本发明涉及衬板制备，具体为一种高铬合金衬板及其制备方法。
背景技术：
1、衬板是用于保护气缸，避免气缸受研磨体和材料的直接冲击和摩擦，在使用中可以不同形式的衬垫来调整研磨体的运动状态，从而提高研磨体对材料的粉碎效果，有助于提高研磨机的粉碎效率，增加产量和减少金属消耗。当粉碎为主要方法时，要求衬板对研磨体有较强的推动能力，同时，衬板应具有良好的抗冲击性能。作为衬板工作面使用的合金材料高铬合金，具有较好的耐磨性能，但其冲击韧性较差，容易发生断裂现象，严重影响了衬板长期、有效的使用。现有技术方案是采用双金属浇筑的方式，在衬板工作面的底部设置增加碳钢，利用其高韧性、强度来缓解高铬合金给所制衬板带来的脆性影响，缓解衬板的断裂失效现象。但双金属浇筑的方式，易导致双金属层厚薄不均，容易出现冲混等缺陷。因此，我们提出一种高铬合金衬板及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高铬合金衬板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高铬合金衬板的制备方法，包括以下工艺：
3、(1)浇筑：取耐磨颗粒固定在铸型模具的上表面，在铸型模具的中间设置金属隔板，预热铸型模具至200℃；
4、取碳钢、高铬合金分别熔融，依次从铸型模具的双浇冒口进行浇筑，碳钢在铸型模具下方填充后，高铬合金注入铸型模具的上方；
5、(2)热处理：依次进行奥氏体化、等温淬火热处理。
6、进一步的，奥氏体化工艺为：工艺温度920～950℃，保温时间20～80min。
7、进一步的，等温淬火工艺为：工艺温度280～320℃，保温时间60～120min；空冷。
8、进一步的，碳钢的熔炼温度为1580～1620℃，浇筑温度为1480～1520℃；
9、碳钢为35号钢，包括以下质量成分：c:0.32～0.39％，mn:0.50～0.80％，si:0.17～0.37％，p:≤0.035％，s:≤0.035％，ni:≤0.030％，cr:≤0.25％，cu:≤0.25％，余量为fe。
10、进一步的，高铬合金的熔炼温度为1520～1550℃，浇筑温度为1390～1410℃；
11、高铬合金为高铬铸铁，包括以下质量成分：c:3.0～4.0％，cr:19～21％，v:3.0～6.0％，mn:＜1.0％，si:0.5～0.6％，mo:0.10～0.25％，cu:0.5～1.0％，ni:≤0.1％，p:≤0.045％，s:≤0.015％，余量为fe。
12、进一步的，金属隔板为q235a，包括以下质量成分：c:0.14～0.22％，mn:0.30～0.65％，si:≤0.30％，p:≤0.045％，s:≤0.050％，余量为fe；金属隔板的厚度为2～3mm。
13、在上述技术方案中，所制衬板的工作面为掺杂有耐磨颗粒的高铬合金，高铬合金虽具有优良的耐磨性，但其脆性较大，碳化物呈网状分布，包围金属基体，裂纹极易引起脆性相扩展，表现出低韧性特点，严重影响所制衬板的抗磨性，易出现断裂失效。因此在高铬合金的另一侧边设置非工作面，非工作面选择35号碳钢，作为高铬合金的衬底，与金属隔板、高铬合金间有着良好的结合性，能够有效改善所制衬板的韧性和强度，降低高铬合金带来的脆性影响，预防断裂失效。在保证衬板工作面(高铬合金)耐磨性的同时，提高衬板的力学性能和使用寿命，并降低了衬板的材料成本。
14、在浇筑过程中，碳钢与高铬合金的熔融液依次从双浇冒口浇筑至铸型模具的下方和上方，在碳钢的浇筑速率较慢，浇筑完成后再进行高铬合金的浇筑，缓解压差、冲混现象给所制衬板的成分和组织的均匀性造成负面影响。金属隔板在熔融金属液浇筑后发生熔化，复合界面交界处出现较薄的犬牙交错结构，使得三者界面处的冶金结合表现良好。碳钢和高铬合金在凝固均能够出现具有一定厚度的完整层板结构，利于碳钢强韧性和高铬合金耐磨性的有力复合，所制衬板实现其耐磨性和力学性能的改善。在面对高冲击、高磨损的使用条件下，不易发生断裂、破坏等事故，使得衬板整体呈现良好的使用性能。
15、钢铁耐磨材料的单一组织包括马氏体、贝氏体、珠光体和奥氏体，且组织的耐磨性随硬度的增加而提高。奥氏体、贝氏体组织的耐磨性优于珠光体和马氏体。而奥氏体钢，如高锰钢的硬度低，虽能够在高能冲击磨损下发生加工硬化而达到较高的表面硬度和耐磨性能；但冲击强度不足时，其耐磨性能不佳，并不适合衬板的应用环境，因此选择贝氏体作为耐磨组织。在热处理过程中，首先进行奥氏体化，使得高铬合金中出现奥氏体，并在等温淬火后实现贝氏体的转化，随着奥氏体化温度升高，等温淬火后的残余奥氏体量增加，残余奥氏体和贝氏体中的碳含量逐渐减少，铸铁的碳化物的结构类型由网状m3c型转变为孤立的m7c3型，促进碳的均匀化和合金元素的固溶；同时高铬合金的凝固特性表现为糊状凝固，碳化物由斜方晶系转变为六方晶系，显微硬度提高，使得高铬合金的冲击韧性、硬度和耐磨性提高。vc颗粒增加，由于vc颗粒周围的铬浓度比m7c3周围的铬浓度高，使合金基体中的铬浓度相对提高，碳化物尺寸细化，分布更为均匀，从而提高了高铬合金的韧性、耐蚀性和耐磨性。在热处理工艺中，碳钢中的组织结构初始为铁素体，在等温淬火后形成珠光体，使得碳钢中的最终组织出现铁素体、珠光体复相组织，利于碳钢强度、硬度和塑韧性的改善。
16、进一步的，所述耐磨颗粒由内至外依次包括芯层和壳层结构；芯层为氧化铝陶瓷，壳层为稀土掺杂金属铝。
17、进一步的，耐磨颗粒的粒径为3.2～4.0mm，在铸型模具上表面设置的面密度为1.2～2.6g/cm2。
18、进一步的，芯层包括以下质量成分：90～95％氧化铝、5～10％二氧化硅；粒径为2.0～2.7mm，来源于巩义市明鑫防腐耐磨材料有限公司。
19、进一步的，壳层包括以下质量成分：24～28份铝、60～72份四氧化三铁、10～16份二氧化锆、1.0～2.0份氧化铈。
20、上述原料的纯度均为99.99％；其中，四氧化三铁的粒度为800目，来源于天津金汇太亚化学试剂有限公司；
21、二氧化锆的粒径为30nm；来源于天津金汇太亚化学试剂有限公司；
22、氧化铈的粒径为30nm；来源于苏州市森菲达化工有限公司。
23、进一步的，所述耐磨颗粒由以下工艺制得：
24、取铝加热熔融，加入四氧化三铁、二氧化锆、氧化铈混合；再加入氧化铝陶瓷混合，停止加热，搅拌降温至50～80℃。
25、衬板的磨损主要为低应力磨料磨损和冲击磨损。在上述技术方案中，与金属材料相比，耐磨颗粒的芯层氧化铝陶瓷具有高硬度、高耐磨性、质轻、热膨胀系数、热导率低的特征。耐磨颗粒置于铸型模具的上表面，在浇筑完高铬合金的熔融金属液后，在浇筑温度的高温下，由于耐磨颗粒与金属液间的比重差距，使得耐磨颗粒在高铬合金的表面发生铝热反应，能够在耐磨颗粒芯层与金属液之间产生热量，缓解芯层对金属液的激冷作用；同时由于铝热自蔓延反应为剧烈的燃烧反应，带动周围熔融金属液发生流动，促进耐磨颗粒与金属液的接触，提高了耐磨颗粒与高铬合金熔融金属液间的浸润性，避免界面处冷隔、缩孔等缺陷的产生，增强界面结合。另一方面，铝热反应生成的氧化铝和铁，进入高铬合金的熔融金属液中。其中的氧化铝作为第二相能够对高铬合金进行强化，并能够提高高铬合金的耐磨性、耐蚀性。壳层中含有二氧化锆和氧化铈，能够降低材料成本，同时在高铬合金的表面形成高掺杂，提高高铬合金的韧性和改善陶瓷颗粒的抗热震性能。最终生成表面含有氧化铝陶瓷、并具有氧化铝、稀土掺杂的高铬合金复合材料，将其耐磨性和高铬合金的机械性能结合，进一步提高所制衬板的耐磨性、力学性能。
26、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
27、1、本发明的高铬合金衬板及其制备方法，通过在衬板的工作面高铬合金的背面设置35号碳钢作为高铬合金的衬底，能够有效改善所制衬板的韧性和强度，提高衬板的力学性能和使用寿命，并降低了衬板的材料成本。
28、2、本发明的高铬合金衬板及其制备方法，通过在浇筑过程中，碳钢与高铬合金的熔融液依次从浇筑，缓解压差、冲混现象给所制衬板的成分和组织的均匀性造成负面影响；金属隔板在熔融金属液浇筑后发生熔化，三者界面处的冶金结合表现良好，所制衬板实现其耐磨性和力学性能的改善。在面对高冲击、高磨损的使用条件下，不易发生断裂、破坏等事故，使得衬板整体呈现良好的使用性能。
29、3、本发明的高铬合金衬板及其制备方法，通过热处理过程中的奥氏体化，使得高铬合金中出现奥氏体，并在等温淬火后实现贝氏体的转化，铸铁的碳化物的结构类型由网状m3c型转变为孤立的m7c3型，促进碳的均匀化和合金元素的固溶，高铬合金的冲击韧性、硬度和耐磨性提高；vc颗粒增加，提高高铬合金的韧性、耐蚀性和耐磨性。
30、4、本发明的高铬合金衬板及其制备方法，通过耐磨颗粒的设置，在浇筑温度的高温下，耐磨颗粒中的壳层铝热反应，产生热量，缓解耐磨颗粒对金属液的激冷，并带动了周围熔融金属液发生流动，提高耐磨颗粒与高铬合金熔融金属液间的浸润性，减少缺陷，增强界面结合。铝热反应生成的氧化铝进入高铬合金中作为第二相对高铬合金进行强化，并能够提高高铬合金的耐磨性、耐蚀性。