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多元低合金耐磨钢的破碎机衬板是如何制造的

时间:2019-10-15 16:57 点击:

根据成分及烧损率进行配料,试验时在1000kg 中频碱性感应炉中熔炼,浇注衬板铸件。在终脱氧阶段向钢液中加入铝进行脱氧,包中冲入0.4%的高效稀土复合变质剂进行变质处理。冶炼温度为1600~1680℃。 

衬板的外形结构简单,属薄壁型件,最大壁厚不到 30  mm,如图 1 所示。铸件材料以 Cr、Mn、Si 为主要合金元素,添加了少量稀土、Mo 和 Cu合金元素。铸件要求具有较高的内部质量,即要求内部组织致密,不允许有缩孔、缩松、气孔和裂纹等缺陷;同时对力学性能要求较高,尤其是洛氏硬度应在 45 HRC 以上,冲击韧度 ak应在 16 J/cm2以上;因此采用了负压铁砂造型的消失模铸造工艺。同时考虑对铸件要给予很好的补缩能力,以消除缩孔、缩松,因此采用顶浇方式和浇、冒口共用的浇注系统,能使铸件最大限度地得到补缩。 

衬板在砂箱中的放置方式如下:平放在砂箱中造型,造完型后直接浇注。由于该衬板为弧形衬板,根据凹面与浇注位置的关系,凹面处在浇注位置下方。浇冒口位置设计,因为凹面是破碎机衬板零件的工作面,性能要求较高,让其处在浇注位置最有利的位置。凸面相对来说性能要求较低。 

浇注温度是影响消失模铸件质量的主要因素。浇注温度低,金属流动性差,易使铸件产生冷隔和浇不足等缺陷;但过高的浇注温度会增大金属液的收缩和含气量,易使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂等缺陷。经过大量试验研究,在 1 560~1 600 ℃出钢,在 1 460  ℃左右浇注,浇注保持负压状态,并维持较大的抽气流量,以避免气孔及残余滞留。浇注后 20~30 min 后出箱。

新型衬板采用的是淬火加回火的热处理工艺。淬火温度主要是根据低合金耐磨衬板材料的临界转变温度确定,而耐磨衬板中因为合金元素的加入,其淬火温度应适当提高。通常淬火温度高,淬透性好,力学性能高。但温度过高,使奥氏体晶粒粗大,淬火后得到的板条状马氏体较粗大,容易造成衬板零件表面氧化和表面脱碳,表面氧化会严重影响淬火的冷却速度,从而使衬板工件出现软点或硬度不足;表面脱碳会降低衬板零件的表面硬度及耐磨性,淬火后衬板试件易变形甚至开裂,故得不到良好的综合力学性能。 对于多元低合金耐磨钢,应考虑合金元素的溶解和再分配。同时由于合金元素在奥氏体中的扩散激活能较高,其自身不易均匀化,所以淬火加热温度须适当提高,以便充分发挥合金化的作用。 

在确定衬板的热处理规范时,考虑到在低于900  ℃淬火时得到的是铁素体和马氏体的混合组织,且铁素体的质量分数较高。在高于 930  ℃淬火时,得到的显微组织为板条马氏体,但组织较粗大,尽管淬火组织中的碳和合金元素会随着淬火温度升高而进一步增多,淬火组织强度会进一步提高,但由于高温奥氏体稳定性增加,淬火组织中出现低强度的奥氏体组织,硬度反而下降。在 920  ℃时淬火,得到的是细小均匀的板条状马氏体和下贝氏体组织,硬度较高。  

回火主要是使淬火得到的不稳定组织转变为稳定组织,降低淬火应力以及提高耐磨钢的塑韧性,使耐磨钢淬火后具有高的硬度和耐磨性。回火温度低于 200  ℃时,硬度值变化不大,随着回火温度升高,钢的硬度下降缓慢。随着回火温度升高,钢的冲击韧度提高,但回火温度低于马氏体转变温度时,由于其相变应力没能得到充分消除,因而其韧性较低。

回火温度超过 300  ℃  ,在贝氏体/马氏体复相组织中析出均匀弥散并和基体保持共格关系的 ε 碳化物,降低了贝氏体/马氏体复相组织的含碳量,从而明显增加钢的韧性。当回火温度升高到 400  ℃  时,钢中 ε碳化物质量分数逐渐减少,而残留奥氏体逐渐分解,同时析出与基体非共格的脆性渗碳体,导致钢的冲击韧度值降低,随后,大量渗碳体从贝氏体/马氏体复相组织中析出,明显降低贝氏体/马氏体含碳量,虽然渗碳体的质量分数也进一步增加,但是此时钢中贝氏体/马氏体的含碳量较低,基体具有很高的韧性。当回火温度高于 450  ℃时,钢的整体韧性开始回升,硬度明显降低,抗拉强度也明显下降。 

根据上述研究分析和衬板结构特点,确定衬板的热处理工艺如图 3 所示。在 910  ℃±10  ℃保温1.5 h,出炉空冷到 300  ℃保温 1.5 h,出炉空冷至室温,最后在 250  ℃±10  ℃保温 2 h 回火后空冷。