专利名称：一种复合破碎壁与复合轧臼壁的制备方法
技术领域：
本发明涉及一般破碎、研磨、粉碎领域的机械设备，特别涉及一种用于 圆锥破碎机中的复合破碎壁与复合轧臼壁的制备方法。
背景技术：
圆锥破碎机是广泛应用于煤炭、冶金、矿山、建材、耐火材料、能源等 工业行业中的中碎和细碎破碎设备。圆锥破碎机的主要磨损件是动锥破碎壁 与静锥体轧臼壁衬体。在圆锥破碎机工作状况下，两衬体同时承受磨损、冲 击、挤压、剪切以及高频循环应力作用，其衬体性能好坏直接影响到原材料 的磨制效率和质量，以及设备的使用寿命。目前，圆锥破碎机中使用的破碎 壁和轧臼壁耐磨衬体主要存在以下问题
第一，破碎壁与轧臼壁较多的采用了单一金属材料制成，如高锰钢 ZGMnl3和多元低合金钢等材料，而复合材质主要有粉末合金复合材料、硬 质合金堆焊复合材料。各种材料的特征为
1) 高锰钢只有在高负荷高冲击应力下，实现奥氏体向马氏体转变而发 生加工硬化，才能充分发挥其耐磨性。在破碎壁与轧臼壁之间的破碎腔中， 磨料冲击强度较小，加工硬化效果不显著，所以单一高锰钢材质的衬体难以 达到理想耐磨效果；
2) 多元低合金钢的宏观硬度在HRC40左右，硬度低，不能抵抗硬质磨 料的压入和划动，在工作过程中，衬体表面产生大量切削磨损和塑变低周疲 劳磨损；
3) 粉末冶金方法制备复合材料的研究尚不成熟，该方法制备的复合材 料，其合金成分在基体中难以分布均匀、可控性差，且由于添加了表面活性剂，使得材料组织中出现大量气孔等缺陷；
4)采取堆悍方法将制备的硬质合金颗粒复合耐磨衬体，难以保证硬质 合金颗粒在金属基体的均匀分布，可控性差，且熔融金属在高温下产生大量 氧化物，这些氧化物杂质并停留在金属基体中，从而影响了复合材料的耐磨 性和韧性。
第二，由于使用了耐磨性和韧性都较差的衬体，破碎壁与轧臼壁衬体工 作面磨损严重，工作过程中常处在达不到设计要求的工况下，造成圆锥破碎 机破碎性能差，破碎产品的形状和粒度不均匀，能耗大，运行费用高等缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种复 合破碎壁与复合轧臼壁的制备方法，该方法制备的复合破碎壁与复合轧臼壁 具有高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和高抗压强度等特点，极大的提高了破 碎壁和轧臼壁的使用性能，与其它材料制备的同类型产品相比，使用寿命可 提高5-10倍。
为了实现上述任务，本发明的技术解决方案是这样实现的 一种复合破碎壁与复合轧臼壁的制备方法，其特征在于，该方法制备的
复合破碎壁与复合轧臼壁有复合耐磨层，该复合耐磨层由高硬度柱状硬质点
和高韧性基体金属复合而成，具体包括下列步骤
步骤一，用合金粉芯丝材按照破碎壁与轧臼壁衬体形状编织成合金粉芯
丝材骨架，并通过绑扎或焊接方式固定在破碎壁外壁的凹槽和轧臼壁内壁的
凹槽中，合金粉芯丝材骨架的实际体积占破碎壁与轧臼壁衬体复合材料总体
积的20% 80%;
步骤二，按照铸造工艺要求制作破碎壁与轧臼壁衬体砂型，并将破碎壁
与轧臼壁衬体置入砂型的型腔中；
步骤三，用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体 金属液中进行短程扩散，形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状
硬质相；
步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质 相与基体金属冶金过渡结合融为一体，在破碎壁和轧臼壁凹槽中形成复合内 衬，取出铸件，清砂处理，制成复合破碎壁与复合轧臼壁。
采用本发明的方法制备的柱状硬质相复合破碎壁与复合轧臼壁具有以 下技术效果-
1、 由于采用合金粉芯丝材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温 作用下，合金粉芯丝材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生 冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，縮短了 结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶 粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在 基体金属中的宏观上呈柱状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金结合， 界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，实现耐磨性与韧性有机统
一，可有效地避免疲劳磨损，且复合耐磨层抗拉性能和抗压性能良好。本法 制备的耐磨复合破碎壁与复合轧臼壁的综合性能优良，具有高耐磨性、高韧 性、高抗拉强度和高抗压强度等特点，显著优于高锰钢、多元低合金钢、粉 末合金复合材料和硬质合金堆焊复合材料制备的复合破碎壁与复合轧臼壁。
2、 合金粉末可根据要求进行配比，成分可调，以适应各种工况要求。
3、 由于合金粉芯丝材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺 陷，内部组织性能优良，明显优于一般的堆焊方法制备耐磨复合材料的组织 结构。
4、 柱状硬质相为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织 致密且无明显缺陷，避免了表层为堆悍复合材料的衬体在工作过程中出现开裂和脱落现象。
5、 可根据使用工况，柱状硬质相在基体中的比例可调，并分布均匀。
6、 对于严酷的工况条件，可调整柱/带状硬质点的直径或形状大小以及 分布形式，将合金粉芯丝材尺寸从亳米级向微米级调整，可使复合材料性能 获得大幅提高；
7、 本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于 大规模生产。
8、 本发明制备的耐磨复合破碎壁与复合轧臼壁具有高耐磨性、高韧性 等优点，可在广泛应用于煤炭、冶金、矿山、建材、耐火材料、能源等工业 行业中的中碎和细碎破碎设备中。
图l为合金粉芯丝材的结构示意图2为丝材三维骨架编织体的结构示意图3是本发明的破碎壁剖面结构示意图4是本发明的轧臼壁剖面结构示意图5是本发明产品安装后的剖面结构示意图6是本发明的耐磨衬体复合材料的结构示意图7是本发明的制备流程图。
下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式
参见附图，按照本发明的技术方案，首先制备一定直径和合金粉末配比 的合金粉芯丝材l (图l)。按所要制备破碎壁与轧臼壁衬体形状，将合金 芯丝材1编织成合金芯丝材骨架2，并通过绑扎或焊接的方法将合金芯丝材 骨架2进行固定在破碎壁外壁3的凹槽和轧臼壁内壁4的凹槽中。按照铸造工
艺要求制作破碎壁与轧臼壁衬体砂型，利用挤压铸造或砂型铸造的方法，将冶炼熔化的基体金属液或铸铁液浇入砂型型腔中，高温基体金属液对合金粉
芯丝材骨架2进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉芯丝材骨架2中合金粉 的金属元素在金属液中进行短程扩散，在基体金属6中原位形成分布均匀的 高硬度柱状硬质相7，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状 合金硬质相7与基体金属6冶金过渡结合融为一体，在破碎壁和轧臼壁凹槽中 形成复合内衬，取出铸件，清砂处理，制成复合破碎壁与复合轧臼壁。
合金粉芯丝材截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围①2mm cD10mm，方形截面边长范围2-lOmm，长方形截面尺寸由丝材压制成相应带材 截面形状决定)，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0.1 lmm;芯部装有粒 度为50 300目的合金粉末。
合金粉芯丝材芯部的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加钼铁 粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。
合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛 粉末中的一种或几种构成。
基体金属6是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的 铸钢或铸铁中的一种。
以下是发明人给出的一个具体实施例，但本发明并不限于该实施例。 实施例制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的原生柱状硬质相复合破碎壁和 复合轧臼壁
1、 将合金粉包裹于低碳钢管皮中，形成合金粉芯丝材1，直径为3mm; 合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100 150目；
2、 将合金粉芯丝材1按照破碎壁与轧臼壁衬体形状编织成三维合金粉 芯丝材骨架2;通过绑扎和焊接方式固定在破碎壁外壁3的凹槽和轧臼壁内 壁4的凹槽中；合金粉芯丝材骨架2的实际体积占破碎壁与轧臼壁衬体复合 材料总体积的20% 80%;3、 按照铸造工艺要求制作破碎壁与轧臼壁衬体砂型，并将破碎壁与轧
臼壁衬体置入砂型的型腔中；
4、 通过挤压或砂型铸造的方法(本实施例采用砂型铸造)，将A3钢作 为基体金属4，用中频炉冶炼熔化，达到160(TC出炉，浇铸于砂型的型腔中， 高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架2进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合 金元素在基体金属液中进行短程扩散，形成分布均匀的高硬度柱状硬质相
7;
5、 浇铸完毕后以室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状 合金硬质相7与基体金属6冶金过渡结合融为一体，在破碎壁和轧臼壁凹槽 中形成复合内衬，取出铸件，清砂处理，然后进行必要的机加工，从而获得 满足尺寸精度要求的复合破碎壁和复合轧臼壁。
按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化 硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。
通过上述实施例可以明显看到，按照不同的需求，基体金属4可以选择灰 口铸铁或球墨铸铁；合金粉末的粒度选择范围为50目 300目之间，均可以制 备合格的复合破碎壁和复合轧臼壁。
当然，本发明的方法还可以选择挤压铸造的方法来实现。
权利要求
1、一种复合破碎壁与复合轧臼壁的制备方法，其特征在于，该方法制备的复合破碎壁与复合轧臼壁有复合耐磨层，该复合耐磨层由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，具体包括下列步骤步骤一，用合金粉芯丝材按照破碎壁与轧臼壁衬体形状编织成合金粉芯丝材骨架，并通过绑扎或焊接方式固定在破碎壁外壁的凹槽和轧臼壁内壁的凹槽中，合金粉芯丝材骨架的实际体积占破碎壁与轧臼壁衬体复合材料总体积的20％～80％；步骤二，按照铸造工艺要求制作破碎壁与轧臼壁衬体砂型，并将破碎壁与轧臼壁衬体置入砂型的型腔中；步骤三，用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，在破碎壁和轧臼壁凹槽中形成复合内衬，取出铸件，清砂处理，制成复合破碎壁与复合轧臼壁。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯丝/带材截 面为圆形或方形或长方形，其中圆形直径范围①2mm-①10mm，方形截面边长 范围2mm-10mm;包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0. lmm l腿，合金粉芯 丝材的芯部灌装有合金粉末，粒度为50目 300目。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为碳化钨、 碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为高碳铬 铁粉，或者是高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。
5、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或 铸铁。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢、低 碳钢或合金钢。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或 球墨铸铁。
全文摘要
本发明公开了一种复合破碎壁与复合轧臼壁的制备方法，制成的复合破碎壁与复合轧臼壁有复合耐磨层，制作方法是将合金粉芯丝材编织成三维骨架结构；将三维丝材骨架分别焊接到破碎壁外壁轧的凹槽和轧臼壁内壁的凹槽中；通过铸造方法，将高温钢液或铸铁液浇入三维丝材骨架中；利用金属液高温，使合金粉芯丝/带材原位反应生成柱状硬质合金相，且使硬质合金相与基体金属相界面实现冶金结合，从而在破碎壁外壁的凹槽和轧臼壁内壁的凹槽中形成一定厚度的复合耐磨层。与其它同类型产品相比，具有高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和高抗压强度等特点，提高了破碎壁和轧臼壁的使用性能和寿命。具有设备投入小、成本低、工艺可控性强、成品率高、等特点。
文档编号B22D19/08GK101412100SQ200810232560
公开日2009年4月22日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者刘文刚, 岑启宏, 彭建洪, 宏 武, 牛立斌, 王永平, 许云华 申请人:西安建筑科技大学