一種大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板及其鑄造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械零件制造技術領域，具體涉及一種大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板及其鑄造方法。
【背景技術】
[0002]磨機是冶金礦山、建材、發(fā)電等行業(yè)常用的粉磨設備。半自磨機以磨球和物料為介質，靠筒體的旋轉將磨球和物料提升到一定的高度，然后拋落下來產(chǎn)生強烈沖擊、研磨和磨削作用使礦石被磨碎。磨球和礦石對磨機筒壁產(chǎn)生強烈的沖擊力和摩擦，襯板是磨機中保護磨機和帶動磨球對物料進行研磨和粉碎的重要部件。球磨機襯板工作環(huán)境惡劣，直徑大于5m的半自磨機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，磨機工作時研磨介質的沖擊、摩擦使筒體內溫度升高，更加劇了磨機襯板的損耗。近今年來，半自磨機越來越趨向于大型化，隨著筒體直徑的增大，對筒體襯板的韌性、屈服強度和硬度要求越來越高。為了保證半自磨機的正常安全運行，提高襯板的沖擊韌性避免襯板斷裂和提高襯板屈服強度抵抗襯板塑性變形成為襯板制造的首要條件。因此大型半自磨機襯板材質必須是耐沖擊、抗變形、耐磨剝和耐磨損，韌性好、強度高的材料。
[0003]對于中小型磨機，襯板材料通常采用高錳鋼。雖然高錳鋼襯板在使用過程中受到強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。但對于波谷高度大于140mm的高錳鋼襯板，其波峰厚度達到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，但其室溫抗拉強度仍然低于900MPa，屈服強度低于500MPa，在使用過程中發(fā)生嚴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襯板，存在強度和硬度低、耐磨性差的缺點。為了提高碳鋼的強韌性和耐磨性，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，屈服強度高，硬度值可達40?43HRC，綜合力學性能較好。在中型半自磨機運行過程中可滿足強烈沖擊和抵抗屈服變形的要求，設備運行安全可靠。但其硬度較低，耐磨性較差，使用壽命短。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板及其鑄造方法，利用消失模負壓鑄造將陶瓷預壓層和金屬基體冶金結合，在金屬襯板工作表面形成陶瓷復合層，使復合襯板既具有良好韌性、高的屈服強度和高的耐磨性。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板，在金屬基體上設置陶瓷復合層，其特征在于:金屬基體的化學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。
[0007]該大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板的鑄造方法，包括鑄造工藝過程和熱處理工藝過程，其中，鑄造工藝過程采用消失模負壓鑄造工藝，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?，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壓成型，形成帶有厚度為3?4_的陶瓷復合層的襯板模型，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)的直澆道上沒有涂層，然后將襯板模型放入烤房的烘烤架上，在通風條件下進行烘干，24小時后每小時稱重檢查，三次重量變化小于± 2g視為完全烘干；
(3 )造型:將一面開口并設有抽氣室的砂箱固定放置在砂箱工作臺上，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，然后通過砂箱工作臺對砂箱進行30?60s的三維振動，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:對砂箱進行抽真空，當真空度為-0.05?-0.06MPa時澆入溫度為1650?1660°C的基體金屬液，澆注后在澆口杯上加蓋紙板，并開啟砂箱工作臺的水平二維振動，維持砂箱的真空度以及砂箱工作臺水平二維振動至基體金屬液凝固并冷卻，得到陶瓷-金屬復合襯板鑄件。
[0008]所述的熱處理工藝過程為:將所制作的陶瓷-金屬復合襯板鑄件放入爐中，以50?60°C/小時的升溫速度將陶瓷-金屬復合襯板鑄件加熱到630?650°C，保溫6?8小時，再加熱到1040?1050°C，保溫6小時，隨爐冷卻至500°C，打開爐門冷卻至280?300°C;再關閉爐門，繼續(xù)以60?80°C/小時的升溫速度將陶瓷-金屬復合襯板鑄件加熱到850?860°C，保溫6小時，出爐霧冷至室溫，然后再將陶瓷-金屬復合襯板鑄件加熱到550?570°C，保溫4小時后，空冷至室溫，得到陶瓷-金屬復合襯板成品。
[0009]進一步的，制作所述陶瓷漿料的方法為:按照質量分數(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%的酚醛樹脂混勻，即制備成陶瓷漿料。
[0010]進一步的，所述步驟(2)中烤房的溫度為45?50°C。
[0011]進一步的，在維持砂箱的真空度以及砂箱工作臺水平二維振動的過程中，觀察澆口中金屬液的下降情況并及時進行補澆。
[0012]進一步的，制作模型的過程中，在涂刷陶瓷漿料之前，在基體模型的上表面預開多個燕尾槽。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，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粉體細化陶瓷層的晶粒，提高陶瓷層與金屬基體的結合強度。
[0014]2、本發(fā)明利用消失模負壓鑄造將陶瓷預壓層和金屬基體冶金結合，在襯板工作表面形成3~4mm的陶瓷復合層，制造陶瓷-金屬復合襯板，使復合襯板既具有良好韌性、高屈服強度和高耐磨性。
[0015]3、在澆注金屬液后，維持砂箱的真空度以及砂箱工作臺的水平二維振動，可以有利于襯板鑄件的排氣和補縮，不僅可以提高襯板鑄件的致密度，同時可以防止金屬液的反噴和飛濺。
[0016]4、本發(fā)明在造型時，將襯板模型直立放置，有利于襯板鑄件的排氣和補縮。
[0017]5、本發(fā)明在制作陶瓷復合層之前，在基體模型上表面開設多個燕尾槽，這樣在完成陶瓷復合層制作后，陶瓷復合層就通過牢牢的嵌在燕尾槽中，提高陶瓷復合層與基體模型之間的結合強度，在后續(xù)造型、澆注的過程中，將襯板模型直立后，陶瓷復合層也不會松動、脫落。
[0018]6、利用本發(fā)明的鑄造方法制作的大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板的波谷厚度大于140mm，重達1.5噸以上，復合襯板成品中陶瓷復合層硬度達到HBW600以上，金屬層硬度大于HRC40，沖擊韌性2 40J/cm2，屈服強度大于1 lOOMPa，復合襯板抗沖擊、抗流變和耐磨損。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明所鑄造的大型半自磨機用陶瓷-金屬復合襯板的結構示意圖。
[0020]圖2是襯板模型上澆注系統(tǒng)的結構示意圖。
[0021 ]圖3是制作襯板模型的示意圖。
[0022]圖4是對各個實施例中所制作的陶瓷-金屬復合襯板進行性能測試所得的