本發(fā)明涉及一種雙金屬耐磨襯板及其制備方法，屬于金屬材料鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在球磨機(jī)機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中，我國水泥、冶金、礦山等行業(yè)使用的球磨機(jī)直徑不斷增大，襯板所收到的沖擊作用也不斷增大，襯板是用于保護(hù)球磨機(jī)筒體免受研磨體和物料直接沖擊和摩擦的易損件，所以要求襯板具有良好的耐磨性，又具有高的強(qiáng)度和韌性。目前，我國大型球磨機(jī)使用的襯板多為高猛鋼、合金鑄鐵、低合金鋼等，單一的材質(zhì)很難滿足較寬應(yīng)力范圍工況的要求。因此，雙金屬復(fù)合鑄造的工藝方法主要利用不同金屬進(jìn)行不同部位的鑄造，以利于充分發(fā)揮不同金屬各自的優(yōu)異性能，從而讓襯板具有良好的耐磨性，又具有高的強(qiáng)度和韌性。目前國內(nèi)使用雙合金復(fù)合襯板，選用兩種材料的合金成分含量相差較大，澆鑄過程中復(fù)合層的組織應(yīng)力差異較大，界面結(jié)合力不穩(wěn)定，且在澆鑄過程中由于金屬液張力的作用易造成在使用過程中沿界面處開裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明復(fù)合面采用T字型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得復(fù)合層在界面處結(jié)合更加緊密不易分離，且耐磨層主要選用中碳低合金硅錳鋼，基體層選用普通低合金碳鋼，減少合金含量差異，兩種合金收縮比接近，使兩種合金結(jié)合具有良好的緊密性，同時(shí)兼?zhèn)涓叩膹?qiáng)度和良好的耐磨性。

本發(fā)明的目的在于提供一種雙金屬耐磨襯板，包括基體層、耐磨層，基體層和耐磨層緊密貼合，耐磨層上設(shè)有2個(gè)以上T型凸起，T型凸起鑲嵌在基體層內(nèi)部，T型凸起和耐磨層的高度比為1:1.2~1:2，耐磨層與基體層的高度比為1:1~1:3，T型凸起的寬度與襯板的寬度比為1:8~1:15。

優(yōu)選的，所述耐磨層和T型凸起為中碳低合金硅錳鋼，其組分按重量百分比為：C：0.3~0.4%, Si：1.6~1.8%，Mn：2.8~3.0%，P≤0.03 %，S≤0.03 %，F(xiàn)e及不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選的，所述基體層為低合金碳鋼。

本發(fā)明的另一目的是提供所述雙金屬耐磨襯板的制備方法，具體步驟如下：

（1）配料及熔煉：根據(jù)耐磨層、基體層、T型凸起的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉；

（2）分層澆鑄成型：先將耐磨層金屬液澆入帶有T型的砂型，鑄造成表面帶有T型凸起結(jié)構(gòu)的耐磨層鑄件，澆鑄溫度為1480~1550℃，待耐磨層空冷至室溫，進(jìn)行表面清砂和打磨，再將加工成型后的帶T型凸起的耐磨層固定在下澆鑄箱作為鑄型，然后將耐磨層預(yù)熱至200℃~300℃，保溫20~40分鐘，將基體層金屬液澆入作為鑄型的帶T型凸起的耐磨層上形成基體層，澆鑄溫度為1485~1520℃，澆鑄結(jié)束后表層覆砂保溫，待基體層空冷至室溫，開箱得到雙金屬耐磨襯板鑄坯；

（3）將步驟（2）得到的雙金屬耐磨襯板鑄坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為450~600℃，保溫2~3h，然后空冷至室溫；

（4）將步驟（3）退火后的雙金屬耐磨襯板鑄坯加熱至880~920℃，保溫2~4h后直接進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用50%亞硝酸鉀+50%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，等溫淬火鹽浴溫度為320~340℃，鹽浴時(shí)間為2~3h，取出空冷至室溫，經(jīng)打磨加工后得到雙金屬耐磨襯板。

本發(fā)明的有益效果

（1）本發(fā)明的復(fù)合層T型凸起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使基體層和耐磨層的復(fù)合面積增大，界面結(jié)合更加緊密不易分離，實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)固的冶金結(jié)合，且顯微硬度和抗拉強(qiáng)度較普通平面復(fù)合更高，襯板耐磨層硬度為54~58HRC，沖擊韌性13~15J/cm²，基體層硬度為38~42HRC，沖擊韌性19~21J/cm²。

（2）本專利所采用的分層澆鑄工藝簡(jiǎn)單，無需考慮上下鑄層溫度梯度，流動(dòng)性和基體混合程度的問題。

（3）本發(fā)明生成工藝簡(jiǎn)單，生成成本低，產(chǎn)品具有耐磨性高、韌性好的特點(diǎn)。普通筒體高錳鋼襯板不間斷使用時(shí)長在4~5月，此種雙金屬耐磨襯板不間斷使用時(shí)長在6~7月。

附圖說明

圖1 本發(fā)明雙金屬耐磨襯板澆鑄T型凸起結(jié)構(gòu)耐磨層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 本發(fā)明雙金屬耐磨襯板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 本發(fā)明雙金屬耐磨襯板的剖視圖；

圖中：1-帶有T型凸起結(jié)構(gòu)的耐磨層，2-基體層，3-澆鑄系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

實(shí)施例1

本實(shí)施例所述雙金屬耐磨襯板，如圖1、2、3所示，長×寬×高為1600×650×300mm，耐磨層高度為75mm，基體層高度為225mm，T型凸起結(jié)構(gòu)高度為37.5mm，T型凸起設(shè)有三個(gè)，T型凸起結(jié)構(gòu)最寬部分的寬度為43.5mm，基體層與耐磨層材料的組分及重量百分比如表1所示，耐磨層中剩余部分為鐵及不可避免雜質(zhì)。

表1

本實(shí)施例所述雙金屬耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）配料及熔煉：根據(jù)耐磨層、基體層、T型凸起的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉；

（2）分層澆鑄成型：先將耐磨層金屬液通過澆道澆入帶有T型的砂型，鑄造成表面帶有T型凸起結(jié)構(gòu)的耐磨層鑄件，澆鑄溫度1480℃，待耐磨層空冷至室溫，進(jìn)行表面清砂和打磨，再將加工成型后的帶T型凸起的耐磨層固定在下澆鑄箱作為鑄型，然后將耐磨層進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至溫度為300℃，保溫40分鐘，再將基體層金屬液澆入作為鑄型的帶T型凸起的耐磨層上形成基體層，澆鑄溫度為1485℃，澆鑄結(jié)束后表層覆砂保溫，待基體層空冷至室溫，開箱獲得雙金屬耐磨襯板鑄坯；

（3）將步驟（2）得到的雙金屬耐磨襯板鑄坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為450℃，并保溫3h，然后空冷至室溫；

（4）將步驟（3）退火后的雙金屬耐磨襯板鑄坯加熱至880℃，保溫2h后直接進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用50%亞硝酸鉀+50%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，等溫淬火鹽浴溫度為320℃，鹽浴時(shí)間為3小時(shí)，取出空冷至室溫，經(jīng)打磨加工后得到雙金屬耐磨襯板。

本實(shí)施例制備得到的雙金屬耐磨襯板，耐磨層硬度為54HRC，沖擊韌性為13J/cm²；基體層硬度為38HRC，沖擊韌性為19J/cm²。該雙金屬耐磨襯板與普通筒體高錳鋼襯板在同樣的使用條件下不間斷使用，本實(shí)施例制備得到的雙金屬耐磨襯板可以使用6個(gè)月，而普通筒體高錳鋼襯板只能使用4個(gè)月。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所述雙金屬耐磨襯板，長×寬×高為1600×650×300mm，耐磨層高度為150mm，基體層高度為150mm，T型凸起結(jié)構(gòu)高度為93.7mm，T型凸起設(shè)有2個(gè)，T型凸起結(jié)構(gòu)橫向最寬部分的寬度為54.2mm，基體層與耐磨層材料的組分及重量百分比如表2所示，耐磨層中剩余部分為鐵及不可避免雜質(zhì)。

表2

本實(shí)施例所述工字結(jié)構(gòu)雙金屬耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）配料及熔煉：根據(jù)耐磨層、基體層、T型凸起的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉；

（2）分層澆鑄成型：先將耐磨層金屬液通過澆道澆入帶有T型的砂型，鑄造成表面帶有T型凸起結(jié)構(gòu)的耐磨層鑄件，澆鑄溫度1490℃，待耐磨層空冷至室溫，進(jìn)行表面清砂和打磨，再將加工成型后的帶T型凸起的耐磨層固定在下澆鑄箱作為鑄型，然后將耐磨層進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至溫度為250℃，保溫20分鐘，再將基體層金屬液澆入作為鑄型的帶T型凸起的耐磨層上形成基體層，澆鑄溫度為1510℃，澆鑄結(jié)束后表層覆砂保溫，待基體層空冷至室溫，開箱獲雙金屬耐磨襯板鑄坯；

（3）將步驟（2）得到的雙金屬耐磨襯板鑄坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為600℃，并保溫2h，然后空冷至室溫；

（4）將步驟（3）退火后的雙金屬耐磨襯板鑄坯加熱至900℃，保溫3h后直接進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用50%亞硝酸鉀+50%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，等溫淬火鹽浴溫度為330℃，鹽浴時(shí)間為2.5小時(shí)，取出空冷至室溫，經(jīng)打磨加工后得到雙金屬耐磨襯板。

本實(shí)施例制備得到的雙金屬耐磨襯板，耐磨層硬度為57HRC，沖擊韌性為15J/cm²；基體層硬度為40HRC，沖擊韌性為20J/cm²。該雙金屬耐磨襯板與普通筒體高錳鋼襯板在同樣的使用條件下不間斷使用，本實(shí)施例制備得到的雙金屬耐磨襯板可以使用7個(gè)月，而普通筒體高錳鋼襯板只能使用5個(gè)月。

實(shí)施例3

本實(shí)施例所述雙金屬耐磨襯板，長×寬×高為1600×650×300mm，耐磨層高度為125mm，基體層高度為175mm，T型凸起結(jié)構(gòu)高度為104.2mm，T型凸起設(shè)有三個(gè)，T型凸起結(jié)構(gòu)橫向最寬部分的寬度為81.25mm，基體層與耐磨層材料的組分及重量百分比如表3所示，耐磨層中剩余部分為鐵及不可避免雜質(zhì)。

表3

本實(shí)施例所述工字結(jié)構(gòu)雙金屬耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）配料及熔煉：根據(jù)耐磨層、基體層、T型凸起的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉；

（2）分層澆鑄成型：先將耐磨層金屬液通過澆道澆入帶有T型的砂型，鑄造成表面帶有T型凸起結(jié)構(gòu)的耐磨層鑄件，澆鑄溫度1550℃，待耐磨層空冷至室溫，進(jìn)行表面清砂和打磨，再將加工成型后的帶T型凸起的耐磨層固定在下澆鑄箱作為鑄型，然后將耐磨層進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至溫度為200℃，保溫30分鐘，再將基體層金屬液澆入作為鑄型的帶T型凸起的耐磨層上形成基體層，澆鑄溫度1520℃，澆鑄結(jié)束后表層覆砂保溫，待基體層空冷至室溫，開箱獲得雙金屬耐磨襯板鑄坯；

（3）將步驟（2）得到的雙金屬耐磨襯板鑄坯進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為500℃，并保溫2.5h，然后空冷至室溫；

（4）將步驟（3）退火后的雙金屬耐磨襯板鑄坯加熱至920℃，保溫4h后直接進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用50%亞硝酸鉀+50%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，等溫淬火鹽浴溫度為340℃，鹽浴時(shí)間為2小時(shí)，取出空冷至室溫，經(jīng)打磨加工后得到雙金屬耐磨襯板。

本實(shí)施例制備得到的工字結(jié)構(gòu)雙金屬耐磨襯板，耐磨層硬度為58HRC，沖擊韌性為14J/cm²；基體層硬度為42HRC，沖擊韌性為21J/cm²。該雙金屬耐磨襯板與普通筒體高錳鋼襯板在同樣的使用條件下不間斷使用，本實(shí)施例制備得到的雙金屬耐磨襯板可以使用7個(gè)月，而普通筒體高錳鋼襯板只能使用5個(gè)月。