专利名称：一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法
技术领域：
本发明涉及磨盘的制备，特别涉及一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的 制备方法，该方法制作的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘，由原生柱状硬质相 和高韧性金属基体相两部分组成，具有基体金属的高强度和高韧性，又具有 硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高压和强烈磨损。
背景技术：
磨盘是研磨机上的一种磨具，主要在电力、矿山、水泥、化工、煤炭等 部门的立磨中使用，用于煤炭、矿石、水泥生/熟料等的粉磨。磨盘的耐磨 性和韧性直接影响其使用寿命。当前用于制作磨盘的材料主要为高合金钢和 铸铁等材料高合金钢虽然具有韧性好，但硬度较低，因此抗磨性能差，而
且采用了价格很贵的稀有合金元素，所以产品成本也高；而采用铸铁材料，
虽然耐磨性得到了保证，但究其韧性差的弊病，常在使用过程中发生脆性断 裂，导致生产企业停工停产。虽然也有一些复合材料用于制作磨机磨盘，但 仍未达到良好的使用效果。
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，提供一种原 生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，该方法制备的柱状硬质相复合耐磨 磨盘，通过对合金粉芯进行原位复合生成高耐磨的硬质相，且硬质相与高韧 性基体相界面实现了冶金结合，具有高耐磨性和高韧性，解决了目前行业中 存在的耐磨性和韧性难以调和的技术难题。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案 一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，其特征在于，该方法制得的耐磨磨盘由高硬度柱状合金硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸 复合而成，具体包括下列步骤
步骤一，将合金粉芯丝材编制成近似磨盘形状骨架，并通过绑扎和焊接 的方法进行整体固定，磨盘形状骨架占实际磨盘总体积的50% 80%;
步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨盘铸型；
步骤三，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到磨盘铸型的型腔内；快 速将编制的磨盘形状骨架放入充有高温基体金属钢液的浇铸型腔中，利用高 温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结或溶化， 合金粉芯丝材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短程扩散，在原 位生成高度弥散的高硬度柱状合金硬质相；
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，取出铸件，清砂处理，制得以高韧性 高强度的金属为基体、内含冶金结合的复合耐磨磨盘。
采用本发明的方法制备的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘具有以下优点
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/带状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过 渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与韧性有 机统一，可有效地避免疲劳磨损，且复合材料抗拉性能和抗压性能好。本发 明的方法制备的复合耐磨磨盘的整体性能优良，显著优于合金钢、铸铁和陶 瓷材料制备的磨盘(或复合磨盘)。
2、 合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。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，明显优于一般的粉末冶金方法制备耐磨复合材料的 组织结构。
4、 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。
5、 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，避免了像组合式磨盘在研磨过程中出现的开裂现象和使 用过程中的脱落现象。
6、 根据使用工矿，柱状硬质相在基体中的比例可调，且由于合金粉芯 丝材柔软性好，易于机械化编制成各种形状并分布均匀的丝材骨架；
7、 根据不同的使用要求，可调整柱状硬质相的直径以及分布形式，合 金粉芯丝材直径可从毫米级向微米级调整，获得组织分布更均匀、耐磨性能 更优良的产品；
8、 其使用寿命可比高合金钢、铸铁或陶瓷材料制成的磨盘(或复合磨盘) 寿命提高5-10倍。
图1为合金粉芯丝材结构示意图2是柱状硬质相复合耐磨磨盘制备工艺示意图3经浇铸得到耐磨复合磨盘的示意图4为图3中A的局部放大图5是磨盘耐磨复合材料的金相组织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，制备一定直径和合金粉末配比的合 金粉芯丝材3，以一定尺寸和一定比例的合金芯丝材3编织成近似磨盘形状骨架4，并通过绑扎或焊接的方法将磨盘形状骨架4进行固定。
采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨盘铸型5;
将1600'C高温熔化的基体金属6的钢液浇入磨盘铸型5的型腔中，然 后快速将磨盘形状骨架4插入磨盘铸型5的型腔中，在高温基体金属钢液的 热作用下，合金粉芯丝材3发生熔化、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉芯丝材 3内的大量合金元素与高温基体金属钢液产生冶金化合反应，合金粉金属元 素在基体金属钢液中进行短程扩散，在原位生成分布均匀且实现与高温基体 金属冶金结合的高硬度柱状硬质相8;
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8与基 体金属6冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得以高韧性高强 度的金属为基体、内含冶金结合的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘。
合金粉芯丝材3的直径范围cD2ram 10腿，包裹合金粉末1的低碳钢管 皮2的壁厚为0. lmm lmm;合金粉芯丝材3芯部装的合金粉末1粒度为50 目 300目(图l),也可以将合金粉芯丝材3制成压制带材使用。
上述合金粉芯丝材3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。
上述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。
上述基体金属是高锰钢、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实施例，但本发明并不限于以下实施例。 实施例l:制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的带状复合耐磨轧辊
1、将合金粉1包裹于低碳钢管皮2中，形成合金粉芯丝材3;选用截 面尺寸为03mm的合金粉芯丝材3，合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100目 150目；2、 将合金芯丝材编织成近似磨盘形状骨架4，并通过绑扎或焊接的方
法将骨架进行固定；
3、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨盘铸型5;
4、 选用A3钢作为基体金属6，用中频炉冶炼熔化后，达到160(TC出炉， 将钢液从浇道7浇入磨盘铸型5的型腔内(图2);
5、 将磨盘形状骨架4整体插入磨盘铸型5的型腔中，在高温基体金属 钢液的热作用下，合金粉芯丝材3发生熔化、烧结、溶渗甚至溶解，合金粉 芯丝材3内的大量合金元素与高温基体金属钢液产生冶金化合反应，合金粉 金属元素在基体金属钢液中进行短程扩散，在原位生成分布均匀且实现与高 温基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相8;
然后室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高 铬合金为柱状硬质相8、 A3钢为基体金属6的复合耐磨磨盘(如图3所示， 图3中的A处细部结构特征如图4所示)。
当然，根据实际需要，合金粉末也可以选择高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁 粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。
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。
上述实施例中，按照不同的需求，基体金属3还可以选择灰口铸铁或球 墨铸铁，均能够制成合格的复合耐磨磨盘。
本发明制备的磨盘耐磨复合材料的金相组织图如图5所示，具有基体金 属的高强度和高韧性，又具有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高 压和强烈磨损，其使用寿命接近或超过同类进口产品，而价格仅为进口产品 的1/3-1/2，性价比高，比高合金钢、铸铁或陶瓷材料制成的磨盘(或复合 磨盘)寿命提高5-10倍。可为使用单位带来显著的经济效益。
权利要求
1、一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，其特征在于，该方法制得的耐磨磨盘由高硬度柱状合金硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸复合而成，具体包括下列步骤步骤一，将合金粉芯丝材编制成近似磨盘形状骨架，并通过绑扎和焊接的方法进行整体固定，磨盘形状骨架占实际磨盘总体积的50％～80％；步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨盘铸型；步骤三，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到磨盘铸型的型腔内；快速将编制的磨盘形状骨架放入充有高温基体金属钢液的浇铸型腔中，利用高温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结或溶化，合金粉芯丝材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短程扩散，在原位生成高度弥散的高硬度柱状合金硬质相；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，取出铸件，清砂处理，制得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的复合耐磨磨盘。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯丝材的直 径范围①2mm 10mm，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为0. lmm lmm，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
本发明公开了一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，制得的耐磨磨盘由高硬度柱状合金硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸复合而成，具体方法是将合金粉芯丝材编制成近似磨盘形状骨架，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到磨盘铸型的型腔内；快速将编制的磨盘形状骨架放入充有高温基体金属钢液的浇铸型腔中，利用高温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结或溶化，在原位生成高度弥散的高硬度柱状合金硬质相；室温冷却，制得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘。具有超耐磨性和优良的耐冲击韧性，使用寿命接近或超过同类进口产品。
文档编号B22D19/08GK101412104SQ20081023256
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
发明者付永红, 刘文刚, 岑启宏, 彭建洪, 宏 武, 许云华 申请人:西安建筑科技大学