CN110948132A - 一种高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高锰钢‑陶瓷‑碳钢复合耐磨衬板的制备方法，首先将高锰钢铸造成含有上小下大锥形通孔的高锰钢衬板，衬板经水韧处理后，将通孔表面清理干净，并将粘合剂涂抹到待粘贴表面；从衬板背面将与锥形通孔形状和尺寸相同的锥形陶瓷块镶入孔中；将粘贴有橡胶的碳钢板与高锰钢‑陶瓷复合板焊接到一起，从而得到高锰钢‑陶瓷‑碳钢复合耐磨衬板。该复合衬板不仅硬度很高，而且韧性较好，具有优异的耐磨和抗冲击性能。高锰钢‑陶瓷‑碳钢复合耐磨衬板制造工艺简单、成品率高、性能稳定，可广泛应用于矿山、煤炭、建材和冶金等行业设备中。

Description

一种高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，特别涉及一种高锰钢-陶瓷－碳钢复合耐磨衬板的制备方法。
背景技术
耐磨陶瓷由于硬度高已被证明是最优秀的耐磨材料之一，在矿山、水泥、电力、建材和冶金等行业应用十分广泛。但耐磨陶瓷高硬度同时高脆性，使其在冲击载荷较大条件下的应用受到限制。多年来，人们对耐磨陶瓷的增韧已做了大量的研究工作，但结果一直不是非常理想，主要是韧度提高不大但成本确大幅度增加。常用的复合陶瓷耐磨衬板是在金属表面上粘结有陶瓷块，通常只用在冲击较小的地方。因此，为了更好的利用陶瓷的高耐磨性，近年来，出现了一些陶瓷与其它材料的复合材料，其中，主要是陶瓷与金属复合材料。这种陶瓷与金属复合材料主要有两类：一类是在钢板上首先加工成圆孔或方孔，然后将圆柱形或方形陶瓷块镶嵌进通孔中，并浇注上粘合剂；另一类是通过铸造工艺将陶瓷块浇注到金属衬板中，陶瓷块与金属衬板融合成一整体。然而这两类陶瓷与金属复合材料都存在一些缺点，第一类：陶瓷块多采用圆柱体或正方体，通常采用高分子粘结剂粘接，在长期使用或高温环境下粘结剂易老化而使耐磨陶瓷块脱落。另外金属基体常采用普通钢板，耐磨性较差，使用过程中金属很快磨损掉使陶瓷块突出出来，增加了脆裂的风险。第二类：陶瓷对金属液有较强的激冷作用，铸钢导热率低，容易导致陶瓷中出现高应力区，形成裂纹。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种兼有高硬度和高韧性的高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法，该方法在韧性组元高锰钢基体中镶嵌耐磨组元陶瓷块，并将粘贴有橡胶的碳钢板与高锰钢-陶瓷复合板焊接到一起，充分发挥了耐磨陶瓷的高耐磨性，同时避免了陶瓷衬板在使用中脆裂现象。高锰钢经过奥氏体化后快速冷却，得到韧性很高(200J/cm2左右)的单相奥氏体组织，从而可以获得韧性较高的高锰钢-陶瓷-碳钢复合衬板。
具体地，本发明提供一种高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将高锰钢铸造成设置有多个均匀分布的锥形通孔的高锰钢衬板，对所述高锰钢衬板进行水韧处理；
(2)烧结成与所述锥形通孔形状和尺寸相同的锥形陶瓷块；
(3)将所述锥形通孔的内壁和所述锥形陶瓷块的表面清理干净并涂抹粘结剂，从所述高锰钢衬板背面将所述锥形陶瓷块镶嵌入所述锥形通孔中，得到高锰钢-陶瓷复合板；
(4)将粘贴有橡胶的碳钢板与高锰钢-陶瓷复合板边缘焊接到一起，得到锰钢-陶瓷-碳钢复合衬板。
优选的，所述高锰钢的化学成分的重量百分比为：C 0.5-0.7，Mn 12.0-14.0，N0.01-0.03，Mo 0.3-0.5，其余为铁及总量小于0.5％的杂质；所述陶瓷的化学成分的重量百分比为：Al2O3 95-98，SiC 2-5。
优选的，所述锥形通孔设置为圆锥形和方锥形中的一种，当所述锥形通孔设置为圆锥形时，上端面直径为Ф20-40mm，下端面直径为Ф23-43mm；当所述锥形通孔设置为方锥形时，上端面边长为20-40mm，下端面边长为23-43mm。
优选的，将碳钢板与高锰钢-陶瓷复合板边缘焊接到一起的方法包括以下步骤：
S1、裁剪与高锰钢衬板尺寸相同的橡胶和碳钢板；
S2、将橡胶粘贴到碳钢板上，橡胶作为高锰钢衬板和碳钢板的中间夹层，将碳钢板的四周边缘焊接到高锰钢衬板下表面。
优选的，所述高锰钢衬板的厚度为10-25mm，所述碳钢板为Q235钢板，厚度为3mm，所述橡胶的厚度为2mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)高锰钢采用含氮钼中碳高锰钢，并适当降低高锰钢中碳的含量，在保证其磨损性能的同时能提高焊接性能，保证复合衬板的整体性；
(2)陶瓷块采用锥形结构，防止发生粘结剂失效导致的陶瓷块脱落；
(3)碳钢板粘贴有橡胶，对陶瓷起到缓冲保护作用，防止强冲击条件下陶瓷块碎裂且使安装面平整。
附图说明
图1是本发明实施例1中的通孔形状为圆锥形的高锰钢衬板的示意图；以及
图2是本发明的高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的剖面示意图。
图中：
1—高锰钢，2—陶瓷，3—橡胶，4—碳钢板。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
将化学成分重量百分比(wt％)为C 0.65，Mn 13.1，N 0.016，Mo 0.35，其余为Fe和杂质的高锰钢经电弧炉冶炼后，浇铸为如图1所示的厚度为20mm的多孔高锰钢衬板，通孔形状为圆锥形，圆锥形上直径为20mm，下直径为25mm。将重量百分比为97％的Al2O3和3％的SiC粉末充分搅拌均匀后烧结为与圆锥通孔尺寸一致的陶瓷块。将陶瓷块表面以及高锰钢衬板通孔内壁清理干净后，涂抹粘结剂，并将陶瓷块镶嵌到通孔内。裁剪厚度为2mm的橡胶垫和厚度为3mm的Q235钢板为高锰钢衬板相同尺寸，将橡胶垫粘贴至Q235钢板上后，利用焊机将Q235钢板的四周边缘焊接到高锰钢衬板下表面，橡胶垫作为高锰钢衬板和Q235钢板的中间夹层。经使用，该高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板在港口运煤线上的使用寿命较常规高锰钢耐磨衬板提高1.5倍。
表1本发明实施例1高锰钢和陶瓷块力学性能
材料 本发明高锰钢 本发明陶瓷 其它衬板中高锰钢 其它衬板中陶瓷
冲击韧性(J/mm<sup>2</sup>) 354 - 315 -
硬度(HRA) - 90 - 80
实施例2
将化学成分重量百分比(wt％)为C 0.70，Mn 12.9，N 0.021，Mo 0.42，其余为Fe和杂质的高锰钢经电弧炉冶炼后，浇铸为如图2所示的厚度为15mm的多孔高锰钢衬板，通孔形状为方锥形，方锥形上边长为32mm，下边长为40mm。将重量百分比为95％的Al2O3和5％的SiC粉末充分搅拌均匀后烧结为与方锥通孔尺寸一致的陶瓷块。将陶瓷块表面以及高锰钢衬板通孔内壁清理干净后，涂抹粘结剂，并将陶瓷块镶嵌到通孔内。裁剪厚度为2mm的橡胶垫和厚度为3mm的Q235钢板为高锰钢衬板相同尺寸，将橡胶垫粘贴至Q235钢板上后，利用焊机将Q235钢板的四周边缘焊接到高锰钢衬板下表面，橡胶垫作为高锰钢衬板和Q235钢板的中间夹层。经使用，该高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板在矿山机械应用中的使用寿命较常规高锰钢耐磨衬板提高4.8倍。
实施例3
将化学成分重量百分比(wt％)为C 0.55，Mn 12.3，N 0.018，Mo 0.32，其余为Fe和杂质的高锰钢经电弧炉冶炼后，浇铸为如图2所示的厚度为16mm的多孔高锰钢衬板，通孔形状为方锥形，方锥形上边长为28mm，下边长为35mm。将重量百分比为96％的Al2O3和4％的SiC粉末充分搅拌均匀后烧结为与方锥通孔尺寸一致的陶瓷块。将陶瓷块表面以及高锰钢衬板通孔内壁清理干净后，涂抹粘结剂，并将陶瓷块镶嵌到通孔内。裁剪厚度为2mm的橡胶垫和厚度为3mm的Q235钢板为高锰钢衬板相同尺寸，将橡胶垫粘贴至Q235钢板上后，利用焊机将Q235钢板的四周边缘焊接到高锰钢衬板下表面，橡胶垫作为高锰钢衬板和Q235钢板的中间夹层。经使用，该高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板在港口运煤线上的使用寿命较常规高锰钢耐磨衬板提高4.3倍。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将高锰钢铸造成设置有多个均匀分布的锥形通孔的高锰钢衬板，对所述高锰钢衬板进行水韧处理；
(2)烧结成与所述锥形通孔形状和尺寸相同的锥形陶瓷块；
(3)将所述锥形通孔的内壁和所述锥形陶瓷块的表面清理干净并涂抹粘结剂，从所述高锰钢衬板背面将所述锥形陶瓷块镶嵌入所述锥形通孔中，得到高锰钢-陶瓷复合板；
(4)将粘贴有橡胶的碳钢板与高锰钢-陶瓷复合板边缘焊接到一起，得到锰钢-陶瓷-碳钢复合衬板。
2.根据权利要求1所述的高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法，其特征在于，所述高锰钢的化学成分的重量百分比为：C 0.5-0.7，Mn 12.0-14.0，N 0.01-0.03，Mo 0.3-0.5，其余为铁及总量小于0.5％的杂质；所述陶瓷的化学成分的重量百分比为：Al2O3 95-98，SiC 2-5。
3.根据权利要求1所述的高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法，其特征在于，所述锥形通孔设置为圆锥形和方锥形中的一种，当所述锥形通孔设置为圆锥形时，上端面直径为Ф20-40mm，下端面直径为Ф23-43mm；当所述锥形通孔设置为方锥形时，上端面边长为20-40mm，下端面边长为23-43mm。
4.根据权利要求1所述的高锰钢-陶瓷-碳钢复合耐磨衬板的制备方法，其特征在于，将碳钢板与高锰钢-陶瓷复合板边缘焊接到一起的方法包括以下步骤：
S1、裁剪与高锰钢衬板尺寸相同的橡胶和碳钢板；
S2、将橡胶粘贴到碳钢板上，橡胶作为高锰钢衬板和碳钢板的中间夹层，将碳钢板的四周边缘焊接到高锰钢衬板下表面。
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