CN109382499A - 一种复合耐磨块及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合耐磨块，包括耐磨铸铁块，其特征在于：至少部分所述耐磨铸铁块的周边由外周边缘向内凹陷形成凹部，所述凹部内通过铸造浇注的方式嵌入有钢圈。还公开了一种复合耐磨块的制造方法。通过在耐磨铸铁块的周边嵌入钢圈构成复合耐磨块，可以兼具耐磨和可焊接的要求；耐磨铸铁块和钢圈通过铸造浇注而成，在耐磨铸铁与钢圈的结合斜面上同时存在冶金及机械结合，能使得两者的连接更为牢固，避免脱落，而且耐磨性能好；复合耐磨块一次浇注成型，不需要铸铁件和钢板的平面加工、铜箔钎料和真空钎焊，工艺成本低，使用安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及复合耐磨块，以及该复合耐磨块的制造方法。
背景技术
工业上，如破碎、筛分、搬运、储存或输送设备上常需要使用耐磨材料，以延长设备的使用寿命。例如，挖斗的前部，为了保护挖斗的使用寿命和耐磨损程度，往往在该位置设置一块呈槽长条形的耐磨块，以实现有效保护挖斗的功效。
磨损会造成材料和能源的极大浪费和消耗，研究和开发新型耐磨材料及其制备技术受到国内外材料研究者的高度重视。高铬铸铁作为优良的耐磨材料在冶金、矿山和机械等领域得到广泛应用。由于高铬铸铁的焊接性能差，易开裂，极大限制了其应用范围。
目前常用的为用真空钎焊工艺制备得到的复合耐磨块，参见图1，上部为耐磨铸铁层1’，下部为普通碳钢层2’，通过焊接工艺可以将复合耐磨块的普通碳钢层与需要的部件焊接在一起，提高部件的耐磨性。
这种用真空钎焊工艺制备的复合耐磨块，首先需要用浇注工艺制备上部耐磨铸铁层铸件，并将铸件的钎焊面进行较高精度的平面加工；然后将准备的下部普通碳钢层的钎焊面也进行较高精度的平面加工；再在铸件的钎焊面和普通碳钢层的钎焊面之间加一层铜箔作为钎料，通过真空钎焊工艺将耐磨铸铁层铸件和普通碳钢焊接在一起。
但是，上述这种制备工艺存在工序复杂，对设备要求高，生产成本高的问题，而且铜钎焊制备的复合耐磨块结合强度偏低，使用过程中容易整体脱落。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高连接可靠性、降低成本的复合耐磨块。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述复合耐磨块的制造方法。
本发明解决上述技术问题所采用的第一个技术方案为：一种复合耐磨块，包括耐磨铸铁块，其特征在于：至少部分所述耐磨铸铁块的周边由外周边缘向内凹陷形成凹部，所述凹部内通过铸造浇注的方式嵌入有钢圈。
优选的，为使得耐磨铸铁块和钢圈具有良好的机械连接和冶金结合，所述耐磨铸铁块具有相对的第一端和第二端，所述凹部由第二端向第一端延伸一定的距离，所述钢圈的内圈竖直面从耐磨铸铁块的第一端向第二端、逐渐向内倾斜形成斜面，所述凹部的形状与斜面适配。
根据本发明的一个方面，所述钢圈的整个内圈竖直面均加工成斜面。
根据本发明的另一个方面，所述钢圈的内圈竖直面在周向上的部分加工成斜面。
为便于复合耐磨块与外部设备焊接固定，所述钢圈的高度大于4mm、厚度大于3mm。
本发明解决上述技术问题所采用的第二个技术方案为：一种复合耐磨块的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在符合要求的钢圈的内圈竖直面上加工斜面，使得所述钢圈在轴向上形成第一端和厚度大于第一端的第二端；
2)按砂型铸造工艺造型并设置浇冒口系统，在浇冒口系统的型腔内放置加工好的钢圈并合箱；
3)将所需成分的高温耐磨铸铁加热到1400～1600℃成为铁水，把铁水重量与钢圈重量比大于10的铁水量浇入到设置有钢圈的浇冒口系统中，铁水凝固、冷却后得到与钢圈结合的耐磨铸铁块，并由此得到初始复合耐磨块；
4)将步骤3)得到的初始复合耐磨块根据耐磨铸铁块材料的不同进行相应的热处理，得到最终的复合耐磨块。
优选的，在步骤1)中，所述斜面通过铣削工艺在钢圈的内圈竖直面整圈或周向上的部分上加工而成。
进一步地，为加强耐磨铸铁块和钢圈之间的机械连接，在步骤2)中，所述钢圈的第一端与浇冒口系统的型腔的壁抵接。
优选的，在步骤3)中，所述耐磨铸铁为高铬白口铸铁。
优选的，为使得耐磨材料具有较高的硬度，在步骤4)中，所述热处理工艺为置于加热炉中升温至960℃，保温90min，出炉风冷至室温处理，最后进行低温回火处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在耐磨铸铁块的周边嵌入钢圈构成复合耐磨块，可以兼具耐磨和可焊接的要求；耐磨铸铁块和钢圈通过铸造浇注而成，钢圈重量少，铁水重量与钢圈重量比大于10，并且浇注铁水温度高，使铁水与钢圈的结合面上有足够的热量进行碳原子和其它合金元素原子的扩散，形成冶金结合，因此在耐磨铸铁与钢圈的结合斜面上同时存在冶金及机械结合，能使得两者的连接更为牢固，避免脱落；又由于上述的重量比使得耐磨铸铁层的比例更高，因此耐磨性能更好；复合耐磨块一次浇注成型，不需要铸铁件和钢板的平面加工、铜箔钎料和真空钎焊，工艺成本低(下降约50％)，使用安全可靠。
附图说明
图1为现有技术的耐磨块的示意图；
图2为本发明的复合耐磨块的第一个实施例的截面示意图；
图3为本发明的复合耐磨块的第二个实施例的截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
参见图2，一种复合耐磨块，包括耐磨铸铁块1，耐磨铸铁块1为具有一定高度的条状。该耐磨铸铁块1的高度方向上，至少部分由外周边缘向内凹陷形成凹部11，该凹部11内嵌入有钢圈2，钢圈2的外周可以与耐磨铸铁块1的其余部分的外周齐平。耐磨铸铁块1和钢圈2铸造浇注复合而成。钢圈2用于与外部设备焊接。
在本实施例中，耐磨铸铁块1的具体成分可以为：C 3.1wt.％，Cr 15.4wt.％，Si0.65wt.％，Mn 0.73wt.％，Mo 1.65wt.％，Cu 0.33wt.％，S 0.033wt.％，P 0.028wt.％，余量为Fe。
耐磨铸铁块1具有高度方向上的相对的第一端12和第二端13，在本实施例中，凹部11由第二端13向第一端12延伸一定的距离，而并不贯穿第一端12。为了使得耐磨铸铁块1和钢圈2之间的连接更为牢固，避免使用过程中脱落，钢圈2的内圈竖直面从耐磨铸铁块1的第一端12向第二端13、逐渐向内倾斜形成斜面21，也就是说，耐磨铸铁块1由钢圈2的厚度较小的第一端22向钢圈2的厚度较大的第二端23的方向延伸并超出钢圈2的第二端23。凹部11的形状与斜面21适配，由此可使得耐磨铸铁块1和钢圈2之间形成机械结合。在本实施例中，钢圈2的整个内圈竖直面均加工成斜面21。优选的，钢圈2的高度大于4mm，厚度大于3mm，从而满足与外部设备焊接的需求。
上述复合耐磨块的制造方法包括如下步骤：
1)把符合要求的，如6mm厚、10mm高的钢圈2的内圈竖直面整圈通过铣削加工成斜面21，并使得钢圈2在轴向上形成第一端22和厚度大于第一端22的第二端23；
2)按砂型铸造工艺造型并设置浇冒口系统，在浇冒口系统的型腔内放置加工好的钢圈2并合箱，钢圈2的第一端22应与型腔壁抵接；
3)将耐磨铸铁，优选的为高铬白口铸铁，加热到1400～1600℃成为铁水，优选的为1500℃，把铁水浇入到设置有钢圈2的浇冒口系统中，使铁水与钢圈2的结合面上有足够的热量进行碳原子和其它合金元素原子的扩散，形成冶金结合，冶金结合指结合面上存在碳原子和其它合金元素原子的扩散，铁水重量与钢圈2重量比大于10，优选的为14；铁水凝固、冷却后得到与钢圈2结合的耐磨铸铁块1，并由此得到初始复合耐磨块，由此耐磨铸铁块1与钢圈2之间同时存在机械连接和冶金结合，连接更牢固；
4)将制备得到的原始复合耐磨块根据耐磨铸铁块1材料的不同进行相应的不同工艺的热处理，如置于加热炉中升温至960℃，保温90min，出炉风冷至室温处理，最后进行低温回火处理，得到最终的复合耐磨块。
通过上述方法制备得到的复合耐磨块的高铬铸铁层硬度达到65.5HRC。
实施例二
参见图3，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，钢圈2的内圈竖直面部分加工成斜面21。
上述复合耐磨块的制造方法包括如下步骤：
1)把符合要求的，如6mm厚、10mm高的钢圈2的内圈竖直面部分通过铣削加工成斜面21，此处的内圈竖直面部分是指在周向上的部分，并使得钢圈2在轴向上形成第一端22和厚度大于第一端22的第二端23；
2)按砂型铸造工艺造型并设置浇冒口系统，在浇冒口系统的型腔内放置加工好的钢圈2并合箱，钢圈2的第一端22应与型腔的壁抵接；
3)将耐磨铸铁，优选的为高铬白口铸铁，加热到1400～1600℃成为铁水，优选的为1500℃，把铁水浇入到设置有钢圈2的浇冒口系统中，使铁水与钢圈2的结合面上有足够的热量进行碳原子和其它合金元素原子的扩散，形成冶金结合，冶金结合指结合面上存在碳原子和其它合金元素原子的扩散，铁水重量与钢圈2重量比大于10，优选的为11；铁水凝固、冷却后得到与钢圈2结合的耐磨铸铁块1，并由此得到初始复合耐磨块，由此耐磨铸铁块1与钢圈2之间同时存在机械连接和冶金结合，连接更牢固；
4)将制备得到的初始复合耐磨块根据耐磨铸铁块1材料的不同进行相应的不同工艺的热处理，如置于加热炉中升温至960℃，保温90min，出炉风冷至室温处理，最后进行低温回火处理，得到最终的复合耐磨块。
通过上述方法制备得到的复合耐磨块的高铬铸铁层硬度达到65HRC。
Claims (10)
1.一种复合耐磨块，包括耐磨铸铁块(1)，其特征在于：至少部分所述耐磨铸铁块(1)的周边由外周边缘向内凹陷形成凹部(11)，所述凹部(11)内通过铸造浇注的方式嵌入有钢圈(2)。
2.根据权利要求1所述的复合耐磨块，其特征在于：所述耐磨铸铁块(1)具有相对的第一端(12)和第二端(13)，所述凹部(11)由第二端(13)向第一端(12)延伸一定的距离，所述钢圈(2)的内圈竖直面从耐磨铸铁块(1)的第一端(12)向第二端(13)、逐渐向内倾斜形成斜面(21)，所述凹部(11)的形状与斜面(21)适配。
3.根据权利要求2所述的复合耐磨块，其特征在于：所述钢圈(2)的整个内圈竖直面均加工成斜面(21)。
4.根据权利要求2所述的复合耐磨块，其特征在于：所述钢圈(2)的内圈竖直面在周向上的部分加工成斜面(21)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的复合耐磨块，其特征在于：所述钢圈(2)的高度大于4mm、厚度大于3mm。
6.一种复合耐磨块的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在符合要求的钢圈(2)的内圈竖直面上加工斜面(21)，使得所述钢圈(2)在轴向上形成第一端(22)和厚度大于第一端(22)的第二端(23)；
2)按砂型铸造工艺造型并设置浇冒口系统，在浇冒口系统的型腔内放置加工好的钢圈(2)并合箱；
3)将所需成分的高温耐磨铸铁加热到1400～1600℃成为铁水，把铁水重量与钢圈(2)重量比大于10的铁水量浇入到设置有钢圈(2)的浇冒口系统中，铁水凝固、冷却后得到与钢圈(2)结合的耐磨铸铁块(1)，并由此得到初始复合耐磨块；
4)将步骤3)得到的初始复合耐磨块根据耐磨铸铁块(1)材料的不同进行相应的热处理，得到最终的复合耐磨块。
7.根据权利要求6所述的复合耐磨块的制造方法，其特征在于：在步骤1)中，所述斜面(21)通过铣削工艺在钢圈(2)的内圈竖直面整圈或周向上的部分上加工而成。
8.根据权利要求6所述的复合耐磨块的制造方法，其特征在于：在步骤2)中，所述钢圈(2)的第一端(22)与浇冒口系统的型腔的壁抵接。
9.根据权利要求6所述的复合耐磨块的制造方法，其特征在于：在步骤3)中，所述耐磨铸铁为高铬白口铸铁。
10.根据权利要求6所述的复合耐磨块的制造方法，其特征在于：在步骤4)中，所述热处理工艺为置于加热炉中升温至960℃，保温90min，出炉风冷至室温处理，最后进行低温回火处理。
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