专利名称：：双液双金属复合铸造颚板方法
技术领域：
：本发明涉及一种双液双金属复合铸造腭板的方法，特别是用熔融的高铬铸铁和铸钢复合铸造腭板的方法。腭板是腭式破碎机上的一个易磨损零件。(见图1)。工作时要求腭板有很好的耐磨性和抗冲击韧性，满足安全、可靠的使用要求，又便于和破碎机上的相关部件连接。目前腭板大多采用单一的高锰钢材质制造，高锰钢的加工硬化能力必须在强烈冲击的工况条件下才能得到充分发挥，其表面硬度可以从初始的HB180～220增加到HB450～550，但腭式破碎机上的腭板不具有强烈冲击的工况条件，因此用单一高锰钢材质制造的腭板其表面硬度提高不多，耐磨性得不到充分发挥，使用寿命短。以破碎抗压强度为16533N/cm2的石料为例，用单一高锰钢材质制造的腭板使用3天左右就需要调头，使用7天左右就要更换新的腭板。停机更换腭板的次数一多，既降低了生产效率，又造成了钢材的浪费，从而增加了生产成本。因此迫切需要一种耐磨性高、抗冲击韧性好的腭板。已作的研究表明，用单一的金属材料制造的腭板难以同时满足上述要求。国内已有关于双金属复合铸造耐磨零件工艺的报导。如“双金属复合材料的研究”(第四届全国金属耐磨材料学术会议论文集第172～174页，上海电力学院、宋琳生);“白口铸铁、铸钢双金属复合铸造材料及工艺的研究”(《铸造》第3～6页、1988年11月，朴东学沈阳铸造研究所;平献忠山东临沂特钢厂);“双金属复合冲击板的研制”(《铸造》第15～17页，1988年第4期，王从余江西省机械科学研究所;宋功达江西省精密铸造厂)“双金属复合浇注球磨机衬板工艺方法”(中国专利，申请号881047761)。双金属复合铸件的特点是用高硬度的金属材质作耐磨工作层，用高韧性的金属材质作衬垫层，用铸造的生产方式将两种金属形成牢固的冶金结合，从而铸造出耐磨性好，抗冲击韧性高的双金属复合材料或零件。提高腭板耐磨工作层耐磨性的材质因素是选用高硬度的金属材料;提高腭板抗冲击韧性的材质因素是选用具有高韧性的金属材料，提高腭板抗冲击韧性的构造因素是衬垫层的厚度要大于耐磨工作层的厚度;提高腭板耐磨性的铸造方法因素是铸造过程中两种金属不能冲混，冲混会降低高硬度金属材料的纯度，从而降低耐磨工作层的耐磨性能，耐磨工作层中不夹杂质和气孔可以使耐磨工作层微观结构致密，铸造出的腭板齿条宏观外形应规正;提高腭板抗冲击韧性的铸造方法因素是两种金属的结合必须牢固，两种金属的结合面不能产生冷隔分层现象。已知技术中已明确采用高硬度的高铬铸铁作腭板的耐磨工作层材料，用抗冲击韧性好的铸钢作腭板的衬垫层材料;腭板宏观的形状和构造也已确定;这样进一步提高腭板耐磨性和抗冲击韧性的关键是提供合适的铸造方法，以保证高铬铸铁和铸钢材质的纯度;保证耐磨工作层的致密度和齿条宏观外形的完整性;保证两种金属能紧密地接合在一起，两种金属的结合面处不产生冷隔和分层现象。已知技术的铸造方法的缺点和不足是①为了防止先浇入的铸钢表面因高温产生氧化而降低两种金属的结合强度，必须在浇铸钢的同时浇入SIV保护剂;为了解决耐磨工作层的补缩不足问题，提出在铸型型腔中加内、外冷铁或设明冒口的措施，因此整个工艺比较复杂。②工艺中没有铸钢基本凝固完毕以后的直接测试手段，两种液态金属浇注的间隔时间不易控制。③采用先浇铸钢、后浇高铬铸铁的工艺使熔融金属中的气体和杂质都上浮于高铬铸铁材质的耐磨工作面上，造成耐磨工作层组织不致密产生夹渣、缩松现象，从而降低耐磨工作层的耐磨性能。④在铸型型腔中加内、外冷铁或设明冒口的措施不适用于铸造腭板齿条，铸件凝固时产生的补缩不足会造成齿条外形不规整，产生由于宏观外形上的缺陷而降低了耐磨工作层的性能。⑤ZG25铸钢的固相线为1490℃左右，液相线为1525℃左右，而高铬铸铁的固相线为1200℃左右，液相线为1300℃左右，高铬铸铁的液相线比ZG25铸钢的液相线低225℃左右。为了保证两种金属牢固结合，充分发挥铸钢的抗冲击韧性，必须使先浇注已基本凝固的铸钢表面均匀熔化成一层薄钢层，这就需要大大地提高高铬铸铁的浇注温度，从而增加了能源消耗和高铬铸铁中合金元素的烧损。此外，已知技术中也没有专门的“双液双金属复合铸造铸造腭板的工艺方法”。本发明的目的是要提供一种工艺简单、用高铬铸铁和铸钢复合铸造腭板的方法。用这种方法可以铸造出耐磨性高、抗冲击韧性好的腭板。本发明的任务是以如下方式完成的用高铬铸铁和铸钢复合铸造腭板的方法，其特点在于铸型中使腭板的齿条面朝下、肋板面朝上设置，根据腭板的规格和设计要求定量供给浇注温度为1330～1380℃(光学高温计示值)熔融的高铬铸铁，并由铸型一端的浇注系统浇入铸型，浇入铸型的高铬铸铁在铸型中冷却2～8分钟后，再由铸型另一端的浇注系统浇入浇注温度为1460～1520℃(光学高温计示值)熔融的铸钢，铸件冷却后经落砂清理即获得双金属复合铸造的腭板。本发明复合铸造腭板的方法可在高铬铸铁铁水浇入铸型中冷却2～4分钟后，再浇入铸钢。本发明的方法只要在铸型中先定量浇入一定浇注温度的高铬铸铁铁水，铁水在铸型中冷却2～8分钟后再在铸型中浇入一定温度的铸钢钢水，冷却后即可得到双金属复合铸造的腭板，因此工艺特别简单。两种金属浇注的间隔时间明确、容易掌握，而且2～8分钟的时间间隔可以使操作人员有充分的作业时间。后浇的铸钢浇注温度比先浇的高铬铸铁的熔化温度要高出200℃左右，因此不需要再增加铸钢的浇注温度，从而在不增加能耗的情况下完全可以使已基本凝固的高铬铸铁表面均匀熔化成一层薄铁层，使两种金属可以紧密地结合在一起。本发明的创造性表现在先浇高铬铸铁，后浇铸钢，和已知技术先浇铸钢后浇高铬铸铁的程序正好相反。本发明的优点在于先浇高铬铸铁后浇铸钢，因此两种熔融金属中的杂质和气泡都上浮到铸钢表层，由高铬铸铁材质构成的耐磨工作层组织就比较致密，耐磨工作层上的齿条宏观外形规整，两种金属的结合牢固。经对用本发明方法铸造的腭板试件所作的观察腭板上齿条的外形规整;两种金属的结合面处宏观观察连接均匀，无夹渣、缩孔、缩松、分层现象，金相显微分析(见图6)也表明结合面连接处均匀、致密，达到了良好的冶金接合，两种熔融金属中的杂质和气泡虽然上浮到铸钢表层(即腭板的肋板上)，但铸钢只作衬垫层，因此铸钢表层所含的杂质和气孔对整个腭板的使用并无多大影响。用本发明方法铸造的高铬铸铁、铸钢材质的腭板在250×400的腭式破碎机上进行试验，并用相同规格高锰钢材质的腭板作对照组，对抗压强度为16533N/cm2的石子进行破碎。所得出的结论是双金属复合铸造的腭板完全适应破碎的工作条件，在直径为250mm、长度为350～400mm的大石料落下时，照样能够顺利地破碎。高锰钢材质腭板3天调头，7天就要更换，而双金属复合铸造的腭板24～26天调头，48～52天更换，使用寿命明显提高，大幅度地减少了停机装换次数，提高了破碎机的运转率。下表是高锰钢材质腭板和高铬铸铁，铸钢材质腭板关于轧石时间、轧石量、腭板残重和相对失重的比较表。</tables>从上述表中可以看出，重量基本上相同的两种腭板，本发明方法铸造的腭板的轧石时间比高锰钢材质的腭板增加了290多小时;轧石量增加5倍多;相对失重降低5倍多。用本发明方法铸造的腭板残体磨损表面光亮，划痕比高锰钢材质的腭板明显缩小而且划痕浅，证明用本发明方法铸造的腭板具有很好的耐磨性，破碎机上使用这种腭板可以降低碎石成本、节约钢材。在52天的试验期间里，没有发现腭板的双金属结合面上和腭板的肋板上有任何裂缝，因此用本方法铸造的腭板具有很好的抗冲击韧性。以下将结合实施例及其附图对本发明的方法作进一步详细描述。图1是腭板的立体图。图2是腭板的主视图。图3是图2中沿A-A线的剖视图。图4是铸型内腔平面图。图5是铸型的纵剖视图。图6是高铬铸铁、铸钢及其结合层的金相组织显微照片。参阅图1～图3，腭板的耐磨工作层包括齿条1、腭板的衬垫层包括肋板2、腭板衬垫层的左右两侧有凸缘3，上下两端中间有燕尾槽4，凸缘3和燕尾槽4便于腭板与破碎机有关部件相连接。耐磨工作层中齿条1的齿根到两种金属结合面的距离是齿高的2/5～3/5。腭板的抗冲击韧性随铸钢衬垫层的厚度增加而改善。高铬铸铁材质，其成分符合GB8263-87标准，W0＝2.2～2.8%;Wcr＝13～18%;WMo＝0.5～2.5%;WCu＝0～1.2%;WMn＝0.5～1.0%;WSi≤1%;Wp≤0.1%;WS≤0.06%。腭板的衬垫层采用ZG230～450铸钢其成分符合GB5676-85标准，W0＝0.3%;WSi＝0.5%;WMn＝0.9%;WS＝0.04%;Wp＝0.04%。熔炼在两只150公斤中频感应炉中同时进行，一只熔炼高铬铸铁，一只熔炼ZG230～450铸钢。炉料采用铬铁、钼铁、少量铜、生铁及废钢。高铬铸铁的出炉温度为1400～1450℃，浇注温度为1330～1380℃。ZG230～450铸钢出炉温度为1530～1580℃，浇注温度为1460～1520℃。参阅图4、图5铸型中腭板的齿条面朝下、肋板面朝上设置浇注时先由铸型一端的浇注系统5浇入1330～1380℃熔融的高铬铸铁，待其冷却2～8分钟，最好是2～4分钟(用秒表计时)后再由铸型另一端的浇注系统6浇入1460～1520℃熔融的ZG230～450铸钢。两种金属液浇注的间隔时间由实验获得，上述温度均为光学高温计的示值。待铸件基本冷却后，可进行落砂清理工作，获得双金属复合铸造的腭板。单一的高铬铸铁其抗冲击韧性αk＝5～7J/cm2，高铬铸铁和铸钢铸成双金属复合铸件后，其抗冲击韧性可以显著提高，变化情况如下表参阅图6，图下部为典型的高铬铸铁组织，图上部为典型的ZG230～450铸钢组织，中间黑色带状为高铬铸铁和铸钢的结合带，其宽度达55～80μ。成分介于高铬铸铁和铸钢之间。金相显微照片表明两种材质连接均匀致密，无夹杂、缩松等缺陷，达到了良好的冶金结合。权利要求1.一种使用液态高铬铸铁和铸钢复合铸造腭板的方法，其特征在于铸型中使腭板的齿条(1)面朝下、肋板(2)面朝上设置，根据腭板的规格和设计要求定量供给浇注温度为1330～1380°c(光学高温计示值)熔融的高铬铸铁、并由铸型一端的浇注系统(5)浇入铸型，浇入铸型的高铬铸铁在铸型中冷却2～8分钟后再由铸型另一端的浇注系统(6)浇入浇注温度为1460～1520°c(光学高温计示值)熔融的铸钢，铸件冷却后经落砂清理，即获得双金属复合铸造的腭板。2.根据权利要求1所述的复合铸造腭板的方法，其特征在于高铬铸铁铁水浇入铸型中冷却2～4分钟后，再浇入铸钢。全文摘要本发明提供了一种使用液态高铬铸铁和铸钢复合铸造颚板的工艺方法。用这种方法可以方便、可靠地铸造出耐磨性高、抗冲击韧性好的颚板，其主要特征是在铸型中使颚板的齿条面朝下、肋板面朝上设置，根据颚板的规格和设计要求先在铸型中定量浇入1330～1380℃熔融的高铬铸铁，高铬铸铁在铸型中冷却2～8分钟后再浇入1460～1520℃熔融的铸钢铸件冷却后经落砂清理，即获得双金属复合铸造的颚板。文档编号B22D19/16GK1064633SQ9110145公开日1992年9月23日申请日期1991年3月7日优先权日1991年3月7日发明者胡祖尧,管平,马青圃,张垓,高业麟申请人:余杭县南山不锈钢铸造厂,浙江机械工业学校