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发布时间:2015-05-13

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破碎机在矿山、冶金、机械、奔驰宝马线上娱乐城、建材、化工等行业得到广泛使用,而衬板是破碎机上一个重要的耐磨零件,在服役过程中主要承受冲击力和磨损,其性能和寿命直接影响到破碎机的粉碎效率、寿命和生产成本,耐磨性和抗冲击性是衡量衬板的主要技术经济指标。为此,我们奔驰宝马线上娱乐城破碎机厂家就衬板的优化设计进行了研究。

破碎机衬板

破碎机衬板常用高锰钢生产,高锰钢铸件在经受强烈的冲击力或挤压力时,会发生加工硬化,使其硬度大幅提高,形成硬的表面和高韧性的内部,产生耐磨的表面层,而且保持了优良的冲击韧度,能承受大冲击载荷而不破坏,具有良好的耐磨性,因而常用于制造耐磨零件。

但是,高锰钢在非强烈的冲击载荷工况下,发挥不了加工硬化性能,导致其韧性有余而强度不足,力学性能和耐磨性达不到要求。因此需要有针对性地进行合金化学成分优化设计和热处理,使其获得需要的性能。本课题研究了高锰钢合金的化学成分、熔炼、铸造、热处理,以生产高质量的高锰钢衬板,在确保高硬度与韧性的前提下,提高破碎机衬板的耐磨性。

试验方法

铸件介绍与成分设计

图1是某破碎机衬板零件结构示意图。衬板在工作中要承载高冲击、磨损,要求材料具有较高的硬度、良好的韧性等力学性能。

衬板结构示意图

合金化及变质改性处理是提高高锰钢耐磨性的主要方法之一。通过在高锰钢中加入Cr、Si、Mo、V、Ti等合金元素并进行变质处理,从而在其奥氏体基体上获得弥散分布的碳化物颗粒以提高材料的耐磨性。通过合金化产生第二相强化机制的碳化物颗粒,利用合金元素对奥氏体基体的强化来增强其形变硬化能力,都是提高高锰钢耐磨性的有效途径。

高锰钢衬板中Mn、Cr、Si的合理搭配提高了材料的淬透性,降低了马氏体的转变温度,细化了晶粒。此外,添加少量的Mo、Cu和稀土元素,进行微合金化和复合变质处理,净化了钢水,有效细化了铸态组织,使碳化物弥散分布在基体中。

高锰钢的熔炼

高锰钢在碱性中频感应炉中熔炼,熔炼过程中尽量避免搅动金属液,以减少炉料的氧化。熔炼工艺包括熔化期、钢水合金化与成分调整、终脱氧、变质处理等阶段,熔炼后期加入的料块不能太大,应烘干至一定温度。加料顺序为:废钢、生铁→镍板、铬铁、钼铁→硅铁、锰铁→稀土硅铁→加铝脱氧→变质处理(采用自制Mo-Cu、V-Ti变质剂)。

铸造工艺

成形方法选择

高锰钢合金的导热性仅为碳钢的1/5~1/4,导热性能差、凝固慢、收缩大,铸造时易产生热裂、冷裂。自由收缩为2.4%~3.6%,线收缩大,凝固收缩率(6.5%)也比碳钢大,对裂纹有较大的敏感性,铸件凝固时很容易开裂。选择消失模铸造,粘结泡沫模型组合成模型簇,刷涂耐火材料并烘干,埋砂振动,在负压下浇注。一般不设置内冷铁,热节处采用外冷铁,以利于金属同时或顺序凝固。

浇注系统设计

浇注系统设计为半封闭式,横浇道开在上箱铸件最长一侧。下箱设置多个内浇道,呈扁平喇叭状均匀分布,截面形状设计的薄、宽程度以便于打断但不阻碍收缩为准。浇注时砂箱与地面呈5°~10°角放置。为方便清理冒口,采用带割片的保温冒口。

浇注温度

高锰钢的流动性好、充型能力强,选择的浇注温度为1500~1 540℃。浇注时遵循低温快浇的原则,采用慢、快、慢的操作方法。铸件在箱内冷却8~16h,待温度低于200℃时开箱。

热处理工艺

根据衬板的化学成分、铸态组织、性能要求和使用工况条件,采取“淬火+回火”的热处理工艺。经反复试验,得到热处理工艺最佳方案:以≤100℃/h的速度缓慢升温;700℃左右保温1.0~1.5h,在Ac3以上30~50℃保温2~4h;在强制空冷条件下淬火,降至约400℃时缓慢冷却至150℃以下;及时回火,在250~400℃保温2~4h,随炉冷却至室温。操作时要求严格控制淬火温度﹑保温时间﹑冷却速度,特别是下贝氏体转变区温度的保温时间。

试验结果与分析

经过化学成分优化设计、新型变质剂处理、合理的铸造工艺和热处理等措施,新研发的破碎机衬板无论是显微组织晶粒、密度,还是碳化物数量、残余奥氏体量、形状、大小和分布,都优于普通破碎机衬板。

经检测,新产品主要性能指标明显高于普通产品,见表2。由表2可知,新型高锰钢衬板的力学性能和耐磨性均优于普通衬板。

与现有产品技术性能比较

结语

通过优化衬板材料的化学成分,加入Cr、Mo等合金元素,增加Mn、Cr、Si含量,使得材料成分更加合理,可以提高高锰钢合金的淬透性、强度和冲击韧度;材料不含金属Ni,降低成本;应用消失模铸造工艺,浇注系统采用半封闭式、多个扁平喇叭内浇道、带割片保温冒口,应用自主研发的变质剂处理;热处理工艺采取“淬火+回火”,并严格按工艺控制淬火温度、保温时间、冷却速度。这些措施能够有效提高高锰钢合金衬板的综合力学性能,改善了高锰钢衬板的耐磨性,降低了生产成本。

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