CN115055269A - 一种耐磨结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨结构及其制备方法，所述的耐磨结构包括：基体与多个柱钉，所述柱钉包括第一端部和第二端部，所述柱钉的第一端部镶铸于所述基体内，所述柱钉的第二端部伸出所述基体；所述基体的部分伸入所述柱钉的第一端部的空腔，与所述第一端部的内壁冶金结合。本发明柱钉与基体结合的牢固性更高，因此，柱钉埋入基体的深度减少，也有利于节省柱钉材料，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及粉磨破碎设备技术领域，特别是涉及一种用于粉磨破碎的耐磨结构及其制备方法。
背景技术
在水泥、矿山、电力、煤炭、化工等行业中，经常需要对物料进行粉磨破碎。在粉磨破碎作业中，立磨、辊压机或者破碎机需要有强度较高的耐磨结构经受得住物料的冲击、挤压和摩擦。这些耐磨结构主要包括立磨的磨辊、辊压机的挤压辊、盾构机的钻头或者破碎机的锤头。这些耐磨结构可以由具有较强耐磨性能的合金刚材制作。
为了提升粉磨破碎作业中磨辊、挤压辊、锤头或者钻头等耐磨结构的使用寿命，现有技术通常采用在耐磨结构基体上堆焊耐磨合金材料、镶嵌硬质材料的柱钉、或者使用堆焊耐磨合金材料和镶嵌硬质柱钉复合的结构来提升耐磨结构的耐磨性能。
在耐磨结构基体上镶嵌柱钉的方式有多种，比如钎焊、点焊、镶铸、过盈配合等等。使用钎焊、点焊等方式，柱钉与基体的结合强度不够，容易发生脱钉。通过柱钉和基体上的孔结构之间过盈配合镶嵌柱钉，会使得基体与柱钉之间很容易发生应力集中，导致基体材料容易发生应力疲劳而降低耐磨结构的寿命。镶铸是指将柱钉置于砂型模具中，在砂型模具浇铸成型耐磨结构基体，可以使得耐磨结构基体与柱钉实现冶金结合，耐磨结构基体与柱钉的结合强度相对较高。因此，使用镶铸的方式在耐磨结构基体上镶嵌柱钉成为比较常见的方案。在镶铸柱钉的方案中，柱钉一部分柱体需要伸入基体，一部分柱体伸出基体，柱钉伸出基体的一部分直接与物料接触，承受物料的摩擦、冲击或者挤压，柱钉伸入基体的一部分则需要维持与基体的较强的结合。其中，柱钉伸入基体的长度的设计受工况条件、柱钉的长度、基体表面是否堆焊等因素影响。为了防止柱钉从基体脱落，柱钉需要伸入基体一定的长度来使得基体对柱钉有足够握持力。柱钉伸入基体的长度越长，基体与柱钉的结合力度越高，柱钉脱落的风险越低，因此，为保证柱钉的牢固性，一般来说柱钉铸入基体的深度需要占到柱钉整体长度的75％-85％。但是，柱钉伸入基体的长度越长，对柱钉的材料耗费就越多，成本就越高。
因此，有必要提出一种适用更为广泛的、且能有效提升柱钉镶嵌于耐磨结构基体上的牢固性的技术方案。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种耐磨结构及其制备方法，能够有效提升柱钉镶嵌于耐磨结构的基体上的牢固性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种耐磨结构，包括：基体与多个柱钉，所述柱钉包括第一端部和第二端部，所述柱钉的第一端部为空心结构，所述柱钉的第一端部镶铸于所述基体内，所述柱钉的第二端部伸出所述基体；所述基体与所述第一端部的外壁冶金结合，且所述基体的部分伸入所述第一端部的空腔，与所述第一端部的内壁冶金结合。
所述柱钉的第二端部为空心结构，所述基体的部分伸入所述柱钉的第一端部和第二端部的空腔，与所述第一端部和所述第二端部的内壁冶金结合。
所述柱钉的第二端部为空心结构，所述柱钉的第二端部的空腔由耐磨焊丝堆焊填充。
所述柱钉的第二端部为实心结构。
在所述基体上的所述柱钉之间的区域堆焊有耐磨合金层，所述耐磨合金层与所述柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
镶铸于所述基体内的第一端部的深度为所述柱钉整体长度的65％-75％。
所述基体包括耐热钢、高锰钢、低碳合金钢、中碳合金钢、高速钢、高铬铸铁及高铬合金钢等中的一种。
所述柱钉的材料为硬质合金。
所述硬质合金中碳化物类型包括碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅等中的一种或者多种的组合。
所述柱钉伸出所述耐磨结构的第二端部的端面上点焊形成有耐磨圆点。
本发明还提供一种耐磨结构的制备方法，包括以下步骤：
将湿磨后的合金粉末物料进行压制成型烧结，制作出柱钉；
将柱钉放入砂型模具空腔中，所述柱钉包括第一端部及第二端部，所述第一端部为空心结构，第一端部露出，第二端部插入砂型模具中；
浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与第一端部的外壁冶金结合，且所述合金钢液填充第一端部的空腔，与第一端部的内壁冶金结合；
冷却后得到带柱钉的耐磨结构铸件。
所述的耐磨结构的制备方法还包括：
在所述耐磨结构铸件表面堆焊耐磨层，将所述柱钉之间的缝隙填满，堆焊的耐磨层与所述柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
所述砂型模具中设置凸出的预制体，所述预制体伸入所述柱钉的第二端部的空腔。
在浇注完成得到所述耐磨结构铸件后，去除所述柱钉的第二端部的空腔内的预制体，将所述第二端部的空腔用耐磨焊丝堆焊填满。
所述第二端部为空心结构，所述浇注熔融态的合金钢液的步骤，还包括：
浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液填充第二端部的空腔，与第二端部的内壁冶金结合。
在冷却后得到带所述耐磨结构铸件后，在所述柱钉伸出所述耐磨结构铸件的第二端部的端面上点焊形成耐磨圆点。
在所述耐磨结构铸件表面堆焊耐磨层，将所述柱钉之间的缝隙填满，堆焊的耐磨层与所述柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
所述柱钉的第二端部为实心结构。
本发明的有益效果是：本发明的柱钉一端伸出基体，伸出基体的一端提升耐磨结构的耐磨性能，柱钉的另一端伸入基体，并通过空心结构，实现基体对所述另一端的内壁和外壁的冶金结合形式的双向夹持。因此，在柱钉需要伸出基体以提升耐磨性时，柱钉就需要埋入基体相应的长度以保证牢固性，而本发明的基体对所述空心结构埋入基体一端的双向夹持，可以有效提升牢固性，从而可以减少柱钉埋入基体的长度，降低成本。
附图说明
图1是本发明一种耐磨结构的第一实施例的剖面示意图。
图2是本发明一种耐磨结构的第一实施例的另一示意图。
图3是本发明一种耐磨结构的第二实施例的剖面示意图。
图4是本发明一种耐磨结构的第三实施例的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例中的耐磨结构可以是立磨设备的磨辊，辊压机的挤压辊，或破碎机的锤头，也可以是其他形式的用于粉磨或破碎的耐磨结构。
请参阅图1，本发明第一实施例中的耐磨结构10，包括：基体11与多个柱钉12。柱钉12包括第一端部121和第二端部122。第一端部121镶铸于所述基体11内，第二端部122伸出所述基体11。第一端部121和第二端部122轴向上形成有相互贯通的空腔。
基体11由熔融的合金钢水浇铸成型。在浇铸成型中，柱钉12固定于砂型模具中，所述合金钢水流入柱钉12的第一端部121和第二端部122内的空腔，形成伸入第一端部121和第二端部122内的空腔的凸起111，并与第一端部121和第二端部122中的空腔的内壁冶金结合。同时，基体11与第一端部121的外壁冶金结合。镶铸于基体11内的第一端部121的深度为柱钉12整体长度的65％-75％。
基体11的材料包括耐热钢、高锰钢、低碳合金钢、中碳合金钢、高速钢、高铬铸铁及高铬合金钢等中的一种。
柱钉12柱钉的材料为硬质合金或者陶瓷材料。所述的硬质合金含有碳化物类型的硬质相，包括碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅等中的一种或者多种的组合。
在本实施例中，由于基体11同时与柱钉12的第一端部121的外壁以及第一端部121和第二端部122中的空腔的内壁冶金结合，使得基体11可以形成对柱钉12内外壁的双面夹持，柱钉12镶铸于基体11的牢固性更好，因此，可以使得柱钉12伸入基体11的长度减小后依然能够保证柱钉12与基体11的之间具有足够的冶金接合面，如此可以节省柱钉12的材料而降低成本。
请参阅图2，基体11上还可以进一步堆焊耐磨合金层13。耐磨合金层13堆焊形成于柱钉12之间的间隙，堆焊合金层13与柱钉12伸出基体的第二端部122的外壁也可以实现冶金结合。
柱钉12伸出基体11的第二端部122的端面上还可以点焊形成耐磨圆点14。
堆焊耐磨合金层13的材料可以选用锰镍铬型不锈钢焊丝或者高铬铸铁焊丝。
本发明第一实施例中的耐磨结构的制备方法，包括如下步骤：
柱钉的烧结：将湿磨后的硬质合金粉末物料进行压制成型烧结，制作出柱钉；所述柱钉包括第一端部及第二端部，第一端部及第二端部中空且轴向贯通；
制作模具：将柱钉放入砂型模具中，所述柱钉包括第一端部及第二端部，第一端部露出，第二端部插入砂型模具中；第一端部露出的长度为柱钉整体长度的65％-75％；
浇铸成型：浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与第一端部的外壁冶金结合；所述合金钢液流入第一端部和第二端部的空腔，与第一端部和第二端部的内壁冶金结合；
冷却后得到带柱钉的耐磨结构铸件。
所述耐磨结构铸件可以进一步进行热处理以去除应力。热处理后的耐磨结构铸件的表面可以进一步堆焊耐磨合金焊丝，形成耐磨合金层。所述的耐磨合金层堆焊形成于柱钉之间的间隙，与柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
可以理解的，在所述柱钉伸出所述耐磨结构铸件的第二端部的端面上还可以点焊形成耐磨圆点。
请参阅图3，本发明第二实施例中的耐磨结构20，包括：基体11与多个柱钉12。柱钉12包括第一端部121和第二端部122。第一端部121镶铸于所述基体11内，第二端部122伸出所述基体11。第一端部121和第二端部122轴向上形成有相互贯通的空腔。
基体11由熔融的合金钢水浇铸成型。在浇铸成型中，柱钉12固定于砂型模具中，所述合金钢水流入柱钉12的第一端部121和第二端部122内的空腔，形成伸入第一端部121，并与第一端部121的空腔的内壁冶金结合。同时，基体11与第一端部121的外壁冶金结合。基体11形成与柱钉12的第一端部121的内壁和外壁的双向夹持，可以有效提升柱钉12的牢固性。镶铸于基体11内的第一端部121的深度为柱钉12整体长度的65％-75％。柱钉12的第二端部122内的空腔由耐磨焊丝15堆焊填充。由于柱钉12的第二端部122的端面直接与物料接触、受物料冲击，在第二端部122内的空腔以耐磨焊丝堆焊填充可以提升柱钉12的耐磨性能。
基体11的材料包括耐热钢、高锰钢、低碳合金钢、中碳合金钢、高速钢、高铬铸铁及高铬合金钢等中的一种。
柱钉12的材料为硬质合金或者陶瓷材料。所述的硬质合金含有碳化物类型的硬质相，包括碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅等中的一种或者多种的组合。
基体11上还可以进一步堆焊耐磨合金层13。耐磨合金层13堆焊形成于柱钉12之间的间隙，堆焊合金层13与柱钉12伸出基体的第二端部122的外壁也可以实现冶金结合。
柱钉12伸出基体11的第二端部122的端面上还可以点焊形成耐磨圆点14。
堆焊耐磨合金层13的材料可以选用锰镍铬型不锈钢焊丝或者高铬铸铁焊丝。
本发明第二实施例中的耐磨结构的制备方法，包括如下步骤：
柱钉的烧结：将湿磨后的硬质合金粉末物料进行压制成型烧结，制作出柱钉；所述柱钉包括第一端部及第二端部，第一端部及第二端部中空且轴向贯通；
制作模具：将柱钉放入砂型模具中，所述柱钉包括第一端部及第二端部，第一端部露出，第二端部插入砂型模具中；所述砂型模具内设置凸出的预制体，所述预制体伸入并充满所述柱钉的第二端部的空腔；第一端部露出的长度为柱钉整体长度的65％-75％；
浇铸成型：浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与第一端部的外壁冶金结合，且所述合金钢液流入第一端部的空腔，与第一端部的内壁冶金结合；
冷却后得到带柱钉的耐磨结构铸件；
去除所述预制体，在所述柱钉的第二端部的空腔内堆焊填充耐磨焊丝材料。
所述耐磨结构铸件可以在冷却步骤后进行热处理以去除应力。热处理后的耐磨结构铸件的表面可以进一步堆焊耐磨合金焊丝，形成耐磨合金层。所述的耐磨合金层堆焊形成于柱钉之间的间隙，与柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
可以理解的，在所述柱钉伸出所述耐磨结构铸件的第二端部的端面上还可以点焊形成耐磨圆点。
请参阅图4，本发明第三实施例中的耐磨结构30，包括：基体11与多个柱钉32。柱钉32包括第一端部321和第二端部322。第一端部321为空心结构，具有一空腔。第一端部321镶铸于基体11内，基体11与第一端部321的外壁冶金结合。基体11的部分伸入第一端部321的空腔，与第一端部321的内壁冶金结合。镶铸于基体11内的第一端部321的深度为柱钉32整体长度的65％-75％。第二端部322为实心结构，第二端部322伸出所述基体11。基体11形成与柱钉32的第一端部321的内壁和外壁的双向夹持，可以有效提升柱钉32的牢固性。第二端部322伸出基体11，在作业时与物料直接接触，以提升耐磨结构的耐磨性能。
基体11的材料包括耐热钢、高锰钢、低碳合金钢、中碳合金钢、高速钢、高铬铸铁及高铬合金钢等中的一种。
柱钉32的材料为硬质合金或者陶瓷材料。所述的硬质合金含有碳化物类型的硬质相，包括碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅等中的一种或者多种的组合。
基体11上还可以进一步堆焊耐磨合金层13。耐磨合金层13堆焊形成于柱钉32之间的间隙，堆焊合金层13与柱钉32伸出基体的第二端部322的外壁也可以实现冶金结合。
柱钉32伸出基体11的第二端部322的端面上还可以点焊形成耐磨圆点14。
堆焊耐磨合金层13的材料可以选用锰镍铬型不锈钢焊丝或者高铬铸铁焊丝。
本发明第三实施例中的耐磨结构的制备方法，包括如下步骤：
柱钉的烧结：将湿磨后的硬质合金粉末物料进行压制成型烧结，制作出柱钉；所述柱钉包括第一端部及第二端部；第一端部为空心结构，具有一空腔；第二端部为实心结构；
制作模具：将柱钉放入砂型模具中，所述柱钉包括第一端部及第二端部，第一端部露出，第二端部插入砂型模具中；第一端部露出的长度为柱钉整体长度的65％-75％；
浇铸成型：浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与第一端部的外壁冶金结合；所述合金钢液流入第一端部的空腔，与第一端部的内壁冶金结合；
冷却后得到带柱钉的耐磨结构铸件。
所述耐磨结构铸件可以进一步进行热处理以去除应力。热处理后的耐磨结构铸件的表面可以进一步堆焊耐磨合金焊丝，形成耐磨合金层。所述的耐磨合金层堆焊形成于柱钉之间的间隙，与柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
可以理解的，在所述柱钉伸出所述耐磨结构铸件的第二端部的端面上还可以点焊形成耐磨圆点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (18)
1.一种耐磨结构，包括：基体与多个柱钉，所述柱钉包括第一端部和第二端部，其特征在于：所述柱钉的第一端部为空心结构，所述柱钉的第一端部镶铸于所述基体内，所述柱钉的第二端部伸出所述基体；所述基体与所述第一端部的外壁冶金结合，且所述基体的部分伸入所述第一端部的空腔，与所述第一端部的内壁冶金结合。
2.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：所述柱钉的第二端部为空心结构，所述基体的部分伸入所述柱钉的第一端部和第二端部的空腔，与所述第一端部和所述第二端部的内壁冶金结合。
3.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：所述柱钉的第二端部为空心结构，所述柱钉的第二端部的空腔由耐磨焊丝堆焊填充。
4.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：所述柱钉的第二端部为实心结构。
5.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：在所述基体上的所述柱钉之间的区域堆焊有耐磨合金层，所述耐磨合金层与所述柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
6.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：镶铸于所述基体内的第一端部的深度为所述柱钉整体长度的65％-75％。
7.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：所述基体包括耐热钢、高锰钢、低碳合金钢、中碳合金钢、高速钢、高铬铸铁及高铬合金钢等中的一种。
8.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：所述柱钉的材料为硬质合金。
9.根据权利要求8所述的耐磨结构，其特征在于：所述硬质合金中碳化物类型包括碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅等中的一种或者多种的组合。
10.根据权利要求1所述的耐磨结构，其特征在于：所述柱钉伸出所述耐磨结构的第二端部的端面上点焊形成有耐磨圆点。
11.一种耐磨结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将湿磨后的合金粉末物料进行压制成型烧结，制作出柱钉；
将柱钉放入砂型模具空腔中，所述柱钉包括第一端部及第二端部，所述第一端部为空心结构，第一端部露出，第二端部插入砂型模具中；
浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与第一端部的外壁冶金结合，且所述合金钢液填充第一端部的空腔，与第一端部的内壁冶金结合；
冷却后得到带柱钉的耐磨结构铸件。
12.根据权利要求11所述的一种耐磨结构，其特征在于：所述的耐磨结构的制备方法还包括：
在所述耐磨结构铸件表面堆焊耐磨层，将所述柱钉之间的缝隙填满，堆焊的耐磨层与所述柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
13.根据权利要求11所述的耐磨结构的制备方法，其特征在于：所述砂型模具中设置凸出的预制体，所述预制体伸入所述柱钉的第二端部的空腔。
14.根据权利要求13所述的耐磨结构的制备方法，其特征在于：
在浇注完成得到所述耐磨结构铸件后，去除所述柱钉的第二端部的空腔内的预制体，将所述第二端部的空腔用耐磨焊丝堆焊填满。
15.根据权利要求11所述的耐磨结构的制备方法，其特征在于：所述第二端部为空心结构，所述浇注熔融态的合金钢液的步骤，还包括：
浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液填充第二端部的空腔，与第二端部的内壁冶金结合。
16.根据权利要求11所述的耐磨结构的制备方法，其特征在于：在冷却后得到带所述耐磨结构铸件后，在所述柱钉伸出所述耐磨结构铸件的第二端部的端面上点焊形成耐磨圆点。
17.根据权利要求11所述的耐磨结构的制备方法，其特征在于：在所述耐磨结构铸件表面堆焊耐磨层，将所述柱钉之间的缝隙填满，堆焊的耐磨层与所述柱钉的第二端部的外壁冶金结合。
18.根据权利要求11所述的耐磨结构的制备方法，其特征在于：所述柱钉的第二端部为实心结构。
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