专利名称：一种混凝土搅拌复合叶片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料领域，具体涉及一种混凝土搅拌复合叶片及其制备方法。
背景技术：
混凝土搅拌器是泵车、拖泵等混凝土输送设备的主要部件。混凝土搅拌器由传动 轴和安装在所述传动轴上混凝土搅拌叶片组成，工作时，混凝土搅拌叶片在传动轴的带动 下搅动混凝土砂浆，混凝土砂浆一般由水泥和硬质沙砾组成。在搅拌的过程中，混凝土砂浆 会对混凝土搅拌叶片造成比较严重的磨损，混凝土搅拌叶片的使用寿命是影响混凝土输送 设备整体品质的主要因素之一。为了提高混凝土搅拌叶片的使用寿命，现有技术中已经公开了多种提高混凝土搅 拌叶片耐磨性能的技术方案。请参见图1，为现有技术中使用的混凝土搅拌叶片的示意图， 所述混凝土搅拌叶片包括叶片基体21和耐磨部24。混凝土搅拌叶片固定在安装板22上， 在叶片上还设置有加强筋23，其中，叶片基体21、安装板22和加强筋23的材质均为结构 钢，具有良好的强韧性。基体21表面的耐磨部24采用堆焊的方法焊接形成，耐磨部材质一 般为高铬抗磨材料。虽然采用堆焊的方法在搅拌叶片基体上设置耐磨部可以提高搅拌叶片 的耐磨性能，但耐磨部的厚度由于工艺的原因受到很大的限制，如果做的过厚，容易产生裂 纹和剥落，且制造成本高。除上述采用堆焊的方法在混凝土搅拌叶片基体上制备耐磨部以外，也有人直接采 用高铬抗磨铸铁制造混凝土搅拌叶片，但是这种叶片也有比较严重的缺点，原因在于高铬 抗磨铸铁虽然具有优良的耐磨性能，但是抗冲击性能极差，当受到砾石与砂浆的冲击时，很 容易断裂。此外，中国专利文献CN200620113956还公开了一种镶嵌硬质合金块的耐磨叶 片，即通过在叶片本体的外边缘上嵌装至少一个硬质合金块，硬质合金块的顶部凸出于叶 片本体的边缘，虽然硬质合金块具有优良的耐磨性能，但是叶片本体两侧和边缘容易却受 到混凝土砂浆的强力冲击，因此也容易导致磨损失效，从而不能从根本上提高混凝土搅拌 叶片的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种混凝土搅拌复合叶片的制备方法，与现有技术 相比，本方法可以在保证混凝土搅拌复合叶片良好强度的条件下，提高混凝土搅拌复合叶 片的耐磨性能。为了解决以上技术问题，本发明提供一种混凝土搅拌复合叶片，包括由第一材料制备的混凝土搅拌复合叶片骨架部、包裹在所述混凝土搅拌复合叶片 骨架部外的由第二材料制成混凝土搅拌复合叶片耐磨部；所述第一材料的屈服强度彡235MPa，伸长率彡12% ；所述第二材料的硬度 彡 50HRC。优选的，所述第一材料为碳钢、低合金钢或不锈钢。
优选的，所述第二材料为合金铸铁、耐磨铸钢、工具钢或高速钢。优选的，所述骨架部具有多个间隔孔，所述耐磨部的一部分填充在所述多个间隔 孔内。优选的，所述骨架部的表面与所述混凝土搅拌复合叶片的表面之间的距离至少大 于 4mm。本发明提供一种混凝土搅拌复合叶片的制备方法，包括a)提供混凝土搅拌复合叶片骨架部，所述混凝土搅拌复合叶片骨架由第一材料制 成；b)将所述混凝土搅拌复合叶片骨架放置在铸型内，浇注第二材料成形得到混凝土 搅拌复合叶片；所述第一材料的屈服强度> 235MPa，伸长率> 12% ；所述第二材料的硬度 彡 50HRC。优选的，所述第一材料为碳钢、低合金钢或不锈钢，所述第二材料为合金铸铁、耐 磨铸钢、工具钢或高速钢。优选的，所述骨架部具有多个间隔孔，所述耐磨部的一部分填充在所述多个间隔 孔内。优选的，所述骨架部的表面与所述混凝土搅拌复合叶片的表面之间的距离至少大 于 4mm。优选的，所述步骤b)之前还包括预热所述混凝土搅拌复合叶片骨架部。本发明的混凝土搅拌复合叶片中，由强度高的第一材料制成骨架部作为结构部 件，耐磨部由耐磨性高的第二材料制成，这样可以在保证复合叶片具有较好强度的条件下， 提高复合叶片的耐磨性能。本发明提供了一种混凝土搅拌复合叶片的制备方法，本发明先提供由第一材料制 备的混凝土搅拌复合叶片骨架，然后将该骨架放置在铸型内，在所述骨架上浇注硬度高于 第一材料的第二材料成形得到混凝土搅拌复合叶片。与现有技术相比，本发明制备的混凝 土搅拌复合叶片由第一材料作为结构部件，然后由硬度高于第一材料的第二材料作为搅拌 叶片外部的耐磨材料，因此可以在保证混凝土叶片具有良好强度的条件下，提高混凝土搅 拌复合叶片的耐磨性能。
图1为现有技术制备的混凝土搅拌复合叶片的结构示意图；图2为本发明提供的混凝土搅拌复合叶片的结构示意图。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。请参见图2，为本发明提供的混凝土搅拌复合叶片的示意图，所述混凝土搅拌复合 叶片包括由第一材料制备的混凝土搅拌复合叶片骨架部31a和浇注在所述骨架上的第二材料成形得到的耐磨部31b。。按照本发明，骨架部作为结构部件，制成骨架部的第一材料优选具有较好强韧性 的材料，其屈服强度彡235MPa，伸长率彡12%，优选的，屈服强度彡345MPa，第一材料的具 体例子如碳钢、低合金钢或不锈钢等，但不限于此，碳钢可以为本领域技术人员熟知的低碳 钢、中碳钢和高碳钢等。按照本发明，制备所述搅拌叶片骨架部的第一材料的低合金钢的典型成分以重 量百分比计包括0. 35% 0. 45%的C、0. 17% 0. 37 %的Si、0. 50 % 0. 80 %的Mn、 0. 80% 1. 10%的Cr、彡0. 04%的S、彡0. 04%的P，余量为Fe ；本发明所述低合金钢不限 于以上成分。对于所述低合金钢的屈服强度，优选不小于345MPa，但不限于此；对于所述低 合金钢的抗拉强度，优选不小于625MPa，但不限于此；对于所述低合金钢的伸长率，优选不 小于18%，但不限于此。按照本发明，制备所述搅拌叶片骨架部的第一材料的具体例子也可以为碳素钢， 典型成分以重量百分比计包括0. 42% 0. 55%的C、0. 20 0. 45%的Si、0. 50 0. 80% 的Mn、彡0. 04%的S、彡0. 04%的P，余量为Fe ；本发明所述碳素铸钢不限于以上成分。对于 所述碳素钢的屈服强度，优选不小于310MPa，但不限于此；对于所述碳素钢的抗拉强度，优 选不小于570MPa，但不限于此；对于所述碳素钢的伸长率，优选不小于15%，但不限于此。本发明所述的第一材料并不限于上述例子中所提到的低合金钢或碳素钢，只要能 够满足屈服强度> 235MPa，伸长率> 12%的要求均可以作为制备骨架部的第一材料。按照本发明，所述混凝土搅拌复合叶片耐磨部的作用是保证混凝土搅拌复合叶片 的耐磨性能，制成耐磨部的第二材料优选为具有较好耐磨性的材料，其硬度> 50HRC，更优 选3 60HRC，具体例子可以为合金铸铁、耐磨铸钢、工具钢或高速钢等，但不限于此。按照本发明，制备所述混凝土搅拌复合叶片的耐磨部的第二材料的抗磨铸铁的典 型成分以重量百分比计包括2 % 3 %的C、彡1. 2 %的Si、彡2 %的Mn、彡0. 06 %的P、 彡 0. 06% 的 S、23% -30% 的 Cr、彡 3.0% 的 Mo、彡 2.0% 的 Cu、彡 2. 5% 的 Ni，余量为 Fe ； 本发明所述抗磨铸铁不限于以上成分。对于所述抗磨铸铁的冲击功优选> 5J，硬度优选 彡58HRC，更优选彡60HRC。按照本发明，制备所述混凝土搅拌复合叶片的耐磨部的第二材料的高速钢的典 型成分以重量百分比计包括0. 97% 1. 05%的C、0. 2% 0. 55%的Si、0. 15% 0. 4% 的 Mn,8. 2%~ 9. 2% 的 Μο、3· 5%~ 4. 0% 的 CrU. 75% 2. 25% 的 VU. 4%~ 2. 的 W、 ^ 0. 03%的S、< 0. 03%的P，余量为Fe ；本发明所述高速钢不限于以上成分。对于所述高 速钢的硬度优选> 62HRC，更优选> 65HRC。本发明所述的第二材料并不限于上述例子中所提到的抗磨铸铁或高速钢，只要能 够满足硬度> 50HRC的要求均可以作为制备耐磨部的第二材料。本发明提供的混凝土搅拌复合叶片的制备方法的一种实施方式包括a)提供混凝土搅拌复合叶片骨架部，所述混凝土搅拌复合叶片骨架部由第一材料 制成；b)将所述混凝土搅拌复合叶片骨架放置在铸型内，浇注第二材料成形得到混凝土 搅拌复合叶片；所述第一材料的屈服强度> 235MPa，伸长率> 12% ；所述第二材料的硬度 彡 50HRC。
所述混凝土搅拌复合叶片骨架部的作用是作为混凝土搅拌复合叶片的结构部件。 如图2所示，为本发明提供的复合叶片的一种实施方式的示意图，在本实施方式中，所述混 凝土搅拌复合叶片骨架部包括多根交叉设置的支撑梁301a，在所述多根支撑梁之间有间隔 孔301b，间隔孔的形状可以为圆形、三角形、扁圆形、四边形或边数大于4的多边形。按照本发明，根据本领域技术人员的理解，所述骨架部并不限于以上一种形式，只 有在骨架部上能够有多个间隔孔即可，这样浇注第二材料时，第二材料将骨架部包裹在第 二材料内，第二材料的一部分填充在所述间隔孔内，形成以第一材料为骨架以第二材料为 复合材料的一种复合搅拌叶片。本发明中，骨架部的表面与叶片的表面之间的距离优选为 3mm 10mm，更优选为4mm，骨架部的表面与叶片的表面之间的距离表示耐磨层的厚度，当 耐磨层的厚度越大时，有利于提高复合搅拌叶片的磨损寿命，但是耐磨层的厚度过大时，会 整体降低复合搅拌叶片的使用性能。按照本发明，对于所述骨架部的成形方法，本发明并无特别限制，可以使用本领域 技术人员熟知的铸造成形、锻压成形、冲压成形的方法成形，或者使用多根支撑梁焊接成形 等一步成形的方式，或者先制造一个骨架部形状的板材，然后在所述板材上通过冲压成形、 钻孔成形或车加工成形的方式加工出间隔孔。优选的，铸造成形得到骨架部，对于铸造方 法，可以使用本领域技术人员熟知的消失模铸造、熔模铸造、砂模铸造成形的方法。采用铸造成形制备复合搅拌叶片时，先按照目标成分熔炼得到合金液，对于熔炼 方法，本发明并无特别限制，可以使用本领域技术人员熟知的中频炼钢炉进行熔炼，然后浇 注得到骨架部。铸造混凝土搅拌复合叶片骨架部后，采用本领域技术人员熟知的抛丸处理 工艺进行表面处理。铸造复合叶片时，可以使用本领域技术人员熟知的消失模铸造方法、熔模铸造方 法或砂型铸造方法，对此本发明并无特别的限制。将骨架部抛丸处理后，可以将骨架部先进 行预热，预热温度优选为500°C 800°C，更优选为600°C 700°C，经过预热处理后，骨架部 膨胀，这样在浇注第二材料及冷却成形时，可以减少骨架部和耐磨部的线性变化差异，从而 减少开裂现象的发生。对于预热方法，可以先对骨架部进行预热然后再放入砂型，也可以将 骨架直接放在砂型中进行预热，当在砂型中进行预热时，可以对骨架部进行良好的预热和 保温，并且可以在理想的温度下浇注第二材料，从而进一步减少开裂现象。以砂型铸造为例，说明铸造复合叶片的方法，具体为先将搅拌叶片骨架部放在复 合搅拌叶片的砂型内，进行预热，预热方式可以为中频感应预热。熔炼耐磨部金属时，对于耐磨部金属的熔炼方法，本发明无特别限制，可以采用中 频感应炉熔炼，熔炼后，将钢水浇注在所述骨架表面形成复合的混凝土搅拌复合叶片，然后 对搅拌叶片进行热处理，对于热处理工艺，可以根据本领域技术人员的常识，根据耐磨部的 材质，将耐磨部表面的硬度处理到满足使用要求即可。以下以具体实施例说明本发明的技术效果，但本发明保护范围不受以下实施例的 限制。实施例1制备混凝土搅拌复合叶片骨架部选用低合金钢作为混凝土搅拌复合叶片骨架部材料，其成分以重量百分比计为 0. 37%的 C、0. 35%的 Si、0. 65%的 Μη、0· 9%的 Cr、0. 035%的 S、0. 036%的 P，余量为 Fe。
混凝土搅拌复合叶片骨架部采用熔模精密铸造成形，按照如下工艺步骤制模采用石蜡_硬脂酸模料制造骨架部熔模；制壳面层涂料由水玻璃与石英粉按照1 1. 05的重量比混合而成，面层撒砂为 40目 70目石英砂；加固层涂料由水玻璃石英粉粘土按照1 0. 55 0. 45的重量 比混合而成，加固层撒砂为20目 40目石英砂；型壳硬化采用氯化铵硬化工艺。合金熔炼与浇注按照所述低合金钢成分熔炼合金，出钢温度为1580°C，浇注温 度为 15200C ο表面处理对浇注所得到混凝土搅拌复合叶片骨架部进行抛丸处理。制备混凝土搅拌复合叶片选用抗磨铸铁作为混凝土搅拌复合叶片的耐磨部材料，其成分以重量百分比计 为3. 的 C、l. 2% 的 Si、l. 9% 的 Μη、0. 035% 的 S、0. 036 的 P、2. 2% 的 Mo、1. 5% 的 Cu、 2. 的Ni，余量为Fe ；使用中频感应炉熔炼以上成分的抗磨铸铁合金，混凝土搅拌复合叶片按照如下工 序制备取抛丸处理后的混凝土搅拌复合叶片骨架部，预热到650°C，放置在铸型内，铸型 为CO2水玻璃砂型；然后将熔炼合格的抗磨铸铁合金液浇注在所述叶片骨架部上得到混凝土搅拌复 合叶片；热处理工艺为980°C X3h正火处理。性能测试屈服强度为345MPa、抗拉强度为625MPa、伸长率为18%，表面硬度为58HRC。本发 明在保证混凝土搅拌复合叶片良好强韧性的条件下，使混凝土搅拌复合叶片表面具有很好 的硬度，因此可以提高其耐磨性能。实施例2制备混凝土搅拌复合叶片骨架部选用碳素钢作为混凝土搅拌复合叶片骨架部材料，其成分以重量百分比计为 0. 45%的 C、0. 6%的 Si、0. 9%的 Μη、0· 035%的 S、0. 036 的 P，余量为 Fe。混凝土搅拌复合叶片骨架部采用消失模铸造成形，按照如下工艺步骤预发泡泡塑模材质为可发性聚苯乙烯，原始珠粒预发泡时的蒸汽压力为 0. 4MPa、温度为 102°C、时间为 1. 2min ；泡塑模成形成形时的蒸汽压力为0. 05MPa,时间为140s ；涂料在泡塑模表面涂覆水基铝矾土涂料，涂层厚度为0. 6mm，烘干温度为45°C， 烘干时间为30h ；造型石英砂原砂粒度为20目 40目；合金熔炼及浇注按照所述碳素钢的成分熔炼合金，出钢温度为1590°C，浇注温 度为1550°C，真空度为0. 045MPa ；表面处理对浇注后得到混凝土搅拌复合叶片骨架部进行抛丸处理。制备混凝土搅拌复合叶片选用高速钢作为混凝土搅拌复合叶片的耐磨部材料，其成分以重量百分比计为0. 98% 的 C、0. 30% 的 Si、0. 16 % 的 Mn、8. 5 % 的 Mo、3. 7% 的 Cr、l. 9% 的 V、l. 5 % 的 W、 0. 025%的 S、0. 028%的 P，余量为 Fe。使用中频感应炉熔炼以上成分的高速钢合金。混凝土搅拌复合叶片按照如下工序 制备取抛丸处理后的混凝土搅拌复合叶片骨架部放置在铸型内，采用中频感应加热的 方式，将骨架部预热到680°C，铸型为CO2水玻璃砂型；然后将熔炼合格的高速钢合金液浇注在所述叶片骨架部上得到混凝土搅拌复合 叶片；热处理工艺为淬火1190°C X 2小时，回火560°C Xl小时。性能测试冲击韧度为30. lj/cm2，屈服强度为310MPa、抗拉强度为570MPa、伸长率为15%， 表面硬度为64HRC。本发明在保证混凝土搅拌复合叶片良好强韧性的条件下，使混凝土搅拌 复合叶片表面具有很好的硬度，因此可以提高其耐磨性能。以上对本发明所提供的混凝土搅拌复合叶片及其制备方法进行了详细介绍。本文 中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮 助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不 脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入 本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种混凝土搅拌复合叶片，其特征在于，包括由第一材料制备的混凝土搅拌复合叶片骨架部、包裹在所述混凝土搅拌复合叶片骨架 部外的由第二材料制成混凝土搅拌复合叶片耐磨部；所述第一材料的屈服强度≥235MPa，伸长率≥12% ；所述第二材料的硬度≥50HRC。
2.根据权利要求1所述的混凝土搅拌复合叶片，其特征在于，所述第一材料为碳钢、低 合金钢或不锈钢。
3.根据权利要求2所述的混凝土搅拌复合叶片，其特征在于，所述第二材料为合金铸 铁、耐磨铸钢、工具钢或高速钢。
4.根据权利要求1至3任一项所述的混凝土搅拌复合叶片，其特征在于，所述骨架部具 有多个间隔孔，所述耐磨部的一部分填充在所述多个间隔孔内。
5.根据权利要求4所述的混凝土搅拌复合叶片，其特征在于，所述骨架部的表面与所 述混凝土搅拌复合叶片的表面之间的距离至少大于4mm。
6.一种混凝土搅拌复合叶片的制备方法，其特征在于，包括a)提供混凝土搅拌复合叶片骨架部，所述混凝土搅拌复合叶片骨架由第一材料制成；b)将所述混凝土搅拌复合叶片骨架放置在铸型内，浇注第二材料成形得到混凝土搅 拌复合叶片；所述第一材料的屈服强度≥ 235MPa，伸长率≥ 12% ；所述第二材料的硬度 ≥ 50HRC。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一材料为碳钢、低合金钢或不 锈钢，所述第二材料为合金铸铁、耐磨铸钢、工具钢或高速钢。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述骨架部具有多个间隔孔，所 述耐磨部的一部分填充在所述多个间隔孔内。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述骨架部的表面与所述混凝土搅 拌复合叶片的表面之间的距离至少大于4mm。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)之前还包括预热所述混凝土搅拌复合叶片骨架部。
全文摘要
本发明提供一种混凝土搅拌复合叶片，包括由第一材料制备的混凝土搅拌复合叶片骨架部、包裹在所述混凝土搅拌复合叶片骨架部外的由第二材料制成混凝土搅拌复合叶片耐磨部；所述第一材料的屈服强度≥235MPa，伸长率≥12％；所述第二材料的硬度≥50HRC。本发明提供的复合叶片中，由强度高的第一材料制成骨架部，由耐磨性高的第二材料制成耐磨部，这样可以在保证复合叶片具有较好强度的条件下，提高复合叶片的耐磨性能。
文档编号B28C5/00GK102001135SQ201010508609
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者刘三勇, 朱文旭, 江强, 谭震 申请人:三一重工股份有限公司