CN107523757A - 一种耐磨反击板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐磨反击板，其成分包括：铁，锰，碳，硅，铬，钼，硫，磷；所述铁元素的原料构成包括铁单质和纳米铁粉；本发明还提供了一种耐磨反击板的制备方法：步骤一、超声清洗纳米铁粉；步骤二、烘干纳米铁粉；步骤三、制备碳包覆纳米铁颗粒；步骤四、取固定比例的物料；步骤五、先将铁单质和锰粉加入电炉中熔成锰钢水，再依次加入碳包覆纳米铁颗粒、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉，除渣并倒入浇包；步骤六、合金水浇注至型砂内；步骤七、清理粘砂、披缝和浇注冒口；步骤八、铸件装炉，分阶段升温并水淬。本发明通过纳米铁粉制备碳包覆纳米铁颗粒，进一步将其加入含有各种合金的铁合金中铸造，提高反击板铸件的抗击能力和耐磨性。

Description

一种耐磨反击板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种反击板及其制备方法，尤其是涉及一种耐磨反击板及其制备方法。

背景技术

反击破中反击板是一个重要的零部件，当机器破碎腔内进入难破碎物料时，反击板就会受到较大的冲力，这时反击板就会压缩球面垫圈，会使反击板后退抬起，最终破碎腔内空间变大，促使难破碎物料排出机器，对机器的内部零部件起到一定的保护作用。调节反击破内反击衬板和转子之间的距离可以调节反击破排料口排料粒度的大小，当反击破因为磨损造成反击衬板和转子之间的距离增大时，可以调节两者距离从而调节排料口排料粒度大小。反击板的材质是高锰钢，抗击打能力和耐磨性都很好，适用于反击板的铸造。

反击板的类型主要有折线形反击板和圆弧形反击板，折线形反击板结构简单，但不能保证物料得到最有效的冲击；圆弧形反击板能使料块由反击板反弹出来之后，在圆心形成激烈的互相撞击而破碎，其破碎效果高；前进形反击板，反弹路线呈锯齿形，物料向排料口前进，它主要用于粗碎各种易碎的物料；后退形反击板使物料在反击过程中以后退方式回到冲击点，这样可增加物料的冲击次数，获得较细粒级产品；在使用时，反击板要承受一定的冲击和磨料磨损，为保证物料粉碎过程的顺利进行，反击板应具有良好的抗击打能力和耐磨性。

各种提高反击板耐磨性的研究工作开展的基础就是提高某一性能的同时，能够提高另一性能，但至少不损害或降低另一性能。如在非强烈冲击载荷工况下，降低锰和碳的含量，是奥氏体稳定性降低，而使加工硬化性能提高，但这样条件下的反击板的机械强度不可避免的降低。

发明内容

本发明提供一种耐磨反击板及其制备方法，通过纳米铁粉制备碳包覆纳米铁颗粒，进一步将其加入含有各种合金的铁合金中铸造，提高反击板铸件的抗击能力和耐磨性。

为实现上述目的，本发明采用的具体方法为：

一种耐磨反击板，其特征在于：所述反击板含有的元素成分及其质量百分比如下：铁70.55%~86.225%，锰10%～15%，碳0.90%～1.50%，硅0.3%～1.0%，铬2%~2.5%，钼0.5%~1%，硫≤0.05，磷≤0.10；所述铁元素的原料构成包括：铁单质65%~77%；纳米铁粉5.55%~9.225%。

进一步的，所述铁单质为铁球或铁块，所述纳米铁粉为纳米铁球或纳米铁片，所述纳米铁粉的粒度为25~500nm。

进一步的，所述原料还包括：锰粉、碳源气体、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉。

进一步的，所述碳源气体为甲烷、乙烯、丙烯中的一种。

本发明还提供一种耐磨反击板的制备方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一、配置体积分数比为2:1的蒸馏水：丙酮的混合溶液，将纳米铁粉浸入蒸馏水-丙酮溶液中，超声处理30~60min，超声结束后将纳米铁粉在磁场作用下吸附，将原有的蒸馏水-丙酮溶液排出后，换入新的蒸馏水-丙酮溶液，继续超声处理，重复2~3次；

步骤二、超声过后的纳米铁粉过滤后转至真空干燥机中烘干，烘干温度为120~150℃，烘干时间为24~48h；

步骤三、制备碳包覆纳米铁颗粒，具体步骤如下：

a.装炉：将清洗过后的基片装入生长炉中，同时检查设备工作状态及气路密封性，将干燥过后的纳米铁粉均匀分散于生长炉中的基片上；

b.包覆：先通入氦气或氩气排出生长炉内的空气，之后以100～130℃/分钟的升温速率加热生长炉内的工作区，保持氦气或氩气的通入流量为120~180sccm，当温度升至150~650℃时，保持氦气或氩气流量，并通入氢气，氢气流量为20~60sccm；升温至700～800℃时开始保持温度恒定，恒温30~60分钟后通入碳源气体，正式开始生长阶段，其中碳源气体流量为30~60sccm；生长时间以碳源气体通气时间来表示，时间为30~240分钟；达到预定含碳量，关闭加热电源和碳源气体，使生长炉自然降温，继续保持氩气和氢气的流量；当温度降至150~650℃时，关闭氢气并自然降温，降至室温时关闭氦气或氩气；

c.取样：打开生长炉，取出基片，在外加磁场作用下收集基片上制得的碳包覆纳米铁颗粒；

步骤四、按照上述比例取铁单质、锰粉、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉和碳包覆纳米铁颗粒；

步骤五、将上述铁单质和锰粉加入电炉中熔成锰钢水，向熔融的锰钢水中加入铝或钒进行脱氧，再依次加入碳包覆纳米铁颗粒、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉，加入时间间隔30min，加入完成后经除渣将制备的合金水出炉倒入浇包中；

步骤六、选择中性或碱性的型砂，将浇包中的合金水浇注至型砂内，浇注温度保持在1400~1500℃，经自然冷却至1000~1100℃时，保温4~5h；

步骤七、将浇注所得铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口清理干净；

步骤八、将清件过后的铸件装炉，之后以一定的升温速度升温，升温至500~700℃保温1~2小时，之后继续升温，升温至1000~1100℃保温，保温0.5~2h后出炉并水淬。

进一步的，所述步骤八中的升温速率为50~100℃/h，升温至500~700℃时保温1~2小时，之后以90~120℃/h的升温速率升温。

进一步的，所述步骤三中的生长炉采用化学气相沉积炉。

进一步的，所述步骤四和步骤五，还将所需的单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉先经由等离子热喷涂方法喷涂于铁球或铁块表面，在冶炼过程中，将喷涂过后的铁球或铁块与锰粉、碳包覆纳米铁颗粒在电炉中熔融，经除渣后将制备的合金水出炉倒入浇包中。

合金化及变质改性处理是提高合金材料耐磨性的主要手段，本发明的耐磨反击板在应用过程中提高反击板材料基体的性能对于提高耐磨性有着重要意义，而弥散于基体中的硬质第二相颗粒将有效提高材料的切削阻力，从而提高材料抵抗显微切削的能力而使耐磨性提高，引入新的强化机制也是提高耐磨性的有效途径：以铁为合金基质，通过锰、碳、硅、铬、钼、硫、磷的添加提高反击板的性能，碳的添加能够促使铁合金形成单相奥氏体组织，同时碳在铁合金中能够进一步固溶强化，保证合金高的力学性能；在碳存在下，锰、硅的添加促进合金中奥氏体的形成；铬和钼的添加及变质处理能够弥散奥氏体基体上的碳化物颗粒，能够提高奥氏体的稳定性，提高材料的耐磨性。在另一方面，由纳米铁粉制备碳包覆纳米铁颗粒，进一步将其加入含有各种合金的铁合金中铸造，合金材料的细晶强化能够同时提高金属的机械强度和耐磨性；使用在纳米铁粉外包裹碳的方法在合金中加入碳，外层的碳层尺寸较小，熔铸过程中碳层的两个层面分别接触于铁单质和纳米铁，在合金水中更易分散，同时也更有利于奥氏体的扩散型相变，有利于奥氏体晶核的长大。

本发明相比现有技术的有益效果为：

1.本发明的一种耐磨反击板，以铁为合金基质，通过锰、碳、硅、铬、钼、硫、磷的添加提高反击板的性能，从而提高材料抵抗显微切削的能力而使耐磨性提高；

2.本发明通过纳米铁粉制备碳包覆纳米铁颗粒，进一步将其加入含有各种合金的铁合金中铸造，合金材料的细晶强化能够同时提高金属的机械强度和耐磨性；

3.使用在纳米铁粉外包裹碳的方法在合金中加入碳，外层的碳层尺寸较小，熔铸过程中碳层的两个层面分别接触于铁单质和纳米铁，碳在合金水中更易分散。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

步骤一、配置体积分数比为2:1的蒸馏水：丙酮的混合溶液，将质量百分比为5.55%的纳米铁粉浸入蒸馏水-丙酮溶液中，超声处理30min，超声结束后将纳米铁粉在磁场作用下吸附，将原有的蒸馏水-丙酮溶液排出后，换入新的蒸馏水-丙酮溶液，继续超声处理，重复2次；

步骤二、超声过后的纳米铁粉过滤后转至真空干燥机中烘干，烘干温度为120℃，烘干时间为24h；

步骤三、制备碳包覆纳米铁颗粒，具体步骤如下：

a.装炉：检查设备工作状态及气路密封性，先通入氦气排出化学气相沉积炉内的空气，在通气条件下将清洗过后的基片装入化学气相沉积炉中，同时将干燥过后的纳米铁粉均匀分散于化学气相沉积炉中的基片上；

b.包覆：以100℃/分钟的升温速率加热化学气相沉积炉内的工作区，保持氦气的通入流量为120sccm，当温度升至150℃时，保持氦气流量，并通入氢气，氢气流量为20sccm；升温至700℃时开始保持温度恒定，恒温30分钟后通入99.9%的高纯甲烷气体，正式开始生长阶段，其中甲烷气体流量为30sccm；生长时间以甲烷气体通气时间来表示，时间为30分钟，含碳量达0.90%，关闭加热电源和甲烷气体，使化学气相沉积炉自然降温，继续保持氦气的流量；当温度降至150℃时，关闭氢气并自然降温，降至室温时关闭氦气；

c.取样：打开化学气相沉积炉，取出基片，在外加磁场作用下收集基片上制得的碳包覆纳米铁颗粒；

步骤四、按照质量百分比分别取铁单质80.67%、锰粉10%、单质硅0.3%、金属铬2%、金属钼0.5%、硫粉0.03、磷粉0.05和碳包覆纳米铁颗粒；

步骤五、将上述铁单质和锰粉加入电炉中熔成锰钢水，向熔融的锰钢水中加入铝或钒进行脱氧，再依次加入碳包覆纳米铁颗粒、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉，加入时间间隔30min，加入完成后经除渣将制备的合金水出炉倒入浇包中；

步骤六、选择中性或碱性的型砂，将浇包中的合金水浇注至型砂内，浇注温度保持在1400℃，经自然冷却至1000℃时，保温4h；

步骤七、将浇注所得铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口清理干净；

步骤八、将清件过后的铸件装炉，之后以50℃/h升温速度升温，升温至500℃保温1小时，之后继续升温，升温至1000℃保温，保温0.5h后出炉并水淬。

实施例2

步骤一、配置体积分数比为2:1的蒸馏水：丙酮的混合溶液，将质量百分比为7.5%的纳米铁粉浸入蒸馏水-丙酮溶液中，超声处理45min，超声结束后将纳米铁粉在磁场作用下吸附，将原有的蒸馏水-丙酮溶液排出后，换入新的蒸馏水-丙酮溶液，继续超声处理，重复3次；

步骤二、超声过后的纳米铁粉过滤后转至真空干燥机中烘干，烘干温度为130℃，烘干时间为36h；

步骤三、制备碳包覆纳米铁颗粒，具体步骤如下：

a.装炉：检查设备工作状态及气路密封性，先通入氦气排出化学气相沉积炉内的空气，在通气条件下将清洗过后的基片装入化学气相沉积炉中，同时将干燥过后的纳米铁粉均匀分散于化学气相沉积炉中的基片上；

b.包覆：以120℃/分钟的升温速率加热化学气相沉积炉内的工作区，保持氦气的通入流量为160sccm，当温度升至320℃时，保持氦气流量，并通入氢气，氢气流量为50sccm；升温至800℃时开始保持温度恒定，恒温45分钟后通入99.9%的乙烯气体，正式开始生长阶段，其中乙烯气体流量为45ccm；生长时间以乙烯气体通气时间来表示，时间为90分钟，含碳量达1.3%，关闭加热电源和乙烯气体，使化学气相沉积炉自然降温，继续保持氦气的流量；当温度降至300℃时，关闭氢气并自然降温，降至室温时关闭氦气；

c.取样：打开化学气相沉积炉，取出基片，在外加磁场作用下收集基片上制得的碳包覆纳米铁颗粒；

步骤四、按照质量百分比分别取铁单质74.5%、锰粉13%、单质硅0.6%、金属铬2.2%、金属钼0.8%、硫粉0.04、磷粉0.06和碳包覆纳米铁颗粒；

步骤五、以氩气作为主气，氢气为辅助气体，将所需的单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉先经由等离子热喷涂方法分别喷涂于铁块表面，在冶炼过程中，将喷涂过后的铁块与锰粉、碳包覆纳米铁颗粒在电炉中熔融，经除渣后将制备的合金水出炉倒入浇包中；

步骤六、选择中性或碱性的型砂，将浇包中的合金水浇注至型砂内，浇注温度保持在1450℃，经自然冷却至1050℃时，保温4.5h；

步骤七、将浇注所得铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口清理干净；

步骤八、将清件过后的铸件装炉，之后以75℃/h升温速度升温，升温至600℃保温1.5小时，之后继续升温，升温至1050℃保温，保温1h后出炉并水淬。

实施例3

步骤一、配置体积分数比为2:1的蒸馏水：丙酮的混合溶液，将质量百分比为9.25%的纳米铁粉浸入蒸馏水-丙酮溶液中，超声处理60min，超声结束后将纳米铁粉在磁场作用下吸附，将原有的蒸馏水-丙酮溶液排出后，换入新的蒸馏水-丙酮溶液，继续超声处理，重复3次；

步骤二、超声过后的纳米铁粉过滤后转至真空干燥机中烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为48h；

步骤三、制备碳包覆纳米铁颗粒，具体步骤如下：

a.装炉：检查设备工作状态及气路密封性，先通入氩气排出化学气相沉积炉内的空气，在通气条件下将清洗过后的基片装入化学气相沉积炉中，同时将干燥过后的纳米铁粉均匀分散于化学气相沉积炉中的基片上；

b.包覆：以130℃/分钟的升温速率加热化学气相沉积炉内的工作区，保持氩气的通入流量为180sccm，当温度升至650℃时，保持氩气流量，并通入氢气，氢气流量为60sccm；升温至800℃时开始保持温度恒定，恒温30分钟后通入99.9%的丙烯气体，正式开始生长阶段，其中丙烯气体流量为60sccm，通入时间为100分钟，含碳量达1.5%，关闭加热电源和丙烯气体，使化学气相沉积炉自然降温，继续保持氩气的流量；当温度降至650℃时，关闭氢气并自然降温，降至室温时关闭氩气；

c.取样：打开化学气相沉积炉，取出基片，在外加磁场作用下收集基片上制得的碳包覆纳米铁颗粒；

步骤四、按照质量百分比分别取铁单质69.6%、锰粉15%、单质硅1%、金属铬2.5%、金属钼1%、硫粉0.05、磷粉0.1和碳包覆纳米铁颗粒；

步骤五、将上述铁单质和锰粉加入电炉中熔成锰钢水，向熔融的锰钢水中加入铝或钒进行脱氧，再依次加入碳包覆纳米铁颗粒、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉，加入时间间隔30min，加入完成后经除渣将制备的合金水出炉倒入浇包中；

步骤六、选择中性或碱性的型砂，将浇包中的合金水浇注至型砂内，浇注温度保持在1500℃，经自然冷却至1100℃时，保温5h；

步骤七、将浇注所得铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口清理干净；

步骤八、将清件过后的铸件装炉，之后以100℃/h升温速度升温，升温至700℃保温2小时，之后以120℃/h的升温速率继续升温，升温至1100℃保温，保温2h后出炉并水淬。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种耐磨反击板，其特征在于：所述反击板含有的元素成分及其质量百分比如下：铁70.55%~86.25%，锰10%～15%，碳0.90%～1.50%，硅0.3%～1.0%，铬2%~2.5%，钼0.5%~1%，硫≤0.05，磷≤0.10；所述铁元素的原料构成包括：铁单质65%~82%；纳米铁粉5.55%~9.25%。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨反击板，其特征在于：所述铁单质为铁球或铁块，所述纳米铁粉为纳米铁球或纳米铁片，所述纳米铁粉的粒度为25~500nm。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨反击板，其特征在于：所述原料还包括：锰粉、碳源气体、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉。

4.根据权利要求3所述的一种耐磨反击板，其特征在于：所述碳源气体为甲烷、乙烯、丙烯中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨反击板的制备方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一、配置体积分数比为2:1的蒸馏水：丙酮的混合溶液，将纳米铁粉浸入蒸馏水-丙酮溶液中，超声处理30~60min，超声结束后将纳米铁粉在磁场作用下吸附，将原有的蒸馏水-丙酮溶液排出后，换入新的蒸馏水-丙酮溶液，继续超声处理，重复2~3次；

步骤二、超声过后的纳米铁粉过滤后转至真空干燥机中烘干，烘干温度为120~150℃，烘干时间为24~48h；

步骤三、制备碳包覆纳米铁颗粒，具体步骤如下：

a.装炉：检查设备工作状态及气路密封性，先通入氦气或氩气排出生长炉内的空气，在通气条件下将清洗过后的基片装入生长炉中，同时将干燥过后的纳米铁粉均匀分散于生长炉中的基片上；

b.包覆：以100～130℃/分钟的升温速率加热生长炉内的工作区，保持氦气或氩气的通入流量为120~180sccm，当温度升至150~650℃时，保持氦气或氩气流量，并通入氢气，氢气流量为20~60sccm；升温至700～800℃时开始保持温度恒定，恒温30~60分钟后通入碳源气体，正式开始生长阶段，其中碳源气体流量为30~60sccm；生长时间以碳源气体通气时间来表示，时间为30~240分钟；达到预定含碳量，关闭加热电源和碳源气体，使生长炉自然降温，继续保持氩气和氢气的流量；当温度降至150~650℃时，关闭氢气并自然降温，降至室温时关闭氦气或氩气；

c.取样：打开生长炉，取出基片，在外加磁场作用下收集基片上制得的碳包覆纳米铁颗粒；

步骤四、按照上述比例取铁单质、锰粉、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉和碳包覆纳米铁颗粒；

步骤五、将上述铁单质和锰粉加入电炉中熔成锰钢水，向熔融的锰钢水中加入铝或钒进行脱氧，再依次加入碳包覆纳米铁颗粒、单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉，加入时间间隔30min，加入完成后经除渣将制备的合金水出炉倒入浇包中；

步骤六、选择中性或碱性的型砂，将浇包中的合金水浇注至型砂内，浇注温度保持在1400~1500℃，经自然冷却至1000~1100℃时，保温4~5h；

步骤七、将浇注所得铸件表面的粘砂、披缝和浇注冒口清理干净；

步骤八、将清件过后的铸件装炉，之后以一定的升温速度升温，升温至500~700℃保温1~2小时，之后继续升温，升温至1000~1100℃保温，保温0.5~2h后出炉并水淬。

6.根据权利要求5所述的一种耐磨反击板的制备方法，其特征在于：所述步骤八中的升温速率为50~100℃/h，升温至500~700℃时保温1~2小时，之后以90~120℃/h的升温速率升温。

7.根据权利要求5所述的一种耐磨反击板的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的生长炉采用化学气相沉积炉。

8.根据权利要求5所述的一种耐磨反击板的制备方法，其特征在于：所述步骤四和步骤五，还将所需的单质硅、金属铬、金属钼、硫粉、磷粉先经由等离子热喷涂方法喷涂于铁球或铁块表面，在冶炼过程中，将喷涂过后的铁球或铁块与锰粉、碳包覆纳米铁颗粒在电炉中熔融，经除渣后将制备的合金水出炉倒入浇包中。