CN105856725B - 一种双金属贝氏体‑马氏体复相耐磨衬板及其制备方法 - Google Patents

一种双金属贝氏体‑马氏体复相耐磨衬板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种双金属复合贝氏体‑马氏体复相钢耐磨衬板及其制备方法，属于金属材料铸造技术领域。本发明所述方法为双液双金属浇注不同成分的硅锰系中碳低合金贝氏体‑马氏体复相合金钢，内层为高硬度贝氏体‑马氏体复相耐磨层，外层为高韧性抗冲击基体层，经热处理后使内、外层获得不同组织，从而获得不同性能。本发明所述方法优化衬板内、外层材料合金成分配比，采用合理的双液双金属分层铸造工艺，通过常规的盐浴等温淬火热处理方式使内外层得到不同组织，本发明所述衬板内层硬度为55~57HRC，冲击韧性11~14J/cm2，外层硬度为45~50HRC，冲击韧性19~21J/cm2，从而获得硬度和韧性配合优良且成本低廉的耐磨衬板。

Description

一种双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板及其制备方法，属于金属材料铸造技术领域。
背景技术
随着现代化工业进程的加快，球磨机半自磨机直径在增加，衬板作为作为易耗部件其性能直接关系着整个设备的生产效率。由于在高应力下进行矿石的破碎作业，因此要求衬板在具有高耐磨性的同时，还应具有高的冲击韧性，以承载高能冲击磨料磨损。传统衬板多采用铸造生产，整个衬板成分单一，很难兼顾硬度和韧性两方面因素，因此，现有的衬板多采用复合式的结构，以达到内层具有高硬度，外层高韧性的综合机械性能。
中国发明专利CN102921927A提出一种双液双合金耐磨衬板的制备方法，但其耐磨层采用铸铁，基体层采用合金钢，由于两者的C含量相差较大，因此在铸造的界面会产生较大应力，在使用过程中易在结合界面处产生开裂，且在后续的热处理过程中，由于铸铁和基体的奥氏体化温度，冷却速度均不同，因此组织难以控制，导致使用性能欠佳，磨损层硬度和基体层韧性难以控制。中国发明专利CN1962122A所公布的也是一种双液双合金耐磨衬板的制备方法，其耐磨层与基体层都采用贝氏体钢，由于贝氏体钢在热处理过程中需要进行等温淬火处理，其选用的两种贝氏体钢合金元素成分含量不同，所需要的奥氏体化温度和冷却速度也不相同，在热处理过程中，因对铸造好的整个铸件进行热处理，因此只可以选择一个奥氏体化温度和一种冷却速度，对整个衬板相变不易控制，很难兼顾耐磨层与基体层的组织和性能。
在此基础上，本发明耐磨层为自行设计的一种中碳低合金贝氏体钢，内层选择牌号为65Mn的弹簧钢，采用双液铸造方式生产的耐磨衬板，由于两种材料C含量相近，因此具有相对较为相似的热物理性能，在铸造界面处产生的应力较小，开裂倾向较小；且65Mn的奥氏体化温度较所设计的合金钢高，因此在热处理的过程中，基体层的性能基本维持不变，能保证良好地韧性，只需考虑耐磨层的热处理工艺即可，简化了热处理的工艺参数，可提高实际产业化的生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，所述复相钢耐磨衬板包括耐磨层和基体层，耐磨层为高硬度耐磨损层，基体层为高韧性抗冲击基体层；
耐磨层合金组成按重量百分比为：C：0.4%~0.5%，Si：1.8%~2.0%，Mn：2.3%~2.5%，Cr：0.4%~0.5%，Ni: 0.95%~1.2%，B：0.005%~0.006%，V：0.1%~0.2%，P≤0.06%，S≤0.06%，Fe及不可避免的杂质；
外层选择牌号为65Mn的弹簧用钢成分配比。
优选的，本发明所述内层与外层厚度比为1:2~1:1。
本发明的另一目的在于提供所述双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）熔炼：根据权利要求1所述合金成分配比在中频感应炉中分别进行熔炼。
（2）分层浇铸成型：首先将内层钢液通过内层浇道浇入底部安装激冷层的型腔内，浇铸温度1450~1520℃；冷却至1300~1350℃时，再浇入外层钢液，外层钢液浇铸温度1495~1515℃。浇铸结束后表层覆砂保温。
（3）浇铸成型的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，冷却12h后开箱清砂后进行去应力退火，以消除界面处的应力，退火温度450~550℃，保温时间2~3h后随炉冷却，冷却至300~350℃出炉空冷。
（4）得到的双金属衬板加热至900~920℃，保温2~3h后进行盐浴等温淬火处理，选用25%硝酸钾+75%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，盐浴温度为300~320℃，盐浴时间为2~3h，取出后空冷至室温，得到双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板。
本发明的有益效果
（1）本发明所述耐磨层贝氏体-马氏体复相材料，在热处理的过程中较易获得贝氏体-马氏体复相组织，因而，衬板耐磨层硬度55~57HRC，冲击韧性11~14J/cm2，基体层硬度为45~50HRC，冲击韧性19~21J/cm2，具有优良的综合力学性能。
（2）与现有技术相比，由于耐磨层与基体层具有相似的热物理性能，因而不易在界面处产生开裂。
本专利所采用的热处理工艺简单，只需要进行等温淬火+回火的处理工艺，即可获得较好的综合力学性能。
附图说明
图1 本发明所述衬板砂型。
1-外层基体层；2-内层耐磨层；3-外层浇道；4-内层浇道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例制备厚度300mm的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，耐磨层壁厚为100mm，基体层壁厚为200mm；两层材料的化学成分如表1所示
表1
本实施例所述双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）熔炼：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。
（2）分层浇铸成型：首先将内层钢液通过内层浇道浇入底部安装激冷层的型腔内，浇铸温度1480℃；冷却至1300℃时，再浇入外层钢液，外层钢液浇铸温度1495℃。浇铸结束后表层覆砂保温。
（3）浇铸成型的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，冷却12h后开箱清砂后进行去应力退火，以消除界面处的应力，退火温度450℃，保温时间2h后随炉冷却，冷却至300℃出炉空冷。
（4）得到的双金属衬板加热至900℃，保温2h后进行盐浴等温淬火处理，选用25%硝酸钾+75%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，盐浴温度为300℃，盐浴时间为2h，取出后空冷至室温，得到双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板。
本实施例制备得到的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，耐磨层硬度为55HRC，冲击韧性为11 J/cm2；基体层硬度为45HRC，冲击韧性为19J/cm2。
实施例2
本实施例制备厚度300mm的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，耐磨层壁厚为150mm，基体层壁厚为150mm；两层材料的化学成分如表2所示
表2
本实施例所述双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）熔炼：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。
（2）分层浇铸成型：首先将内层钢液通过内层浇道浇入底部安装激冷层的型腔内，浇铸温度1500℃；冷却至1325℃时，再浇入外层钢液，外层钢液浇铸温度1450℃。浇铸结束后表层覆砂保温。
（3）浇铸成型的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，冷却12h后开箱清砂后进行去应力退火，以消除界面处的应力，退火温度500℃，保温时间2.5h后随炉冷却，冷却至350℃出炉空冷。
（4）得到的双金属衬板加热至910℃，保温2.5h后进行盐浴等温淬火处理，选用25%硝酸钾+75%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，盐浴温度为310℃，盐浴时间为2.5h，取出后空冷至室温，得到双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板。
本实施例制备得到的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，耐磨层硬度为57HRC，冲击韧性为13 J/cm2；基体层硬度为450HRC，冲击韧性为20J/cm2。
实施例3
本实施例制备厚度300mm的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，耐磨层壁厚为125mm，基体层壁厚为175mm；两层材料的化学成分如表3所示
表3
本实施例所述双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）熔炼：根据外层和内层的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼。
（2）分层浇铸成型：首先将内层钢液通过内层浇道浇入底部安装激冷层的型腔内，浇铸温度1520℃；冷却至1350℃时，再浇入外层钢液，外层钢液浇铸温度1500℃。浇铸结束后表层覆砂保温。
（3）浇铸成型的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，冷却12h后开箱清砂后进行去应力退火，以消除界面处的应力，退火温度550℃，保温时间3h后随炉冷却，冷却至320℃出炉空冷。
（5）得到的双金属衬板加热至920℃，保温3h后进行盐浴等温淬火处理，选用25%硝酸钾+75%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，盐浴温度为320℃，盐浴时间为3h，取出后空冷至室温，得到双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板。
本实施例制备得到的双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，耐磨层硬度为57HRC，冲击韧性为14J/cm2；基体层硬度为50HRC，冲击韧性为21J/cm2。

Claims (3)

1.一种双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，其特征在于：所述复相钢耐磨衬板包括内层和外层，内层为高硬度耐磨损层，外层为高韧性抗冲击基体层；
所述内层合金组成按重量百分比为：C：0.4%~0.5%，Si：1.8%~2.0%，Mn：2.3%~2.5%，Cr：0.4%~0.5%，Ni: 0.95%~1.2%，B：0.005%~0.006%，V：0.1%~0.2%，P≤0.06%，S≤0.06%，Fe及不可避免的杂质；
所述外层选择牌号为65Mn的弹簧用钢成分配比。
2.根据权利要求1所述双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板，其特征在于：内层与外层厚度比为1:2~1:1。
3.权利要求1或2所述双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）熔炼：根据合金成分配比在中频感应炉中分别进行熔炼；
（2）分层浇铸成型：首先将内层钢液通过内层浇道浇入底部安装激冷层的型腔内，浇铸温度1480~1520℃；冷却至1300~1350℃时，再浇入外层钢液，外层钢液浇铸温度1450~1515℃，浇铸结束后表层覆砂保温；
（3）冷却后开箱清砂后进行去应力退火，退火温度为450~550℃，保温时间2~3h后随炉冷却，冷却至300~350℃出炉空冷；
（4）步骤（3）得到的双金属衬板加热至900~920℃，保温2~3h后进行盐浴等温淬火处理，选用25%硝酸钾+75%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，盐浴温度为300~320℃，盐浴时间为2~3h，取出后空冷至室温，得到双金属贝氏体-马氏体复相耐磨衬板。
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