鋼澆銅

雙液澆鑄復合耐磨襯板的研制和應用 - [襯板]
1前言
 
  襯板是球磨機中的主要磨損件。目前，能制作襯板的主要材質有三大系列：高錳鋼系列、多元低合金鋼系列、鉻系列白口鑄鐵。高錳鋼在低應力磨料磨損工況下其加工硬化能力難以發揮而影響了作用。高鉻鑄鐵襯板具有優良的耐磨性，但它強韌性較低，在運輸、安裝和高應力工況下使用易發生斷裂。
 
  因此，單一材質往往是很難滿足較寬應力范圍工況的要求。研究表明，在改善和提高抗磨材料綜合性能的基礎上，采用由高強韌性鋼和高抗磨性的高鉻白口鑄鐵，采用雙金屬復合鑄造工藝，可獲得兼有兩種材料特性的整體復合材料鑄件。耐磨襯板的研究應放在超硬材料與高韌性材料的復合上，本研究基于這一設想而展開。
 
2.復合耐磨襯板的結構設計
 
  高錳鋼在強烈沖擊載荷條件下，特別是比較純凈的高錳鋼具有出色的機械性能，抗拉強度可以高達1000MPa以上，延伸率最高可以達到1QQ%，沖擊值高達3QQ]/cm2。
 
  高鉻鑄鐵被認為是最好的抗磨料磨損材料。由于Ka碳化物的高硬度，因而耐磨性能好；Ka碳化物以及固溶Cr的基體有較強的耐熱、耐蝕性能，因而在高溫或腐蝕環境下亦能顯示出良好的耐磨性能。但其韌性較高錳鋼和低合金鋼低得多，對沖擊磨損的抗力差。
 
  如果以高錳鋼為基體，以高鉻鑄鐵為硬質點，使高錳鋼的高韌性和高鉻鑄鐵的高耐磨性完美的結合，使材質能夠適應較寬工況條件的需要。復合襯板結構如圖1所示。在解決高鉻鑄鐵和高錳鋼復合制造襯板時，遇到生產工藝控制困難和雙金屬結合面強度兩個困難。但在制造過程中，為了使高鉻鐵水和高錳鋼鐵水在澆注過程中不相混合，同時又讓其界面冶金結合，在澆注過程中以鋼結構把兩種金屬液隔離。隔離鋼結構經酸洗烘干處理后，可以使高鉻鑄鐵和高錳鋼牢固結合。提出這種設想后，首先在試驗室進行模擬試驗，結果表明，通過合理控制鐵水溫度和澆注時間，可以使隔離鋼結構和兩側金屬的界面以冶金結合的方式存在。而且由于高錳鋼的線收縮率(2.5%)遠大于高鉻鑄鐵的線收縮率(1.8?2%)，也可使高鉻鑄鐵能緊緊鑲嵌于高錳鋼基體中。實驗室試驗的成功，為工業生產復合耐磨襯板提供了依據，實踐證明，這一設想是可行的。
 
3.雙金屬復合耐磨襯板的制造
 
3.1化學成分設計
 
  高錳鋼的成分設計依據主要是利用高錳鋼的強韌性，因此，其成分中碳含量適當下調以増加抗拉強度、延伸率、和沖擊值?？紤]到成分和耐磨性的關系，高鉻鑄鐵為亞共晶，Cr/C確定為7左右，復合襯板化學成分見表1。
 
3.2合金的熔煉
 
  高鉻鑄鐵的冶煉在150Kg酸性中頻感應電爐內進行，高錳鋼在500Kg堿性中頻爐中熔煉，兩爐同時進行。高鉻鑄鐵用高碳鉻鐵、中碳鉻鐵、廢鋼、錳鐵、鉬鐵、和不銹鋼等配爐料。高錳鋼用中碳錳鐵和廢鋼等配料。鐵水熔清后取樣分析硫、鉻、鎳、錳等主要元素，爐前調整成分，合格后出爐。出爐前加0.3-0.5%鋁進行熔終脫氧。高鉻鐵水出爐溫度1480-1500C，澆注溫度1450C。高錳鋼出爐溫度1550—1600C，澆主溫度為1500。。。
 
3.3鑄造工藝
 
  復合工藝采用雙液雙金屬消失模真空吸鑄法，耐磨體為柱狀結構，高錳鋼采用易割冒口，工藝方案如圖2所示。澆注高鉻鑄鐵時鋼結構基本不燒穿；澆注高錳鋼時，鋼結構兩側表面要微量溶化，基本不影響本體的高韌性能。襯板造型用砂粒度4Q/7Q目水洗砂，7Q—1QQ目占3Q%，4Q/7Q目占7Q%，模型縮尺取2.5%oEPS模型作好后，按設計要求鑲嵌鋼結構。鋼結構用90%的鹽酸清洗干凈，烘干后置于EPS模型中，然后粘結澆注系統，涂刷三遍涂料，烘干。真空度為-Q.Q4?-Q.Q6MPa。待鐵水熔化達溫后澆注，澆注按照慢一快一慢工藝操作，先澆注高鉻鑄鐵1mm后再澆注高錳鋼，澆注完高錳鋼后保壓3Qmm，卸壓并把復合襯板埋入干砂中確保其緩慢冷卻至室溫，以防止在冷卻過程中出現裂紋。襯板冷卻至室溫后，敲掉澆冒口，打磨到規定尺寸。
 
3.4襯板的熱處理
 
  復合襯板的水韌處理工藝與普通高錳鋼有些不同，因為襯板由兩種材質構成，高錳鋼的膨脹系數大，導熱性差；鎬鉻鑄鐵脆性大，復合襯板結構復雜，所以開始升溫階段不宜過快，防止出現裂紋。熱處理工藝見圖3
 
3.5襯板的檢測
 
  用HLN-11型半自動里氏硬度計對熱處理過的襯板進行硬度測量，結果如表2所示。
 
  采用超聲波檢測鑄件內部組織致密度，沒有發現縮松、縮孔、氣孔等缺陷。高鉻鑄鐵和高錳鋼結合良好，不會發現脫落，松動現象。從襯板本體截取界面處金相試樣，觀察鑄態界面結合情況(見圖4)，結果發現，界面為冶金結合，結合良好，并發生鋼結構兩側的高錳鋼和高鉻鑄鐵分別向鋼結構發生滲碳作用。
 
4.襯板的應用
 
  把生產的復合襯板安裝在金川公司01.8X2.7m球磨機上，與單一高錳鋼襯板同機考核，原礦粒度25mm，PH值在5-7之間，磨后成鎳礦精粉，運行20㈨多小時，生產礦粉62㈨t。裝機考核結果表明，復合襯板的使用壽命是高錳鋼襯板的2.62倍。使用雙金屬復合耐磨襯板安全可靠，可以顯著提高設備運轉率，該產品可以在全國大型球磨機上推廣使用。
 
5結論
 
5.1采用消失模真空吸鑄，雙液澆鑄法工藝可以生產雙金屬復合襯板，兩種材質結合強度高，具有高強韌、高耐磨的特點。
 
5.2工藝簡單易行，成本低，強化耐磨效果顯著，可以滿足大型球磨機的安全使用，采用這一工藝，可以大大拓寬高錳鋼襯板的使用范圍。

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