃，冷冻4~5h（最好冷冻5h，当然也可以冷冻4h或4.5h），然后取出恢复至室温。
在发明中，所述步骤5的具体步骤为：将经过上述处理后的板锤的合金材料层的末端加工出焊接坡口，然后用耐磨焊条焊接，要求焊后的熔覆金属一部分覆盖住合金材料层末端，另一部分覆盖在板锤本体上，焊后清渣打磨，使其表面曲线圆滑过渡。
通过上述方法制得的板锤的合金材料层硬度为65~67HRC（最佳值为67HRC，根据测试条件的不同，其值可能为65HRC或65.5HRC）,冲击韧性为10.5~14.2 J/cm2（最佳值为14.2J/cm2，根据测试条件的不同，其值可能为10.5 J/cm2或13.7 J/cm2），相对耐磨性为4.89~7.71（最佳值为7.71，根据测试条件的不同，其值可能为4.89或6.53）。
本发明的合金板锤制备方法，制得的板锤合金材料层硬度高，耐磨性好，抗冲击韧性和抗疲劳度优异，合金板锤双金属结合表面结合度更好，合金层边缘不会起翘脱落，增加板锤的使用寿命，合金板锤的性能和尺寸稳定，修复次数少，相应成本降低，结构简单，工作效率高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种合金板锤的制备方法，所述合金板锤包括板锤本体和合金材料层，其特征在于，所述合金材料层由高钒耐磨合金钢制成，合金材料层与板锤本体镶嵌工艺包括以下几个步骤：
步骤1、高钒耐磨合金钢的冶炼；
步骤2、板锤预处理及造型工艺；
步骤3、合金钢冶炼完成后，进行镶嵌浇注，切除冒口，修整毛边；
步骤4、铸造工艺完成后，进行热处理；
步骤5、热处理后再进行冷却处理；
步骤6、冷却处理完成后，进行焊接填补；
所述步骤4的具体步骤为：铸造工艺完成后，进行热处理，即对成型后的板锤进行热处理，先将板锤在热处理炉中加热至900℃正火，保温4h，空冷至室温；然后将板锤放入热处理炉中加热至950℃，升温速率大于100℃/s，保温2~3min，然后预冷到850℃，再油冷至200~250℃，保温30min，空冷至室温；最后放入回火炉中加热至230~270℃回火，保温2h，空冷至室温。
2.如权利要求1所述的合金板锤的制备方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：用中频感应电炉熔炼高钒耐磨合金钢，金属炉料加入顺序为生铁、废钢、钼铁、镍铁、硅铁、锰铁、铬铁，熔炼温度达到1610℃时，进行脱氧，然后再加入脱氧剂进行二次脱氧，之后加入钒铁、钛铁，熔炼快结束时，最后加入稀土和硼，使高钒耐磨合金钢中的合金成分达到预定要求，然后微调钢液中的化学成分，准备浇注。
3.如权利要求1或2所述的合金板锤的制备方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：将板锤表面打磨光滑，清洗干净，然后将板锤置入砂箱中，选用二氧化碳水玻璃砂工艺；造型时，先将石英砂干混5min，直至混合均匀，然后加水玻璃湿混7min，混合均匀后再造型；造型完成后，向铸型中吹入二氧化碳气体进行硬化，吹气流量控制在0.8m3/h，吹气时间控制在20s，箱内用定位销定位，箱外用合箱线定位，型腔内用镁砂粉涂料涂刷两层。
4.如权利要求3所述的合金板锤的制备方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：合金钢冶炼完成后，先对砂箱预热至110℃，然后采用中间注入式浇注系统浇注，浇注温度为1540-1560℃，然后保温24h，最后打开砂箱，清理板锤表面，切除冒口，修整毛边，打磨切割处。
5.如权利要求1所述的合金板锤的制备方法，其特征在于，所述步骤5的具体步骤为：将热处理完后的高钒耐磨合金板锤放入冷冻箱中深冷至-40℃，冷冻4~5h，然后取出恢复至室温。
6.如权利要求5所述的合金板锤的制备方法，其特征在于，所述步骤5的具体步骤为：将经过上述处理后的板锤的合金材料层的末端加工出焊接坡口，然后用耐磨焊条焊接，要求焊后的熔覆金属一部分覆盖住合金材料层末端，另一部分覆盖在板锤本体上，焊后清渣打磨，使其表面曲线圆滑过渡。
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