CN117483722B - 一种双金属耐磨薄板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属铸造技术领域，具体涉及一种双金属耐磨薄板的制造方法，包括以下步骤：将型腔配置在冷铁上，型腔的周侧配置有芯板，芯板的外侧形成翼边腔，翼边腔与型腔连通，翼边腔的外侧连通溢流口；采用温度场模拟软件建模，根据基层金属液的浇注温度计算间隔时间点；浇注前，向型腔内通入保护气体，以去除型腔内的氧气；向型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在溢流口溢出时，封堵溢流口，并在间隔时间点时浇注耐磨层金属液，得到铸件；对铸件进行清理，之后进行热处理，得到双金属耐磨薄板。本发明的方法能够使得双金属的结合面温度场温度均匀，不产生过熔和表面结合面缝隙，达到控制双金属结合面冶金熔合目的。

Description

一种双金属耐磨薄板的制造方法

技术领域

本发明涉及金属铸造技术领域，具体涉及一种双金属耐磨薄板的制造方法。

背景技术

因为摩擦无处不在，所以耐磨材料几乎是每个行业都要使用的材料。对于金属耐磨材料而言，白口铸铁因脆性很高已经淘汰，目前采用的耐磨金属材料主要是高锰钢、高铬铸铁、CADI(奥铁体球铁)、合金钢等。其中高锰钢适用于冲击工况的磨损，奥氏体基体利用冲击快速转化为马氏体，从而提高硬度，达到抗磨目的；高铬铸铁适用于摩擦磨损，利用高硬性的碳化物提高抗磨性能，因其脆性，不适用于高冲击工况；合金钢属于传统的耐磨材料，表面耐磨性好，内部韧性好，冲击工况和摩擦工况均可使用，但一旦表面耐磨层磨损后，内部基体不具有抗磨性，则加速了磨损，使用寿命受到限制；CADI属于新型耐磨金属材料，由于存在成分控制和等温淬火热处理的难题，该材料成果转化有限，该材料虽然韧性比高铬铸铁略有提高，但因脆性是耐磨金属材料的通病，其脆性同样不能忽视。

为了解决金属耐磨材料的脆性问题，提高耐磨材料的使用寿命，目前逐渐研发出双金属复合耐磨材料。通常情况下，耐磨层选用技术成熟的高铬铸铁，满足耐磨性要求；基层选用低合金钢，提高耐磨件的整体韧性，即使在耐磨层发生裂纹的情况下，基层和耐磨层复合在一起，也不会造成耐磨层块状剥落，大大提高了耐磨件的使用寿命。

申请人或发明人在双金属复合耐磨材料领域耕耘多年，先后申请了多件方法类发明专利，例如，液液复合专利申请：一种双液复合铁基双金属铸造方法(201611082652X)、一种冷速可调的双液铸造双金属复合材料方法(201611081465X)、一种双液复合铸造方法(2020104204681)。

然而，上述液液复合铸造生产工艺适合于厚度超过50mm的双金属耐磨板的制造，但对于厚度低于50mm的双金属耐磨薄板而言，上述工艺由于边界条件限制或控制问题造成废品率较高，如第一层浇注钢水量少，四周与中心的冷却速度差距大，形成结合面温度场不均匀，造成过熔或外观结合面缝隙等缺陷；第二层金属液浇注量少，保护剂不易被冲刷干净，或结壳不易熔化，造成双金属结合面夹渣或冷隔。因此，发明人在上述液液复合技术的基础上进行改进，提供了一种用于制造厚度低于50mm的双金属复合耐磨薄板的制造方法。

发明内容

为了解决现有的液液复合铸造生产工艺在用于制造厚度低于50mm的双金属耐磨薄板所存在的系列问题，本发明的目的在于提供一种厚度小于50mm的液液复合的双金属耐磨薄板的制造方法。本发明的方法通过单向凝固、间隔时间和温度场控制，实现无过熔冶金结合，使得双金属的结合面温度场温度均匀，不产生过熔和表面结合面缝隙，达到控制双金属结合面冶金熔合目的；通过可燃气体避免了结合面夹渣问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明提供一种双金属耐磨薄板的制造方法，包括以下步骤：

将型腔配置在冷铁上，所述型腔的周侧配置有芯板，所述芯板的外侧形成翼边腔，所述翼边腔与所述型腔连通，所述翼边腔的外侧连通溢流口；

采用温度场模拟软件建模，根据基层金属液的浇注温度计算间隔时间点；

浇注前，向所述型腔内通入保护气体，以去除所述型腔内的氧气；

向所述型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在所述溢流口溢出时，封堵溢流口，并在间隔时间点时浇注耐磨层金属液，得到铸件；

对铸件进行清理，之后进行热处理，得到双金属耐磨薄板。

在一个优选的实施例中，所述保护气体为点燃的可燃性气体。

在一个优选的实施例中，所述可燃性气体为煤气、天然气、液化气中的任意一种。点燃的可燃气体清除了型腔内的助燃氧气，保证基层金属液的结合面的纯净，可有效避免结合面产生夹渣。

在一个优选的实施例中，所述型腔具有浇注口，当所述保护气体为点燃的可燃性气体时，在所述浇注口放置明火，以对所述型腔内排出的可燃性气体进行燃烧消耗。

在一个优选的实施例中，所述间隔时间点是基层金属液的结合面处于半凝固状态的时间点。

在一个优选的实施例中，所述间隔时间点是浇注耐磨层金属液的浇注时间点。间隔时间的计算主要是由基层金属液的浇注温度决定的。

在一个优选的实施例中，所述芯板的材料为成型耐火材料，所述芯板的厚度为3～5mm。

在一个优选的实施例中，所述冷铁的表面涂布有隔离层；所述隔离层的材料为石墨涂料。

在一个优选的实施例中，所述溢流口具有多个，且每个所述溢流口均布设在所述型腔的角部。

在一个优选的实施例中，所述温度场模拟软件为ANSYS软件。

在一个优选的实施例中，所述基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；所述耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液。

在一个优选的实施例中，所述热处理将清理后的铸件加热到940～980℃，保温2小时，出炉空冷淬火后，再进行200～260℃保温4-6小时低温回火。

在一个优选的实施例中，所述清理是清理去除翼边。

在一个优选的实施例中，将型腔配置在冷铁上之前，还包括：

对所述冷铁进行预热处理，预热处理的温度在280～320℃；

浇注时，保持冷铁的温度≤300℃。

本发明的有益效果：

1、本发明利用冷铁的快冷强化了基层金属液的层状顺序凝固；芯板和翼边腔的配合能够有效避免四周散热；单向凝固简化了ANSYS建模和计算机模拟计算过程。

2、本发明中，间隔时间点时基层金属液的结合面为半凝固状态，结合面的半凝固状态在实现冶金结合的同时，避免了耐磨层金属液对基层金属液的过熔，实现双金属复合结合面的有效控制。溢流口起到保证基层厚度和辅助结合面温度场均匀的作用。

3、本发明利用保护气体清除了型腔内的助燃氧气，保证基层金属液的结合面的纯净，可有效避免结合面产生夹渣现象。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的浇注系统的俯视示意图。

图2为图1的B-B的剖切示意图。

图3为图2的A-A剖切示意图。

图4为实施例1和实施例2制备的双金属耐磨薄板的剖切示意图。

图中，1-冷铁、2-基层金属液、3-耐磨层金属液、4-芯板、5-翼边、6-溢流口、7-翼边腔、9-雨淋式内浇口、11-浇注口、13-结合面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，现有的液液复合铸造生产工艺适合于厚度超过50mm的双金属耐磨板的制造，但对于厚度低于50mm的双金属耐磨薄板而言，现有的生产工艺由于边界条件限制或控制问题造成废品率较高，如第一层浇注钢水量少，四周与中心的冷却速度差距大，形成结合面温度场不均匀，造成过熔或外观结合面缝隙等缺陷；第二层金属液浇注量少，保护剂不易被冲刷干净，或结壳不易熔化，造成双金属结合面夹渣或冷隔。本申请是在上述液液复合技术的基础上的改进，提供了一种用于制造厚度低于50mm的液液浇注复合的双金属复合耐磨薄板的制造方法。

本发明的第一方面提供一种浇注系统，该浇注系统适用于制造厚度低于50mm的液液浇注复合的双金属复合耐磨薄板。

如图1至图3所示，浇注系统包括砂箱和冷铁1；对砂箱进行预造型，以在砂箱内形成型腔；在型腔的周侧配置芯板4，每个芯板4的外侧均形成翼边腔7，翼边腔7与型腔连通，翼边腔7的外侧具有溢流口6，且翼边腔7与溢流口6连通；

将预造型好的砂箱扣合在预热处理的冷铁1上。

在一个优选的实施例中，型腔的顶部配置有雨淋式浇注口结构，雨淋式浇注口结构包括浇注口11和雨淋式内浇口9，浇注口11的顶部为喇叭口形状，雨淋式内浇口9具有一个入口和多个出口，浇注口11的一端与入口连通，多个出口均与型腔连通。顶部的雨淋式内浇口9使得温度场均匀，保证了均匀的冶金结合。

在一个优选的实施例中，芯板4的数量具有多个，多个芯板4围绕在型腔的周侧。优选的，芯板4的数量为4个。举例如，芯板的数量为3个、4个、5个、6个，等，可以根据实际的型腔结构选择相应的芯板数量。

在一个优选的实施例中，型腔内依次浇注基层金属液2和耐磨层金属液3，以形成基层和耐磨层。具体的，先向型腔内浇注基层金属液2，以形成基层；然后向型腔内浇注耐磨层金属液3，以形成耐磨层。

在一个优选的实施例中，浇注基层金属液2为低碳钢或低合金钢基层金属液；耐磨层金属液3为高铬铸铁耐磨层金属液。

在一个优选的实施例中，翼边腔7的上部为空腔，以形成热阻；翼边腔7的下部浇注基层金属液2，以形成翼边5；翼边5凝固收缩产生缝隙，以形成热阻。同时，由于翼边5的温度较高，大大降低了基层金属液2四周散热的温度梯度，从而避免了基层四周的散热。

在一个优选的实施例中，浇注基层金属液2与耐磨层金属液3之间具有结合面，浇注基层金属液2通过结合面与耐磨层金属液3产生冶金结合。

在一个优选的实施例中，预热处理的冷铁1的预热温度在280～320℃；举例如，280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃等。

浇注时，保持冷铁的温度≤300℃。举例如，300℃、295℃、290℃、285℃、280℃、275℃、270℃等。

本发明的第二方面提供一种双金属耐磨薄板的制造方法，该方法采用先浇注基层金属液，后浇注耐磨层金属液的方法。

本发明中，由于双金属复合耐磨平板的结合面为平面，可以采用液液复合浇注工艺。考虑高铬铸铁导热率低，在快速凝固时易因铸造应力产生裂纹，故首次浇注基层金属液，间隔一定时间后浇注耐磨层金属液。为保证基层金属液结合面温度场均匀，采用雨淋式内浇口、冷铁强化向下传热，单向层状凝固，减弱四周散热。为保证结合面纯净，避免空气氧化造成结合面夹渣缺陷，在基层金属液浇注前，在铸造型腔内通入可燃气体，消耗掉型腔内的助燃氧气。为强化均匀冶金熔合，基层金属液前端冷液通过溢流口溢出型腔，耐磨层金属液同样雨淋式内浇口进入，同时降低冷铁和基体金属液的温度梯度，延长原子扩散和冶金结合时间。

一种双金属耐磨薄板的制造方法，包括以下步骤：

1)造型：

将型腔配置在冷铁上，所述型腔的周侧配置有芯板，所述芯板的外侧形成翼边腔，所述翼边腔与所述型腔连通，所述翼边腔的外侧连通溢流口；

2)计算机模拟以计算间隔时间点：

采用温度场模拟软件建模，根据基层金属液的浇注温度计算间隔时间点；

3)浇注控制：

浇注前，向所述型腔内通入保护气体，以去除所述型腔内的氧气；

向所述型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在所述溢流口溢出时，封堵溢流口，并在间隔时间点时浇注耐磨层金属液，得到铸件；

4)铸件后续处理：

对铸件进行清理，之后进行热处理，得到双金属耐磨薄板。

步骤1)的工序：

在该步骤中，型腔底部扣合在水平的冷铁上，该型腔的四周悬吊芯板，该芯板外侧形成翼边腔，所述翼边腔的底部与型腔连通，该翼边腔外侧连通溢流口，所述溢流口位于型腔的角部，或者位于金属液流动距离较长的位置。基层金属液和耐磨层金属液采用均布的雨淋式内浇口，有助于金属液温度场的温度均匀。

型腔底部设计有冷铁，以强化基层金属液的顺序凝固。与以往冷铁(即申请人在前期专利申请中的冷铁)不同的是，本发明的冷铁面积覆盖整个耐磨板的平面尺寸，保证基层金属液冷速一致。冷铁的材质和厚度由基层金属液的热物性参数计算确定，同时考虑其耐热疲劳性能。基层金属液和耐磨层金属液采用同一个雨淋式浇注口结构，均布内浇口的雨淋式浇注口结构，有利于金属液的温度均匀。

在双金属的结合面的高度，设计基层金属液的溢流口，耐磨板为方板时，四个溢流口设计在耐磨板型腔的角部，耐磨板为非方板时，溢流口设计在金属液流动距离较长的位置。溢流口的设置，一方面可以使得金属液前端的冷液流出，另一方面可以保证基层金属液的厚度。耐磨层金属液通过均布的雨淋式内浇口顶注，一是可使得进入型腔的耐磨层金属液温度均匀，二是可利用雨淋式浇注口结构均匀补缩。

为隔绝金属液四周散热，在型腔的四周设计有悬吊在砂型的芯板，该芯板外侧形成翼边腔，翼边腔的底部与型腔连通，翼边腔外侧连通溢流口。翼边腔的作用有两个，一是形成基层金属液前端冷液的溢流通道，二是与芯板一起形成热阻，避免金属液四周散热。

在冷铁的上表面刷涂石墨涂料，在保证基体金属液冷却的条件下，可避免高温基体金属液与冷铁粘连，尤其是在耐磨层金属液浇注时，基层底部已经凝固，收缩产生间隙，形成热阻，与吸收基层金属液热量的高温冷铁一起，降低基层的温度梯度，有利于耐磨层金属液的缓冷，延长耐磨层金属液的凝固时间和原子扩散时间，增强双金属的冶金结合。

在一个优选的实施例中，所述冷铁的表面涂布有隔离层；所述隔离层的材料为石墨涂料。在冷铁的上表面涂刷石墨涂料，可防止基层金属液和冷铁粘连，也可以降低耐磨层金属液浇注后的温度梯度。

在一个优选的实施例中，所述溢流口具有多个，且每个所述溢流口均布设在所述型腔的角部。

在一个优选的实施例中，将型腔配置在冷铁上之前，还包括：

对所述冷铁进行预热处理，预热处理的温度在280～320℃；举例如，280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃等。

浇注时，保持冷铁的温度≤300℃。举例如，300℃、295℃、290℃、285℃、280℃、275℃、270℃等。

在一个优选的实施例中，所述芯板的材料为成型耐火材料，所述芯板的厚度为3～5mm。举例如，3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm等。使用前烘烤，有利于提高双金属复合耐磨薄板的合格率。

步骤2)的工序：

采用铸造温度场模拟软件建模，浇注前冷铁低温热物性参数、基层金属液高温热物性参数、传热系数、铸型边界条件等已经输入模拟程序，间隔时间计算只决定于基层金属液的浇注温度。所述间隔时间点为基层金属液结合面处于半凝固状态的时间点，在半凝固状态下，既可以产生冶金结合，又能够避免基层金属液过熔。

基层金属液浇注完成至耐磨层金属液开始浇注的时间为间隔时间，该间隔时间是控制双液浇注冶金结合的关键参数，需采用温度场模拟软件通过计算机对铸造温度场进行模拟计算，基于发明人对于ANSYS的熟悉，采用ANSYS模拟软件建模模拟。由于采用芯板和翼边腔隔绝了四周散热，或散热较慢，ANSYS模拟时不考虑四周散热，只考虑冷铁单向传热，大大简化了模拟建模，可快速计算出间隔时间。模拟计算间隔时间点的方法属于现有技术，此处不再赘述。

模拟计算的依据是结合面金属液处于半凝固状态，所述半凝固状态即液固混合状态。对于低碳钢和低合金钢而言，属于合金类，在金属液凝固时，由液相产生固相的温度(即液相线)、和液相凝固消失的温度(即固相线)之间存在有温度差，在液相线和固相线温度区间内，为固液两相区，即半凝固状态或液固混合状态。由于基层低碳钢或低合金钢的熔点(此处熔点是指由合金含量计算出来的熔点，不是液相线和固相线的温度差)较高，通常在1480-1510℃之间，而耐磨层金属液(高铬铸铁金属液)的浇注温度通常在1400-1470℃之间，也就是说，当基层凝固后，耐磨层金属液不可能重新熔化基层产生冶金复合，只能在基层处于半凝固状态或液态时，才能产生冶金结合。如果基层金属液上表面，即结合面处于液态情况下，会造成过熔。使得耐磨层金属液熔合基层金属液较多，会对耐磨层的成分产生影响，如高铬铸铁中的碳、铬含量大大降低，进而影响耐磨层的力学性能和耐磨性能。尤其是耐磨层成分的变化，也给后续的热处理带来不必要的麻烦，需要根据成分分批，调整热处理参数进行热处理。如果在结合面处于半凝固状态时，双金属产生冶金结合，同时由于冷铁极冷作用，基层金属液的温度梯度较大，上表面结合面的半凝固状态厚度较薄，基层熔合量最小，对耐磨层成分几乎没有影响。

ANSYS模拟需要考虑的参数有：冷铁低温热物性参数、基层金属液高温热物性参数、冷铁蓄热量和传热系数、基层金属液浇注温度、浇注过程金属液温降等。模拟软件的边界条件需要浇注实验验证，并进行修正，以和实际生产条件吻合，如环境温度、砂温、型砂传热等。

在一个优选的实施例中，所述间隔时间点是基层金属液的结合面处于半凝固状态的时间点。

在一个优选的实施例中，所述间隔时间点是浇注耐磨层金属液的浇注时间点。

在一个优选的实施例中，所述温度场模拟软件为ANSYS软件。主要基于发明人对于ANSYS的熟悉，当然，也可以采用其他的温度场模拟软件。

步骤3)的工序：

第一次浇注前，冷铁在预热炉内加热到280-320℃，炉内取出后放置水平，直接在冷铁上扣合已经造好型的砂箱，安放浇注口。开箱后的冷铁温度较高，需要适当冷却，保持表面温度不高于300℃即可。

浇注前，自溢流口向型腔内通入点燃的可燃性气体，在浇口杯杯口放置明火，燃烧排出的可燃气体。

基层金属液浇注前测温，浇注温度自动采集，并输入计算机的模拟程序。在包嘴对准浇注口调整过程中，即基层金属液浇注前，间隔时间已经显示在显示屏上，浇注指挥根据该间隔时间指挥耐磨层金属液的浇注时间点。由于浇注前冷铁低温热物性参数、基层金属液高温热物性参数、传热系数等已经输入模拟程序，浇注过程基层金属液温将取常数，只有基层金属液浇注温度是变量，所以，浇注温度输入模拟程序后，可自动快速计算出间隔时间。

基层金属液浇注时撤去明火，基层金属液经浇注口和雨淋式内浇口进入型腔，前端冷液流入翼边腔，一旦溢流口发出红光，则停止浇注。当溢流口金属液溢出时，用耐火泥封堵溢流口，关闭燃烧的煤气。此时，基层金属液液面位于结合层的高度，实现基层厚度的有效控制。

翼边腔的上部为空腔，形成热阻，下部基层金属液形成翼边，翼边凝固收缩产生缝隙，同样形成热阻，同时翼边的温度较高，大大降低了基层金属液四周散热的温度梯度，从而实现避免基层的四周散热。

在间隔时间点，立即浇注耐磨层金属液，耐磨层金属液同样雨淋式顶注进入型腔，由于耐磨层厚度小铁水量少，耐磨层金属液对结合面的冲击基本不影响结合面的平面形状。

在一个优选的实施例中，所述保护气体为点燃的可燃性气体。优选的，所述可燃性气体为煤气、天然气、液化气中的任意一种。

在一个优选的实施例中，所述型腔具有浇注口，当所述保护气体为点燃的可燃性气体时，在所述浇注口放置明火，以对所述型腔内排出的可燃性气体进行燃烧消耗。

以煤气为例，浇注前，自溢流口通入点燃的煤气，通过煤气燃烧后的不氧化气体将型腔内的空气排出。由于型腔内没有助燃氧气，在浇口杯的口部放置明火，明火有助于自型腔内流出的残余煤气燃烧，避免安全事故。

在一个优选的实施例中，所述基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；所述耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液。

步骤4)的工序：

浇注完静置一定时间后，迅速开箱，冷却后到室温后，翼边可以采用热加工方法去除，高铬铸铁耐磨层浇注系统金属采用冷加工方式去除。铸件打磨清理后进行热处理，采用提高高铬铸铁硬度兼顾合金钢不过烧的热处理制度，热处理工艺是将清理后的铸件加热到940～980℃，保温2小时，出炉空冷淬火后，再进行200～260℃保温4-6小时低温回火。

由于基层采用低碳钢或低合金钢，高铬铸铁热处理的高温奥氏体化、雾冷和回火工艺对其性能影响不大，不影响其韧性和焊接性能。

在一个优选的实施例中，所述清理是清理去除翼边。

需要说明的是，芯板是本发明的制造方法成败的一个关键因素，也是影响合格率的一个关键因素。芯板越薄，其吸热量越小，越有利于阻碍边部散热。由于造型时与砂型一体的芯板不易脱模，而且砂箱扣合时其悬吊状态容易造成损坏掉块，所以，宜使用成型芯板。实际使用的芯板采用耐高温隔热性好的耐火材料预先成型，3-5mm，密度低，宜采用多孔类。使用前经150℃长时间烘干，然后固定在型腔的预定位置即可。前述煤气也可以更换为其他可燃性气体，如天然气、液化气等，可燃性气体可以将型腔内的助燃氧气消耗掉，保持型腔内无氧环境，从而避免基层金属液结合面的氧化。本申请使用ANSYS模拟软件，也可以使用其他铸造温度场模拟软件。

从理论上讲，基层金属液在半凝固状态下为一个温度区间，也就决定了控制耐磨层金属液浇注的间隔时间也是一个时间段，本发明通过温度场模拟间隔时间计算出的是一个时间点。在实际生产控制时，即使在该时间点的前后存在偏差，基层金属液的上表面依然为半凝固状态，不影响其冶金复合，也就大大提高了双金属耐磨薄板的冶金复合合格率。本发明将温度场模拟软件、金属热物性、铸造工艺等结合起来，实现双金属液液复合由经验控制到工艺控制的突破。

其余没有明细说明的操作，如造型和扣箱操作、温度数据采集、ANSYS软件、铸件清理等，均属于现有技术或现有技术的应用。

按照上述制造方法，通过ANSYS模拟，间隔时间控制，双金属复合耐磨薄板获得了良好的冶金结合，不产生过熔，薄板四周无表面结合面缝隙。340×450×42mm、300×260×30mm等多种尺寸的双金属复合耐磨薄板采用该制造方法试制成功，目前已经进入产业化批量生产状态。

具体实施例

下述各实施例中，耐磨平板的尺寸为320×400×35mm，基层采用韧性和焊接性良好的ZG35CrMo等低合金钢，厚度按10mm控制。耐磨层采用高铬铸铁，厚度25mm。

本发明所述的型腔是铸型中组成铸件轮廓的空腔部分。在砂型完成后，浇注之前，砂型内空腔的部位就是型腔，它是砂型与砂芯组合出来的空隙，主要包括铸件型腔和浇注系统型腔两部分，这些型腔在浇注后被熔化的金属液填充成型，冷却后打磨成型，就是铸件成品。

下述各实施例中所述方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

实施例1

一种液液复合双金属耐磨薄板的制造方法，包括以下步骤：

(1)造型：

对所述冷铁进行预热处理，预热处理的温度在320℃；浇注时，保持冷铁的温度≤300℃。冷铁的表面涂布有石墨涂料，石墨涂料作为隔离层。将型腔底部扣合在水平的冷铁上，型腔的周侧配置有4个芯板，4个芯板的材料均为成型耐火材料，芯板的厚度为5mm。芯板的外侧形成翼边腔，翼边腔与型腔连通，翼边腔的外侧连通溢流口；溢流口具有4个。

(2)计算机模拟以计算间隔时间点：

采用ANSYS软件建模，根据基层金属液的浇注温度计算间隔时间点；间隔时间点是基层金属液的结合面处于半凝固状态的时间点。间隔时间的计算主要是由基层金属液的浇注温度决定的。

(3)浇注控制：

浇注前，向型腔内通入点燃的煤气，以去除型腔内的氧气；型腔具有浇注口，在浇注口放置明火，以对型腔内排出的可燃性气体进行燃烧消耗。

向型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在溢流口溢出时，封堵溢流口，并在间隔时间点时浇注耐磨层金属液，得到铸件；基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液。

(4)铸件后续处理：

对铸件进行清理以去除翼边，之后进行热处理，将清理后的铸件加热到940～980℃，保温2小时，出炉空冷淬火后，再进行200～260℃保温4-6小时低温回火，得到双金属耐磨薄板。

实施例2

一种液液复合双金属耐磨薄板的制造方法，包括以下步骤：

(1)造型：

对所述冷铁进行预热处理，预热处理的温度在280℃；浇注时，保持冷铁的温度≤300℃。冷铁的表面涂布有石墨涂料，石墨涂料作为隔离层。将型腔底部扣合在水平的冷铁上，型腔的周侧配置有4个芯板，4个芯板的材料均为成型耐火材料，芯板的厚度为3mm。芯板的外侧形成翼边腔，翼边腔与型腔连通，翼边腔的外侧连通溢流口；溢流口具有4个。

(2)计算机模拟以计算间隔时间点：

采用ANSYS软件建模，根据基层金属液的浇注温度计算间隔时间点；间隔时间点是基层金属液的结合面处于半凝固状态的时间点。间隔时间的计算主要是由基层金属液的浇注温度决定的。

(3)浇注控制：

浇注前，向型腔内通入点燃的煤气，以去除型腔内的氧气；型腔具有浇注口，在浇注口放置明火，以对型腔内排出的可燃性气体进行燃烧消耗。

向型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在溢流口溢出时，封堵溢流口，并在间隔时间点时浇注耐磨层金属液，得到铸件；基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液。

(4)铸件后续处理：

对铸件进行清理以去除翼边，之后进行热处理，将清理后的铸件加热到940～980℃，保温2小时，出炉空冷淬火后，再进行200～260℃保温4-6小时低温回火，得到双金属耐磨薄板。

对比例1

一种液液复合双金属耐磨薄板的制造方法，与实施例1的区别之处在于：两种金属浇注系统分别采用侧注式；未在预热的冷铁上合箱；在型腔的周侧未配置芯板，且无法形成翼边腔；浇注前未通入可燃气体；间隔时间凭经验观察确定。具体方法包括以下步骤：

1)造型：

采用上、下箱造型，两种金属浇注系统分别采用侧注式开设，上箱的中间留观察口，基层厚度水平线上留溢流口，溢流口具有4个且配置在型腔的周侧。

2)浇注控制：

在型腔的侧边开设金属液浇注口，采用侧注式向型腔内浇注基层金属液，基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；当基层金属液在溢流口溢出时，封堵溢流口，从观察口观察基层凝固情况；当表面刚刚凝固时，采用侧注式向型腔内浇注耐磨层金属液，耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液；得到铸件。

(3)铸件后续处理：

铸件冷却清理后，得到双金属耐磨薄板。

经检查发现，双金属耐磨薄板的基层和耐磨层之间未粘结，更没有形成冶金结合。

对比例2

一种液液复合双金属耐磨薄板的制造方法，与对比例1的区别之处在于，两种金属液的浇注温度与对比例1相同，但是耐磨层金属液的浇注间隔时间提前5秒。具体方法包括以下步骤：

(1)造型：

采用上、下箱造型，两种金属浇注系统分别采用侧注式开设，上箱的中间留观察口，基层厚度水平线上留溢流口，溢流口具有4个且配置在型腔的周侧。

(2)浇注控制：

向型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在溢流口溢出时，封堵溢流口，并在对比例1的间隔时间点之前5秒时浇注耐磨层金属液，得到铸件；基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液。对比例1的间隔时间点是对比例1浇筑耐磨层金属液的浇注时间点。

(3)铸件后续处理：

铸件冷却清理后，得到双金属耐磨薄板。

对上述实施例制备的双金属耐磨薄板进行剖切检查。

测试1：

对实施例1和实施例2制备的双金属耐磨薄板进行剖切，结果如图4和表1所示。图4中a)为实施例1制备的双金属耐磨薄板的剖切示意图；b)为实施例2制备的双金属耐磨薄板的剖切示意图。

表1实施例1和2的双金属耐磨薄板的尺寸检查结果

实施例	耐磨层/mm	基层/mm
			1	21.3	8
2	22	8.7

由图4和表1可以看出，本发明各实施例的耐磨层厚度在21.3mm和22mm，基层厚度在8mm和8.7mm，结合面平直，说明整个界面层结合均匀。

对对比例1和对比例2制备的双金属耐磨薄板进行剖切检查，经检查发现，对比例1制备的双金属耐磨薄板的基层和耐磨层之间未粘结，也没有形成冶金结合。对比例2制备的双金属耐磨薄板中，基层的中间厚度仅为3毫米，但基层的四周厚度约为10毫米，基层的不同部位的厚度差距较大，说明基层和耐磨层在中间部位形成严重混熔。

与对比例1和2相比，说明本发明实施例1和2的工艺稳定。

测试2：

以实施例1制备的双金属耐磨薄板作为试样1，以实施例2制备的双金属耐磨薄板作为试样2，以对比例2制备的双金属耐磨薄板作为试样3；在三块双金属耐磨薄板的边缘和中心部位分别切取两组剪切试样，并进行界面剪切强度检测，结果如表2所示。

表2界面剪切强度值

由表2结果可以看出，试样1和试样2在边缘部位的界面强度平均值在533MPa，在中心部位的界面强度平均值在545MPa，可见，试样1和试样2的界面剪切强度均大于500MPa，且差距小。究其原因主要是高铬浇注时利用芯板结合型腔的特定结构，大大降低了基层金属液四周散热的温度梯度；且在间隔时间点时基层金属液的结合面为半凝固状态，结合面的半凝固状态在实现冶金结合的同时，避免了耐磨层金属液对基层金属液的过熔，实现双金属复合结合面的有效控制，由此导致双金属耐磨薄板的界面剪切强度值在520MPa以上。

经检测，试样3的中心部位的剪切强度为562MPa，比试样1和试样2略高。而试样3的边缘部位肉眼观察结合在一起，但剪切强度仅为175MPa，说明试样3的边缘区域没有形成完全的冶金结合。由此说明本发明实施例1和实施例2的工艺相对更稳定。

以上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 (7)

1.一种双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将型腔配置在冷铁上，所述型腔的周侧配置有芯板，所述芯板的外侧形成翼边腔，所述翼边腔与所述型腔连通，所述翼边腔的外侧连通溢流口；

采用温度场模拟软件建模，根据基层金属液的浇注温度计算间隔时间点；

浇注前，向所述型腔内通入保护气体，以去除所述型腔内的氧气；

向所述型腔内浇注基层金属液，当基层金属液在所述溢流口溢出时，封堵溢流口，并在间隔时间点时浇注耐磨层金属液，得到铸件；

对铸件进行清理，之后进行热处理，得到双金属耐磨薄板；

所述型腔的顶部配置有雨淋式浇注口结构；

所述型腔具有浇注口，所述保护气体为点燃的可燃性气体，在所述浇注口放置明火，以对所述型腔内排出的可燃性气体进行燃烧消耗；

所述间隔时间点是基层金属液的结合面处于半凝固状态的时间点。

2.根据权利要求1所述的双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，所述可燃性气体为煤气、天然气、液化气中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，所述芯板的材料为成型耐火材料，所述芯板的厚度为3~5mm。

4.根据权利要求1所述的双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，所述冷铁的表面涂布有隔离层；所述隔离层的材料为石墨涂料。

5.根据权利要求1所述的双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，所述溢流口具有多个，且每个所述溢流口均布设在所述型腔的角部。

6.根据权利要求1所述的双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，所述基层金属液为低碳钢或低合金钢基层金属液；所述耐磨层金属液为高铬铸铁耐磨层金属液。

7.根据权利要求6所述的双金属耐磨薄板的制造方法，其特征在于，所述热处理是将清理后的铸件加热到940～980℃，保温2小时，出炉空冷淬火后，再进行200～260℃保温4-6小时低温回火。