一种双金属耐磨衬板及其制备方法与流程

本发明涉及一种双金属耐磨衬板及其制备方法，属于金属材料铸造技术领域。

背景技术：

在球磨机机械设备领域中，我国水泥、冶金、矿山等行业使用的球磨机直径不断增大，衬板所收到的冲击作用也不断增大，衬板是用于保护球磨机筒体免受研磨体和物料直接冲击和摩擦的易损件，所以要求衬板具有良好的耐磨性，又具有高的强度和韧性。目前，我国大型球磨机使用的衬板多为高猛钢、合金铸铁、低合金钢等，单一的材质很难满足较宽应力范围工况的要求。因此，双金属复合铸造的工艺方法主要利用不同金属进行不同部位的铸造，以利于充分发挥不同金属各自的优异性能，从而让衬板具有良好的耐磨性，又具有高的强度和韧性。目前国内使用双合金复合衬板，选用两种材料的合金成分含量相差较大，浇铸过程中复合层的组织应力差异较大，界面结合力不稳定，且在浇铸过程中由于金属液张力的作用易造成在使用过程中沿界面处开裂。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明复合面采用T字型结构设计，使得复合层在界面处结合更加紧密不易分离，且耐磨层主要选用中碳低合金硅锰钢，基体层选用普通低合金碳钢，减少合金含量差异，两种合金收缩比接近，使两种合金结合具有良好的紧密性，同时兼备高的强度和良好的耐磨性。

本发明的目的在于提供一种双金属耐磨衬板，包括基体层、耐磨层，基体层和耐磨层紧密贴合，耐磨层上设有2个以上T型凸起，T型凸起镶嵌在基体层内部，T型凸起和耐磨层的高度比为1:1.2~1:2，耐磨层与基体层的高度比为1:1~1:3，T型凸起的宽度与衬板的宽度比为1:8~1:15。

优选的，所述耐磨层和T型凸起为中碳低合金硅锰钢，其组分按重量百分比为：C：0.3~0.4%, Si：1.6~1.8%，Mn：2.8~3.0%，P≤0.03 %，S≤0.03 %，Fe及不可避免的杂质。

优选的，所述基体层为低合金碳钢。

本发明的另一目的是提供所述双金属耐磨衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）配料及熔炼：根据耐磨层、基体层、T型凸起的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；

（2）分层浇铸成型：先将耐磨层金属液浇入带有T型的砂型，铸造成表面带有T型凸起结构的耐磨层铸件，浇铸温度为1480~1550℃，待耐磨层空冷至室温，进行表面清砂和打磨，再将加工成型后的带T型凸起的耐磨层固定在下浇铸箱作为铸型，然后将耐磨层预热至200℃~300℃，保温20~40分钟，将基体层金属液浇入作为铸型的带T型凸起的耐磨层上形成基体层，浇铸温度为1485~1520℃，浇铸结束后表层覆砂保温，待基体层空冷至室温，开箱得到双金属耐磨衬板铸坯；

（3）将步骤（2）得到的双金属耐磨衬板铸坯进行去应力退火，退火温度为450~600℃，保温2~3h，然后空冷至室温；

（4）将步骤（3）退火后的双金属耐磨衬板铸坯加热至880~920℃，保温2~4h后直接进行盐浴等温淬火处理，选用50%亚硝酸钾+50%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，等温淬火盐浴温度为320~340℃，盐浴时间为2~3h，取出空冷至室温，经打磨加工后得到双金属耐磨衬板。

本发明的有益效果

（1）本发明的复合层T型凸起结构设计使基体层和耐磨层的复合面积增大，界面结合更加紧密不易分离，实现更加稳固的冶金结合，且显微硬度和抗拉强度较普通平面复合更高，衬板耐磨层硬度为54~58HRC，冲击韧性13~15J/cm²，基体层硬度为38~42HRC，冲击韧性19~21J/cm²。

（2）本专利所采用的分层浇铸工艺简单，无需考虑上下铸层温度梯度，流动性和基体混合程度的问题。

（3）本发明生成工艺简单，生成成本低，产品具有耐磨性高、韧性好的特点。普通筒体高锰钢衬板不间断使用时长在4~5月，此种双金属耐磨衬板不间断使用时长在6~7月。

附图说明

图1 本发明双金属耐磨衬板浇铸T型凸起结构耐磨层的结构示意图；

图2 本发明双金属耐磨衬板的结构示意图；

图3 本发明双金属耐磨衬板的剖视图；

图中：1-带有T型凸起结构的耐磨层，2-基体层，3-浇铸系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本实施例所述双金属耐磨衬板，如图1、2、3所示，长×宽×高为1600×650×300mm，耐磨层高度为75mm，基体层高度为225mm，T型凸起结构高度为37.5mm，T型凸起设有三个，T型凸起结构最宽部分的宽度为43.5mm，基体层与耐磨层材料的组分及重量百分比如表1所示，耐磨层中剩余部分为铁及不可避免杂质。

表1

本实施例所述双金属耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）配料及熔炼：根据耐磨层、基体层、T型凸起的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；

（2）分层浇铸成型：先将耐磨层金属液通过浇道浇入带有T型的砂型，铸造成表面带有T型凸起结构的耐磨层铸件，浇铸温度1480℃，待耐磨层空冷至室温，进行表面清砂和打磨，再将加工成型后的带T型凸起的耐磨层固定在下浇铸箱作为铸型，然后将耐磨层进行预热，预热至温度为300℃，保温40分钟，再将基体层金属液浇入作为铸型的带T型凸起的耐磨层上形成基体层，浇铸温度为1485℃，浇铸结束后表层覆砂保温，待基体层空冷至室温，开箱获得双金属耐磨衬板铸坯；

（3）将步骤（2）得到的双金属耐磨衬板铸坯进行去应力退火，退火温度为450℃，并保温3h，然后空冷至室温；

（4）将步骤（3）退火后的双金属耐磨衬板铸坯加热至880℃，保温2h后直接进行盐浴等温淬火处理，选用50%亚硝酸钾+50%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，等温淬火盐浴温度为320℃，盐浴时间为3小时，取出空冷至室温，经打磨加工后得到双金属耐磨衬板。

本实施例制备得到的双金属耐磨衬板，耐磨层硬度为54HRC，冲击韧性为13J/cm²；基体层硬度为38HRC，冲击韧性为19J/cm²。该双金属耐磨衬板与普通筒体高锰钢衬板在同样的使用条件下不间断使用，本实施例制备得到的双金属耐磨衬板可以使用6个月，而普通筒体高锰钢衬板只能使用4个月。

实施例2

本实施例所述双金属耐磨衬板，长×宽×高为1600×650×300mm，耐磨层高度为150mm，基体层高度为150mm，T型凸起结构高度为93.7mm，T型凸起设有2个，T型凸起结构横向最宽部分的宽度为54.2mm，基体层与耐磨层材料的组分及重量百分比如表2所示，耐磨层中剩余部分为铁及不可避免杂质。

表2

本实施例所述工字结构双金属耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）配料及熔炼：根据耐磨层、基体层、T型凸起的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；

（2）分层浇铸成型：先将耐磨层金属液通过浇道浇入带有T型的砂型，铸造成表面带有T型凸起结构的耐磨层铸件，浇铸温度1490℃，待耐磨层空冷至室温，进行表面清砂和打磨，再将加工成型后的带T型凸起的耐磨层固定在下浇铸箱作为铸型，然后将耐磨层进行预热，预热至温度为250℃，保温20分钟，再将基体层金属液浇入作为铸型的带T型凸起的耐磨层上形成基体层，浇铸温度为1510℃，浇铸结束后表层覆砂保温，待基体层空冷至室温，开箱获双金属耐磨衬板铸坯；

（3）将步骤（2）得到的双金属耐磨衬板铸坯进行去应力退火，退火温度为600℃，并保温2h，然后空冷至室温；

（4）将步骤（3）退火后的双金属耐磨衬板铸坯加热至900℃，保温3h后直接进行盐浴等温淬火处理，选用50%亚硝酸钾+50%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，等温淬火盐浴温度为330℃，盐浴时间为2.5小时，取出空冷至室温，经打磨加工后得到双金属耐磨衬板。

本实施例制备得到的双金属耐磨衬板，耐磨层硬度为57HRC，冲击韧性为15J/cm²；基体层硬度为40HRC，冲击韧性为20J/cm²。该双金属耐磨衬板与普通筒体高锰钢衬板在同样的使用条件下不间断使用，本实施例制备得到的双金属耐磨衬板可以使用7个月，而普通筒体高锰钢衬板只能使用5个月。

实施例3

本实施例所述双金属耐磨衬板，长×宽×高为1600×650×300mm，耐磨层高度为125mm，基体层高度为175mm，T型凸起结构高度为104.2mm，T型凸起设有三个，T型凸起结构横向最宽部分的宽度为81.25mm，基体层与耐磨层材料的组分及重量百分比如表3所示，耐磨层中剩余部分为铁及不可避免杂质。

表3

本实施例所述工字结构双金属耐磨衬板的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）配料及熔炼：根据耐磨层、基体层、T型凸起的成分进行配料，利用中频感应电炉分别熔炼；

（2）分层浇铸成型：先将耐磨层金属液通过浇道浇入带有T型的砂型，铸造成表面带有T型凸起结构的耐磨层铸件，浇铸温度1550℃，待耐磨层空冷至室温，进行表面清砂和打磨，再将加工成型后的带T型凸起的耐磨层固定在下浇铸箱作为铸型，然后将耐磨层进行预热，预热至温度为200℃，保温30分钟，再将基体层金属液浇入作为铸型的带T型凸起的耐磨层上形成基体层，浇铸温度1520℃，浇铸结束后表层覆砂保温，待基体层空冷至室温，开箱获得双金属耐磨衬板铸坯；

（3）将步骤（2）得到的双金属耐磨衬板铸坯进行去应力退火，退火温度为500℃，并保温2.5h，然后空冷至室温；

（4）将步骤（3）退火后的双金属耐磨衬板铸坯加热至920℃，保温4h后直接进行盐浴等温淬火处理，选用50%亚硝酸钾+50%硝酸钠混合盐作为等温淬火介质，等温淬火盐浴温度为340℃，盐浴时间为2小时，取出空冷至室温，经打磨加工后得到双金属耐磨衬板。

本实施例制备得到的工字结构双金属耐磨衬板，耐磨层硬度为58HRC，冲击韧性为14J/cm²；基体层硬度为42HRC，冲击韧性为21J/cm²。该双金属耐磨衬板与普通筒体高锰钢衬板在同样的使用条件下不间断使用，本实施例制备得到的双金属耐磨衬板可以使用7个月，而普通筒体高锰钢衬板只能使用5个月。