CN106702369A - 金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板及其制造方法，所述复合耐磨衬板包括金属基体和硬质耐磨材料，所述硬质耐磨材料与金属基体通过挤压方式融合在一起，硬质耐磨材料被包裹在金属基体内构成复合耐磨产品；所述复合耐磨衬板的制造方法，包括如下步骤：A.金属基体材料准备，B.硬质耐磨材料布料，C.成型准备，D.加压成型。使用本方法制造的耐磨产品具有高耐磨、高抗冲击、适用于高磨损等复杂工况，相对传统耐磨产品来说可提高其综合使用寿命。

Description

金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板及其制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种复合型耐磨产品，尤其是涉及一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板及其制造方法。

【背景技术】

工业领域中使用的耐磨材料与耐磨产品通常分为金属耐磨材料与非金属耐磨材料两种，金属耐磨材料通常表现为硬质合金材料，而非金属耐磨材料则通常表现为软体耐磨材料和晶体硬质耐磨材料。在工业领域中用量最大的耐磨材料是金属硬质耐磨合金材料和非金属类的晶体硬质耐磨材料，这两类耐磨材料的共同特点都是硬质耐磨材料，硬度很高，耐磨性能好，但易碎，塑韧性差，不抗冲击。极大的限制了此类耐磨材料的应用范围。

为了解决耐磨性与塑韧性的矛盾问题，出现了将韧性金属基体与硬质耐磨材料进行复合的生产工艺，输出了各种耐磨复合材料与复合制造工艺。

但由于金属基体与硬质耐磨材料物理与化学性质的差异，使两者有效的融合在一起是非常困难的，因为大多数的常用金属材料与硬质耐磨材料不具备相互浸润性，即使有个别金属可以与硬质耐磨材料浸润，但由于这类金属的耐磨性有限及制造成本超高，不适合产业化推广。

现有技术中的金属基体与硬质耐磨材料的复合耐磨衬板有以下几种：

1.金属类硬质合金耐磨材料在金属基体上的复合通常采用焊接的方式，这种方式不能从根本上解决冲击性问题。

2.铸造方法。采用铸造方法成型后的产品内，在硬质耐磨材料周围有大量空洞和隔离带，硬质耐磨材料也会产生大量热裂纹形成制造缺陷，在此情况下受到冲击时极易因缺陷扩展而使整个产品断裂失效；

同时，铸造后的金属基体想要获得较好的耐磨性必须经过热处理工艺，但硬质耐磨材料由于自身的热膨胀系数与收缩率较低，在急冷与急热的条件下极易开裂破碎，不能起到耐磨的作用，使整体产品不能适用于热处理工艺，也就不能提高基体的耐磨性，从而极大的降低了此类复合耐磨衬板的使用寿命。

3.采用胶水粘接或继续连接的办法，包含上述两种方法的缺点。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种硬质耐磨材料融合在金属耐磨材料中，可以进行热处理的金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板及其制造方法，旨在解决现有技术中金属基体和硬质耐磨材料复合而成的耐磨产品抗冲击性和不便于热处理导致耐磨性能不佳的问题。

本发明是这样实现的：一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板，包括金属基体和硬质耐磨材料，所述硬质耐磨材料与金属基体通过挤压方式融合在一起，所述硬质耐磨材料被包裹在金属基体内构成复合耐磨产品。

本发明的进一步技术方案是：所述金属基体为整体件，其上复合有多块硬质耐磨材料，所有硬质耐磨材料和金属基体均作为耐磨部件构成复合耐磨衬板。

本发明的进一步技术方案是：一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板的制造方法，包括如下步骤：

A. 金属基体材料准备：将带装配部件的金属基体材料准备好，加热到塑性温度待用；

B. 硬质耐磨材料布料：将硬质耐磨材料放入装配部件，得到布好料的半成品；

C.成型准备：将布好料的半成品通过加热方式升温至金属基体具有可塑性变形的塑性温度；

D. 加压成型：使用压力设备或工艺对已加热至塑性温度的半成品加压成型，得到复合耐磨衬板。

本发明的更进一步技术方案是：步骤A中所述金属基体材料是采用机加工、铸造、锻造、冲压、焊接方式中的一种或多种方式进行成型，所述装配部位是通孔、沉孔、直孔、锥孔、直槽或斜槽中的一种或多种。

本发明的更进一步技术方案是：对所述步骤D获得的复合耐磨衬板进行热处理。

本发明的有益效果是：由于采用挤压工艺，利用两种材料常温或高温条件下的塑韧性与抗压强度的差异，使一种材料通过压力进入另一种材料基体内的方法，同时在压力的保证下，基体材料内部的致密度不断增加，可以紧密的包裹住压入的硬质耐磨材料，不但消除了空洞、裂纹等缺陷，消除了潜在的失效问题，而且对细化基体晶粒度起到一定的作用，为同时提高基体材料的强度与塑韧性起到重要作用；被压入的材料尤其是硬质耐磨材料由于有基体材料的保护，在遇到急冷或者急热的情况下，温度导入至被压入材料时是缓慢升温或者降温的，这样有效的避免了硬质耐磨材料的开裂，保证其原有的物理性能（如耐磨性）；从而实现了硬质耐磨材料在金属耐磨材料的表面复合的复合耐磨衬板可以实现各种热处理方式，提高了基体材料的耐磨性，从而整体提高复合耐磨产品的耐磨性，整体提高了最终产品的使用寿命；本发明所述金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板具有高耐磨性、高抗冲击性、适用于高磨损等复杂工况，并可以通过工艺控制实现各类形状与规格的耐磨成品的制造，相对传统耐磨产品来说可提高其综合使用寿命。

【具体实施方式】

本发明涉及一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板及其制造方法，所述金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板，包括金属基体和硬质耐磨材料，所述硬质耐磨材料与金属基体通过挤压方式融合在一起，硬质耐磨材料被包裹在金属基体内构成复合耐磨产品。

通过挤压方式将金属基体材料与硬质耐磨材料复合在一起，通过挤压加工后的金属基体致密度提高，晶粒度得到有效细化，而硬质耐磨材料又可以有效的包裹在基体材料内，起到关键的防磨作用，同时可具备热处理的性能，整体提高耐磨产品的使用寿命。将金属与非金属材料复合后，不但得到了保留金属塑韧性且优于金属耐磨材料的复合材料与产品，同时由于非金属材料的密度远低于金属材料，所以使整体产品实现了轻量化设计，在设备运行时可以大大的降低能耗，为使用企业节省了能耗成本。

所述金属基体为整体件，其上复合有多块硬质耐磨材料，所有硬质耐磨材料和金属基体均作为耐磨部件构成复合耐磨衬板。耐磨衬板根据使用场合的不同，需要不同体积和形状，比如磨机衬板、矿槽衬板、料斗衬板、溜槽衬板、落料衬板等，需要根据具体使用场合来设计衬板的尺寸和形状，但这些场合都需要都是冲击和磨损的工况，因此要好用并且耐用，都需要高抗冲击性和高耐磨性。

为满足上述要求，采用所述挤压方式的一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板的制造方法，包括如下步骤：

A. 金属基体材料准备：将带装配部件的金属基体材料准备好，加热到塑性温度待用；使金属基体材料获得较好的塑韧性，具备较好的塑性变形与软化条件。可以为硬质耐磨材料的布料提供放置区域，同时可以通过控制外形或装配部件的尺寸来满足挤压硬质耐磨材料进入金属基体的有效程度。

B. 硬质耐磨材料布料：将硬质耐磨材料放入装配部件，得到布好料的半成品；硬质耐磨材料主要指强度、硬度远高于金属基体材料的硬质耐磨材料，且必须具备耐磨性能，例如金刚石、陶瓷、耐磨合金等耐磨材料。

C.成型准备：将布好料的半成品通过加热方式升温至金属基体材料具有可塑性变形的塑性温度；硬质耐磨材料的成型温度远高于金属材料的成型温度，所以在金属材料软化时硬质耐磨材料的强度与硬度基本保持与常温相同的状态。

D. 加压成型：使用压力设备或工艺对已加热至塑性温度的半成品加压成型，得到复合耐磨产品。利用施加压力使金属基体材料完全将硬质耐磨材料包裹住；压力控制在硬质耐磨材料的抗压强度范围内；可通过加压设备的的行程来控制挤压力施加在半成品上的力度，保证了硬质耐磨材料不会因受到较大挤压力而破碎；还可以通过锻模来实现锻锤限位，以实现控制施加到半成品上的锻打力度

步骤A中所述金属基体材料是采用机加工、铸造、锻造、冲压、焊接方式中的一种或多种方式进行成型，所述装配部位是通孔、沉孔、直孔、锥孔、直槽或斜槽中的一种或多种。

本发明的进一步技术方案是：对所述步骤D获得的复合耐磨产品进行热处理。通过热处理，进一步提高金属基体的性能，从而整体提升复合耐磨产品的性能。

硬质耐磨材料（尤指陶瓷材料）基本性能偏脆，无塑性变形能力，同时热膨胀系数（及受热后可膨胀的特性）与收缩率（冷却时的收缩性能）较低，所以在受到急冷或者急热时硬质耐磨材料的内外无法同时快速膨胀或收缩，在内应力增加到临界值时极易出现开裂破碎的现象，失去其使用性能，这一特性很大程度上限制了很多硬质耐磨材料（尤指陶瓷材料）的金属耐磨产品进行热处理，最终影响到耐磨产品的整体使用寿命。

而此工艺通过压力或者锻造的方式可以将陶瓷紧密包裹金属基体内，在加热时陶瓷材料可以不直接接触热源，避免急热接触，而是可以随金属基体导热的过程中逐步升温，金属基体形成了有效的急热隔热层，从而实现了缓慢加热的方式，同样急冷过程同样受到保护而进入一个缓慢冷却的过程，而缓慢加热与缓慢冷却可以避免陶瓷材料的开裂与破碎；而且，因为金属基体材料是在压力下紧密包裹住了陶瓷材料，技术陶瓷材料出现微观裂纹也会被包裹礼束缚，不会使裂纹继续扩展成宏观裂纹，并不影响陶瓷的宏观耐磨性能。

所以，此工艺实现了金属基体材料在热处理过程中陶瓷材料并无损伤的效果，同时可以大幅度提高金属基体材料的耐磨性，实际使用过程中金属基体材料与陶瓷材料均发挥较高的耐磨性，使耐磨产品的整体使用寿命大幅度提高。

该制造方法也可以利用在传统制造工艺上，在某个生产环节进行设备的有效改造后，实现利用目前生产线制造附加值更高的产品，例如：在传统轧制钢板的生产环节中加入压力加工的工艺，是硬质耐磨材料直接进入轧制的板材中，实现耐磨钢板的批量生产，从而实现将普通钢板直接深加工成耐磨钢板，而耐磨钢板的市值却是普通钢板市值的5-10倍。

该工艺制造的复合材料较大程度上节约了耐磨材料资源的消耗，同时可以利用其它行业的废料或者边角料，但依然保持较好耐磨性的废料回收，用该工艺进行复合，实现资源再利用的节能环保的在循环制造产业链。

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 (5)

1.一种金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板，包括金属基体和硬质耐磨材料，其特征在于：所述硬质耐磨材料与金属基体通过挤压方式融合在一起，所述硬质耐磨材料被包裹在金属基体内构成复合耐磨产品。

2.如权利要求1所述的金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板，其特征在于：所述金属基体为整体件，其上复合有多块硬质耐磨材料，所有硬质耐磨材料和金属基体均作为耐磨部件构成复合耐磨衬板。

3.一种制造如权利要求1或2所述的金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

A. 金属基体材料准备：将带装配部件的金属基体材料准备好，加热到塑性温度待用；

B. 硬质耐磨材料布料：将硬质耐磨材料放入装配部件，得到布好料的半成品；

C.成型准备：将布好料的半成品通过加热方式升温至金属基体具有可塑性变形的塑性温度；

D. 加压成型：使用压力设备或工艺对已加热至塑性温度的半成品加压成型，得到复合耐磨衬板。

4.如权利要求3所述的金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板的制造方法，其特征在于：步骤A中所述金属基体材料是采用机加工、铸造、锻造、冲压、焊接方式中的一种或多种方式进行成型，所述装配部位是通孔、沉孔、直孔、锥孔、直槽或斜槽中的一种或多种。

5.如权利要求3所述的金属基体和硬质耐磨材料的复合耐磨衬板的制造方法，其特征在于：对所述步骤D获得的复合耐磨衬板进行热处理。