一種大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板及其鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械零件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板及其鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磨機(jī)是冶金礦山、建材、發(fā)電等行業(yè)常用的粉磨設(shè)備。半自磨機(jī)以磨球和物料為介質(zhì)，靠筒體的旋轉(zhuǎn)將磨球和物料提升到一定的高度，然后拋落下來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊、研磨和磨削作用使礦石被磨碎。磨球和礦石對(duì)磨機(jī)筒壁產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊力和摩擦，襯板是磨機(jī)中保護(hù)磨機(jī)和帶動(dòng)磨球?qū)ξ锪线M(jìn)行研磨和粉碎的重要部件。球磨機(jī)襯板工作環(huán)境惡劣，直徑大于5m的半自磨機(jī)襯板的主要失效形式是大能量多次沖擊下的斷裂、屈服變形和磨料磨損。此外，磨機(jī)工作時(shí)研磨介質(zhì)的沖擊、摩擦使筒體內(nèi)溫度升高，更加劇了磨機(jī)襯板的損耗。近今年來(lái)，半自磨機(jī)越來(lái)越趨向于大型化，隨著筒體直徑的增大，對(duì)筒體襯板的韌性、屈服強(qiáng)度和硬度要求越來(lái)越高。為了保證半自磨機(jī)的正常安全運(yùn)行，提高襯板的沖擊韌性避免襯板斷裂和提高襯板屈服強(qiáng)度抵抗襯板塑性變形成為襯板制造的首要條件。因此大型半自磨機(jī)襯板材質(zhì)必須是耐沖擊、抗變形、耐磨剝和耐磨損，韌性好、強(qiáng)度高的材料。
[0003]對(duì)于中小型磨機(jī)，襯板材料通常采用高錳鋼。雖然高錳鋼襯板在使用過(guò)程中受到強(qiáng)烈沖擊作用能充分發(fā)揮其加工硬化特性，具有較好的耐磨性。但對(duì)于波谷高度大于140mm的高錳鋼襯板，其波峰厚度達(dá)到220?240mm，襯板心部淬透性差，水韌處理后心部仍有碳化物存在，使其韌性降低，使用過(guò)程中襯板發(fā)生斷裂；即使加入合金元素使其淬透性提高，但其室溫抗拉強(qiáng)度仍然低于900MPa，屈服強(qiáng)度低于500MPa，在使用過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重的屈服塑性流變和擠壓變形，襯板使用壽命短;而屈服塑性流變使襯板之間互相黏連，造成襯板拆卸困難。
[0004]用低碳鋼制造球磨機(jī)襯板，存在強(qiáng)度和硬度低、耐磨性差的缺點(diǎn)。為了提高碳鋼的強(qiáng)韌性和耐磨性，通常采取提高碳含量并加入鉻、鉬、鎳等合金元素的措施，出現(xiàn)了中碳鉻鉬鋼襯板。中碳合金鋼襯板韌性好，屈服強(qiáng)度高，硬度值可達(dá)40?43HRC，綜合力學(xué)性能較好。在中型半自磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可滿足強(qiáng)烈沖擊和抵抗屈服變形的要求，設(shè)備運(yùn)行安全可靠。但其硬度較低，耐磨性較差，使用壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板及其鑄造方法，利用消失模負(fù)壓鑄造將陶瓷預(yù)壓層和金屬基體冶金結(jié)合，在金屬襯板工作表面形成陶瓷復(fù)合層，使復(fù)合襯板既具有良好韌性、高的屈服強(qiáng)度和高的耐磨性。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板，在金屬基體上設(shè)置陶瓷復(fù)合層，其特征在于:金屬基體的化學(xué)組成以及各組成成分的重量百分含量為:(::0.55?0.65%、]\111:0.8?1.2%、51:0.7?1.0%、0:2.0?2.5%、Mo: 0.6?0.8%、N1: 0.7?1.0%、Cu: 0.1?0.2%、La: 0.01 ?0.02%、P〈0.03%、S〈0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]該大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板的鑄造方法，包括鑄造工藝過(guò)程和熱處理工藝過(guò)程，其中，鑄造工藝過(guò)程采用消失模負(fù)壓鑄造工藝，包括以下步驟:
(1)制作襯板模型:首先，采用EPS制備基體模型并烘干，放置在?？騼?nèi)，再將制作好的陶瓷漿料均勻涂刷在基體模型的上表面，并由成型壓頭模樣將陶瓷漿料水平預(yù)壓成型，形成帶有厚度為3?4_的陶瓷復(fù)合層的襯板模型，之后在襯板模型的底部粘上澆注系統(tǒng)進(jìn)行烘干；
(2)涂掛涂層:將烘干后的襯板模型浸入消失模專用涂料中并取出，使得消失模專用涂料涂掛在襯板模型以及澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆口表面形成1?2mm厚的涂層，并確保在澆注系統(tǒng)的直澆道上沒(méi)有涂層，然后將襯板模型放入烤房的烘烤架上，在通風(fēng)條件下進(jìn)行烘干，24小時(shí)后每小時(shí)稱重檢查，三次重量變化小于± 2g視為完全烘干；
(3 )造型:將一面開(kāi)口并設(shè)有抽氣室的砂箱固定放置在砂箱工作臺(tái)上，砂箱底部為200?250mm厚的寶珠砂層，將經(jīng)步驟(2)處理后的襯板模型直立使?jié)沧⑾到y(tǒng)的喇叭形澆口朝上，置于寶珠砂層上，并培砂固定，然后通過(guò)砂箱工作臺(tái)對(duì)砂箱進(jìn)行30?60s的三維振動(dòng)，再去掉所述喇叭形澆口上的涂層，在喇叭形澆口的周圍沿澆口的圓周方向均勻放置耐火泥條后，用塑料薄膜密封喇叭形澆口，并放置澆口杯，塑料薄膜上加蓋面砂，面砂高度為60?80mm;
(4)澆注:對(duì)砂箱進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度為-0.05?-0.06MPa時(shí)澆入溫度為1650?1660°C的基體金屬液，澆注后在澆口杯上加蓋紙板，并開(kāi)啟砂箱工作臺(tái)的水平二維振動(dòng)，維持砂箱的真空度以及砂箱工作臺(tái)水平二維振動(dòng)至基體金屬液凝固并冷卻，得到陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板鑄件。
[0008]所述的熱處理工藝過(guò)程為:將所制作的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板鑄件放入爐中，以50?60°C/小時(shí)的升溫速度將陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板鑄件加熱到630?650°C，保溫6?8小時(shí)，再加熱到1040?1050°C，保溫6小時(shí)，隨爐冷卻至500°C，打開(kāi)爐門冷卻至280?300°C;再關(guān)閉爐門，繼續(xù)以60?80°C/小時(shí)的升溫速度將陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板鑄件加熱到850?860°C，保溫6小時(shí)，出爐霧冷至室溫，然后再將陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板鑄件加熱到550?570°C，保溫4小時(shí)后，空冷至室溫，得到陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板成品。
[0009]進(jìn)一步的，制作所述陶瓷漿料的方法為:按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將22?25%的碳化鎢粉、0.6?0.8%的鉬粉、0.8-1.0%的鎳粉、64.1-68.2%的高碳鉻鐵粉、0.1?0.2%的La203粉體混合均勻后，向混合粉體中加入4~6%的硼砂以及4%的酚醛樹(shù)脂混勻，即制備成陶瓷漿料。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中烤房的溫度為45?50°C。
[0011]進(jìn)一步的，在維持砂箱的真空度以及砂箱工作臺(tái)水平二維振動(dòng)的過(guò)程中，觀察澆口中金屬液的下降情況并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)澆。
[0012]進(jìn)一步的，制作模型的過(guò)程中，在涂刷陶瓷漿料之前，在基體模型的上表面預(yù)開(kāi)多個(gè)燕尾槽。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明在傳統(tǒng)的鉻鉬鋼襯板成分的基礎(chǔ)上，降低碳含量，借助消失模鑄造鑄件產(chǎn)生增碳的特性，使襯板基體層達(dá)到抗沖擊、不變形的性能要求;在陶瓷層中加入微量鉬粉、鎳粉提高其韌性，加入微量La203粉體細(xì)化陶瓷層的晶粒，提高陶瓷層與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度。
[0014]2、本發(fā)明利用消失模負(fù)壓鑄造將陶瓷預(yù)壓層和金屬基體冶金結(jié)合，在襯板工作表面形成3~4mm的陶瓷復(fù)合層，制造陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板，使復(fù)合襯板既具有良好韌性、高屈服強(qiáng)度和高耐磨性。
[0015]3、在澆注金屬液后，維持砂箱的真空度以及砂箱工作臺(tái)的水平二維振動(dòng)，可以有利于襯板鑄件的排氣和補(bǔ)縮，不僅可以提高襯板鑄件的致密度，同時(shí)可以防止金屬液的反噴和飛濺。
[0016]4、本發(fā)明在造型時(shí)，將襯板模型直立放置，有利于襯板鑄件的排氣和補(bǔ)縮。
[0017]5、本發(fā)明在制作陶瓷復(fù)合層之前，在基體模型上表面開(kāi)設(shè)多個(gè)燕尾槽，這樣在完成陶瓷復(fù)合層制作后，陶瓷復(fù)合層就通過(guò)牢牢的嵌在燕尾槽中，提高陶瓷復(fù)合層與基體模型之間的結(jié)合強(qiáng)度，在后續(xù)造型、澆注的過(guò)程中，將襯板模型直立后，陶瓷復(fù)合層也不會(huì)松動(dòng)、脫落。
[0018]6、利用本發(fā)明的鑄造方法制作的大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板的波谷厚度大于140mm，重達(dá)1.5噸以上，復(fù)合襯板成品中陶瓷復(fù)合層硬度達(dá)到HBW600以上，金屬層硬度大于HRC40，沖擊韌性2 40J/cm2，屈服強(qiáng)度大于1 lOOMPa，復(fù)合襯板抗沖擊、抗流變和耐磨損。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明所鑄造的大型半自磨機(jī)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是襯板模型上澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖3是制作襯板模型的示意圖。
[0022]圖4是對(duì)各個(gè)實(shí)施例中所制作的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合襯板進(jìn)行性能測(cè)試所得的