本發(fā)明涉及耐磨零件制造領域，尤其涉及耐磨襯套領域。

背景技術：

襯套是常用的耐磨機械零件，工作中需承受強烈的磨損和沖擊，服役壽命有限。為有效提高襯套的工作壽命，應根據(jù)其工況條件選擇合適的材質和加工方法。采用奧氏體錳鋼材質可以利用其工作中的沖擊，充分發(fā)揮奧氏體錳鋼的沖擊硬化效果。但液態(tài)奧氏體錳鋼的冷卻過程屬于中間凝固方式，介于逐層凝固和糊狀凝固之間，導致奧氏體晶粒度僅能達到0-2級，晶粒粗大造成高錳鋼的力學性能不夠高。而且，由于高錳鋼原材料成分復雜，雜質含量高，在冶煉過程容易形成氣孔和夾雜等缺陷，因而影響到高錳鋼性能的發(fā)揮。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種具有高級耐磨屬性的襯套。

本發(fā)明另一所要解決的技術問題在于，提供一種襯套的制備方法，以獲得具高致密度的襯套。

本發(fā)明又一所要解決的技術問題在于，提供一種襯套的制備裝置，以制得具高級耐磨襯套。

為解決上述技術問題，本發(fā)明首先提供一種襯套，其特征在于，以奧氏體錳鋼為基體材料，所述基體材料中均勻彌散分布有納米改性劑，所述納米材料包括氮化硅、氮化鈦、氮化鋁、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、碳化鋯、硼化硅、硼化鋯及稀土氧化物中的至少一種，述納米材料的含量占襯套總重量的0.01％-0.30％。

進一步地，所述襯套中錳合金含量占襯套總重量的6-18％。

進一步地，所述襯套為筒狀。

本發(fā)明還提供一種襯套的制備方法，包括：

烘干步驟：以奧氏體錳鋼為原材料進行加熱烘干，以去除原材料的水分；

冶煉步驟：對烘干后的原材料進行冶煉，并通過造渣和除渣減少金屬液的雜質；

凈化步驟：當冶煉獲得的鋼液到達出爐溫度后，將鋼液轉入內置液態(tài)納米變質劑的澆包中進行納米變質，以進一步細化晶粒、凈化鋼液，使納米改性劑在鋼液中達到彌散分布；

離心鑄造步驟：將凈化后的鋼液注入事先在內壁涂裝有納米材料的離心鑄造模具中進行離心鑄造，鑄造過程中實現(xiàn)再次納米變質及細化晶粒；及

冷卻步驟：冷卻后取出襯套。

本發(fā)明還提供一種襯套的制備裝置，包括與臥式或立式離心鑄造機連接的底座、固定于所述底座并可隨所述底座轉動的模具、位于所述模具內部的內墊、位于所述模具外端的外墊、擋在所述外墊外側的擋板、與所述模具連接的緊固架、及被壓入所述緊固架且位于所述擋板外側的固定塊。

采用上述技術方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：借助將納米材料加注到液態(tài)高錳鋼中，細化晶粒，極大改善高錳鋼的金相組織和襯套的力學性能。通過加注納米材料，金屬組織晶粒極度細化，鋼液純凈，力學性能指標提高，耐磨性更好，起到優(yōu)化改性的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明襯套和襯套的制備裝置的剖視圖。

圖2是本發(fā)明襯套的制備方法的流程框圖。

圖3是未加入納米改性劑的襯套的金相圖。

圖4是本發(fā)明加入納米改性劑的襯套的金相圖。

圖5是本發(fā)明另一加入納米改性劑的襯套的金相圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結合，下面結合附圖和具體實施例對本申請作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種襯套4，以奧氏體錳鋼為基體材料制成筒狀體，所述基體材料中均勻彌散分布有納米改性劑。其中，所述納米材料包括氮化硅、氮化鈦、氮化鋁、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、碳化鋯、硼化硅、硼化鋯及稀土氧化物中的至少一種，述納米材料的含量占襯套總重量的0.01％-0.30％；所述襯套4中錳合金含量占襯套4總重量的6-18％。

如圖2所示，本發(fā)明一種襯套的制備方法，包括以下步驟：

烘干步驟：以奧氏體錳鋼為原材料進行加熱烘干，以去除原材料的水分；

冶煉步驟：對烘干后的原材料進行冶煉，并通過造渣和除渣減少金屬液的雜質；

凈化步驟：當冶煉獲得的鋼液到達出爐溫度后，將鋼液轉入內置液態(tài)納米變質劑的澆包中進行納米變質，以進一步細化晶粒、凈化鋼液，使納米改性劑在鋼液中達到彌散分布；

離心鑄造步驟：將凈化后的鋼液注入事先在內壁涂裝有納米材料的離心鑄造模具中進行離心鑄造，鑄造過程中實現(xiàn)再次納米變質及細化晶粒；

冷卻步驟：冷卻后取出襯套；及

水韌步驟：對冷卻后取出的襯套進行水韌處理。

如圖1所示，本發(fā)明襯套的制備裝置，包括與臥式或立式離心鑄造機連接的底座1、固定于底座的模具3、位于模具3內部的內墊2，位于模具3外端的外墊7，擋在外墊外側的擋板8，與模具連接的緊固架6、被壓入緊固架的固定塊5，及穿過擋板8和外墊7伸入模具3內的流槽。

底座1、模具3和緊固架6通過焊接方式連接，根據(jù)襯套4的尺寸和材料，設定離心機轉速，打開臥式離心鑄造機，在澆入熔煉的金屬液之前，將納米材料加入模具3型腔內部，澆注結束后撤掉流槽，經過冷卻后關閉離心鑄造機，取出襯套4.

納米材料添加到模具內，可以與鋼液形成充分攪拌摻混，從而滲透到鋼液的內部，這個過程的溫度恰好處在高錳鋼的結晶凝固期，溫度偏低，納米一經摻混馬上凝固，幾乎不燒損。相反，曾經試驗過將納米加入熔煉爐中、鋼水包中都出現(xiàn)燒損嚴重、攪拌不夠等問題，導致納米效果不良。

本發(fā)明使用納米材料鑄造高錳鋼件，可以調整納米材料的品種和劑量，滿足不同襯套的材質性能要求。本實施例中，襯套的尺寸范圍為：外徑30mm-600mm，內徑20mm-500mm，長度30mm-1000mm。材質標準為gb/t5680-2010，金相標準為gb/t13925-2010。

通過加入一定量的氮化鈦tin和碳化硅sic納米改性劑時，襯套的沖擊吸收功率提高。表1為未添加和分別加入0.01％-0.10％、0.02％-0.20％的碳化鈦tic、碳化硅sic、氮化鈦tin時襯套的硬度檢測值和沖擊吸收功率值。

表1納米變質劑對襯套硬度及沖擊吸收功率的影響

表2示出在拉伸試驗中，加入一定量的碳化鈦tic、碳化硅sic、氮化鈦tin時襯套的屈服強度提高、抗拉強度提高、斷后伸長率及斷面收縮率均不同程度地得到了提高，而磨損率則相應降低。

表2納米改性劑對襯套初始硬度的影響

本發(fā)明屬于離心鑄造過程，借助將納米材料加注到液態(tài)高錳鋼中，細化晶粒，極大改善高錳鋼的金相組織和襯套的力學性能。請參考圖3至圖5，通過兩次加注納米材料，金屬組織晶粒極度細化，鋼液純凈，力學性能指標提高，耐磨性更好，起到優(yōu)化改性的目的。通過控制液態(tài)金屬加熱溫度、加熱速度和冷卻速度，給納米改性劑粉體創(chuàng)造一個均勻游離擴散的環(huán)境，最大限度的成為奧氏體晶粒初始晶核，達到細化晶粒的目的。細化晶粒結果達到5級以上，相應增加了組織晶界形變抗力，提高了晶粒位錯阻力，材料抗拉強度提高，在沖擊磨損的環(huán)境下，奧氏體組織基體形變能提高，零件表層急劇硬化，從而達到強韌耐磨。

二次納米變質的優(yōu)點：一次納米材料添加量較少，與常規(guī)變質劑配合起來，加入鋼水包中，對鋼液起到凈化作用，重點除氧、去氣、脫硫，為第二次納米加入提供良好條件，如果鋼液不純凈，大量的氧化物、硫化物就會稀釋納米材料，破壞納米材料的功效。第二次納米材料是對鋼液結晶效果起決定作用的部分，添加量要精確，對溫度及模具轉速都有嚴格要求，納米得到率越高組織晶粒度越高，納米材料功效才能充分體現(xiàn)出來。

盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。