CN105709881A

CN105709881A - 多层复合超高耐磨磨盘瓦及其制作方法

Info

Publication number: CN105709881A
Application number: CN201410720914.5A
Authority: CN
Inventors: 王文祥
Original assignee: Hebei Taiming Investment Group Co Ltd
Current assignee: Hebei Taiming Investment Group Co Ltd
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: CN105709881B

Abstract

非金属-金属多层复合超高耐磨磨盘瓦及其制备方法，盘瓦下层为高韧性层，上层为高耐磨层，高耐磨层为包括非金属耐磨体-金属耐磨体的复合结构，在高耐磨层的表层上镶铸有非金属耐磨体网格，非金属耐磨体优选为由包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物生成的非金属耐磨体网格，本发明在静压力的作用下，使工作层铁水紧紧与非金属耐磨体网格包裹和边界融合，凝固后将网格各缝隙充填严实，并由热轧板将工作层铁水隔开，杜绝合金元素的扩散，通过超耐磨非金属网格与外层耐磨金属相结合，使工作层有极高耐磨性。本发明彻底消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，可做到终身免维护。

Description

多层复合超高耐磨磨盘瓦及其制作方法

技术领域

本发明属于铸造领域，具体涉及多层复合超高耐磨盘瓦及其制作方法。

背景技术

现有盘瓦为“铸造中碳钢+外堆焊耐磨层”的结构。其制备方法包括以下步骤：

1.首先采用中碳钢铸出毛坯并加工成盘瓦；

2.然后进行盘瓦正火热处理；

3.在粗加工盘瓦；

4.在盘瓦工作层上均匀堆焊厚度为15mm左右的耐磨层。

现有盘瓦的结构和制备方法存在问题：

1.堆焊层厚度薄耐磨性较差，盘瓦使用寿命短。一次使用一般在4000小时左右；

2.有剥落掉块现象。焊材为高合金元素组成。由于焊接过程是将局部熔化母材与熔化的焊材混合在一起，在随后的冷却过程中，由于凝固和组织的转变，产生很大的应力(热应力与组织转变应力)，同时伴有焊接遗留渣点，焊层不可避免的出现微裂纹和孔洞。由于上述原因的存在，钢盘瓦在使用过程中受到极大的冲击，使微裂纹扩展，当达到一定程度后出现掉块、剥落。

3.维护费用高。当堆焊耐磨层磨损至5mm左右或出现掉块、剥落现象，需重新进行堆焊修复。修复费用与购价相当。

因此，如何克服现有技术中盘瓦存在的各种缺陷，成为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供多层复合超高耐磨磨盘瓦，本发明的另一目的在于提供多层复合超高耐磨磨盘瓦的制作方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

非金属-金属多层复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：所述盘瓦包括盘瓦本体，所述盘瓦本体下层为高韧性层，上层工作层为高耐磨层，所述高耐磨层为包括非金属耐磨体-金属耐磨体的复合结构。

优选地，所述高耐磨层的表层上镶铸有非金属耐磨体网格。

优选地，在所述高耐磨层中，所述非金属耐磨体由非金属化合物制成，金属耐磨体为高耐磨性高碳高合金铸铁，所述高韧性层为高韧性低碳合金钢。

优选地，非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物。

优选地，所述高耐磨性高碳高合金铸铁的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

优选地，在所述高韧性层和所述高耐磨层之间具有热轧隔板。

本发明还公开了非金属-金属静态多层复合超高耐磨盘瓦的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.制作金属型模具，其中所述金属型模具采用静态铸造，材质为灰口铁。按图纸要求加工制作出金属型；

步骤2.制作非金属耐磨体网格：将非金属化合物制作成蜂窝状网格，并按盘瓦外表面几何要求成型，经焙烧后形成耐磨体；

步骤3.静态复合浇注：将非金属耐磨网格均匀分布在所述金属型模具内表面并固定，同时采用热轧隔板将铸造型腔分为上下两空间并设位于上下的两个浇道及两个冒口，分别熔炼用于上层工作层的高碳高合金耐磨铸铁铁水和用于下层的高韧性低碳合金钢钢水，首先将用于工作层的高碳高合金耐磨铸铁铁水通过耐磨层浇道注入的铸造下型腔内，空气从耐磨层冒口排出，达到工艺要求后，立即从韧性层浇道浇入韧性层钢水至要求，空气从韧性层冒口排出，随着钢水的温度降低，凝固成上下成分不一样具有双层结构的盘瓦；

步骤4.开箱：浇注完的盘瓦温度降低至900℃～950℃后，开箱取出并空冷至200℃～250℃；

步骤5.退火：将取出的盘瓦进行去应力退火，退火温度控制在500℃～520℃，并保温16～30小时，然后冷却至温度不超过100℃；

步骤6.检验及精加工：将退火后的盘瓦进行探伤、硬度等检测，合格后按要求加工，得到合格的静态多层复合超高耐磨盘瓦。

优选地，在步骤2中的所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物。

优选地，所述非金属化合物包括Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃中的任意一种或多种物质。

优选地，所述高碳高合金耐磨铸铁铁水的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢钢水的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

本发明具有如下优点：

(1)在静压力的作用下，使工作层铁水紧紧与非金属耐磨体网格包裹和边界融合，凝固后将网格各缝隙充填严实，并由热轧板将工作层铁水隔开，杜绝合金元素的扩散，保证工作层的成分一致性。

(2)通过超耐磨非金属网格与外层耐磨金属相结合，使工作层有极高耐磨性。

(3)采用静态多层复合铸造，彻底消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，可以做到终身免维护。

(4)生产周期短，可规模化生产。

附图说明

图1为根据本发明具体实施例的多层复合超高耐磨磨盘瓦的俯视图；

图2为根据本发明具体实施例的多层复合超高耐磨磨盘瓦的截面图；

图3为根据本发明另一个具体实施例的多层复合超高耐磨磨盘瓦的制作方法的流程图；

图4为根据本发明另一个具体实施例的制作多层复合超高耐磨磨盘瓦的浇注系统的示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、高耐磨层；2、高韧性层；3、非金属耐磨体；4、热轧隔板；21、韧性层浇道；22、韧性层冒口；23、耐磨层浇道；24、耐磨层冒口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例1：

如图1和图2所示，示出了根据本发明的非金属-金属静态多层复合超高耐磨盘瓦的俯视图和截面图，包括盘瓦本体，所述盘瓦本体下层为高韧性层2，上层工作层为高耐磨层1，所述高耐磨层为包括非金属耐磨体-金属耐磨体的复合结构。优选地，所述高耐磨层1的表层上镶铸有非金属耐磨体网格3。

本发明通过将网格状的非金属耐磨体与金属耐磨体混合在一起，在确保外层超高耐磨性和内部高韧性的同时，使工作层的抗冲击能力提高。

因此，本发明在工作层的高耐磨层中具有非金属耐磨体。进一步优选地，采用非金属耐磨体网格，从而形成非金属耐磨体网格与耐磨金属层彼此紧密的结合在一起，以进一步提高耐磨性。进一步优选地，如图1中所示的，在盘瓦本体的非金属-金属高耐磨层2表层上镶铸有非金属耐磨体网格3。由于超耐磨非金属网格与外层耐磨金属相结合，使工作层有极高耐磨性。

在所述高耐磨层1中，非金属耐磨体由非金属化合物制成，金属耐磨体为高耐磨性高碳高合金铸铁。高韧性层2为高韧性低碳合金钢。所述高耐磨性高碳高合金铸铁和高韧性低碳合金钢成分彼此独立。

非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物。优选地，所述非金属耐磨体网格3由铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物制成。

进一步优选地，所述非金属耐磨体网格3由Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃等氧化物或碳化物制成，上述物质耐磨性高、抗急热能力好。

其中，所述高耐磨性高碳高合金铸铁的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％；主要元素，即上述元素的合金总量控制在19％～32％。

所述高韧性低碳合金钢的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％；主要元素，即上述元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

特别的，在所述高韧性层2和所述高耐磨层1之间具有热轧隔板4，以避免在高耐性层和高耐磨层之间的合金元素的扩散，保证工作层成分的一致性。

实施例2：

在本实施例中，本发明还公开了可以用于制造实施例1中所述的非金属-金属静态多层复合超高耐磨盘瓦的制备方法。参见图3，示出了复合超高耐磨盘瓦的制作方法的流程图，参见图4，示出了制作多层复合超高耐磨磨盘瓦的浇注系统的示意图。

所述制备方法包括如下步骤：

步骤3.静态复合浇注：将非金属耐磨网格均匀分布在所述金属型模具内表面并固定，同时采用热轧隔板4，例如3mm厚的热轧隔板，将铸造型腔分为上下两空间并设位于上下的两个浇道及两个冒口，分别熔炼用于上层工作层的高碳高合金耐磨铸铁铁水和用于下层的高韧性低碳合金钢钢水，首先将用于工作层的高碳高合金耐磨铸铁铁水通过耐磨层浇道23注入的铸造下型腔内，空气从耐磨层冒口24排出，达到工艺要求后，立即从韧性层浇道21浇入韧性层钢水至要求，空气从韧性层冒口22排出，随着钢水的温度降低，凝固成上下成分不一样具有双层结构的盘瓦，其中该步骤中，浇注应当保证耐磨层的厚度和防止缩孔出现。

所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物。进一步优选地，所述非金属化合物包括Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃中的任意一种或多种物质，上述物质耐磨性高、抗急热能力好。

其中，所述高碳高合金耐磨铸铁铁水的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％；主要元素的合金总量控制在19％～32％。

所述高韧性低碳合金钢钢水的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％；主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

由于在制作中，在静压力的作用下，工作层铁水紧紧与非金属耐磨体网格包裹和边界融合，凝固后将网格各缝隙充填严实，并由热轧板将工作层铁水隔开，杜绝合金元素的扩散，保证工作层的成分一致性。

将本发明所制得的非金属-金属静态多层复合超高耐磨盘瓦与现有技术中的盘瓦，例如，高铬堆焊盘瓦，可以进行如下的性能对比：

表1：本发明的高耐磨盘瓦和现有技术盘瓦性能对比

其中，本发明高耐磨盘瓦的使用寿命比堆焊盘瓦寿命提高2.5倍以上。

本发明具有如下优点：

(4)生产周期短，可规模化生产。

因此，本发明公开的非金属-金属静态多层复合超高耐磨盘瓦，可以广泛地运用于矿山、水泥、冶金、煤化工、玻璃等行业中，使用寿命比堆焊盘瓦寿命提高2.5倍以上。该盘瓦的采用非金属-金属静态多层复合铸造技术，使盘瓦具备外层超高耐磨、内层高韧性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims

1.一种非金属-金属多层复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：所述盘瓦包括盘瓦本体，所述盘瓦本体下层为高韧性层，上层工作层为高耐磨层，所述高耐磨层为包括非金属耐磨体-金属耐磨体的复合结构。

2.根据权利要求1所述的复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：

所述高耐磨层的表层上镶铸有非金属耐磨体网格。

3.根据权利要求1所述的复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：

在所述高耐磨层中，所述非金属耐磨体由非金属化合物制成，金属耐磨体为高耐磨性高碳高合金铸铁，所述高韧性层为高韧性低碳合金钢。

4.根据权利要求3所述的复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：

非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的碳化物和/或氧化物。

5.根据权利要求3所述的复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：

所述高耐磨性高碳高合金铸铁的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的复合超高耐磨磨盘瓦，其特征在于：

在所述高韧性层和所述高耐磨层之间具有热轧隔板。

7.一种非金属-金属静态多层复合超高耐磨盘瓦的制备方法，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的复合超高耐磨盘瓦的制备方法，其特征在于：

在步骤2中的所述非金属化合物包括铝、硅、锆、钇中任意一种或多种物质的的碳化物和/或氧化物。

9.根据权利要求8所述的复合超高耐磨盘瓦的制备方法，其特征在于：

所述非金属化合物包括Al₂O₃，SiC，ZrO，Y₂O₃中的任意一种或多种物质。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的复合超高耐磨盘瓦的制备方法，其特征在于：

所述高碳高合金耐磨铸铁铁水的主要合金成分为：C2.6％～4.0％、Si0.3％～0.8％、Mn0.4％～1.2％、Cr13.0％～25.0％、Mo3％～6.0％，主要元素的合金总量控制在19％～32％；所述高韧性低碳合金钢钢水的主要合金元素成分为：C0.2％～0.4％、Si0.5％～1.2％和Mn0.6％～1.2％，主要元素的合金总量控制在1.3％～2.8％。