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高铬板锤铸造工艺
作者:湘冶701 文章来源:http://www.173051.com 点击数: 更新时间:2017-9-28 17:36:06

 

反击式破碎机板锤以3040 m/s的高度撞击破碎矿石,磨损大,冲击力大,必须具有较高的耐磨性和抗冲击能力。现高铬铸铁已经成为板锤主流材质。湖南省国藩工矿机械有限公司在实际操作中,综合各家之长,形成了一套较为实用的铸造工艺。

一、相关元素含量。

板锤成分设计化学成分(%: C2.63.0;Cr2528;Mo0.61.0;Ni0.41.0;Cu0.61.0;Si0.41.0;Mn0.51.0;S、P≤0.05。

1、碳。碳是影响材料机械性能的关键元素之一。材料的硬度随着碳含量的增加而显著上升,冲击韧性则较大幅度降低。随着碳量的提高,高铬铸铁中碳化物数量增多,硬度增加,耐磨性增加但韧性下降。为获得较高的硬度并保证足够的韧性,碳含量2.63.0%。

2、铬。铬是高铬铸铁中主要的合金元素,随着铬量的增加,碳化物类型发生变化,碳化物形式由MC3M7C3、M23C6过渡。在碳化物中M7C3硬度最高,显微硬度可达到HV13001800。随着铬固溶在基体中数量的增加,残余奥氏体量增加,硬度下降。为保证较高的耐磨性,控制Cr/C=810,可获得数量较多的断网状M7C3型共晶碳化物;同时为获得较高的韧性,综合考虑,铬含量2527%。

3、钼。钼在高铬铸铁中一部分溶入基体,提高淬透性;一部分形成MoC碳化物,提高显微硬度。钼与锰、镍、铜联合使用,对于厚壁件来说淬透性效果会更好。由于板锤较厚,钼铁价格较贵,钼含量0.61.0%。

4、镍和铜。镍和铜是固溶强化基体的主要元素,提高铬铸铁的淬透性和韧性。二者均是非碳化物形成元素,全部溶入奥氏体,稳定奥氏体。加入量大时,残余奥氏体量增加,硬度降低?悸堑缴杀竞屯诎率咸逯腥芙舛扔邢,镍含量控制在0.41.0%,铜含量0.61.0%。

5、硅、锰。硅、锰在高铬铸铁中是常规元素,其主要作用是脱氧脱硫。硅降低淬透性但提高Ms点;同时硅阻碍碳化物形成,有利于促进石墨化和铁素体的形成,含量过高,基体硬度下降厉害,因此将硅含量0.4-1.0%。锰扩大高铬铸铁奥氏体相区,固溶在奥氏体中,提高淬透性,降低马氏体转变温度。锰含量增加,残余奥氏体量增加,硬度降低,影响耐磨性,故锰含量0.51.0%。

6 其它。S、P为有害元素,在生产中一般控制在0.05%以下。RE、V、Ti等作为复合变质剂和复合孕育剂加入,细化晶粒,净化晶界,提高冲击韧性。

 

二、铸造工艺。

1、造型工艺。线收缩率取2.42.8%,浇注系统截面比例按ΣF:ΣF:ΣF = 1:0.75:1.1进行设计。生产过程中,易出现表面凹陷和弯曲变形,采取加大冒口的办法也不能消除。故浇注方式一般分二种:一是水平造型倾斜浇注,同时用发热保温冒口和直接外冷铁,工艺出品率控制在7075%采用水平造型倾斜浇注的造型工艺,浇注打磨后的板锤表面没有凹陷和弯曲变形,变形量≤2mm。二是采用将造型竖立的方式,将冒口设在板锤的一端的方式浇注。浇注时麻烦些,但产品质量更有保证。

水平造型倾斜浇注的具体操作为:砂型水平制作合箱后,将砂型的一端抬起形成一定倾斜角度(角度一般根据铸件的外形尺寸、重量、结构特点而定,倾斜角度一般控制在820°),铁水从浇口引入,先进入型腔内的铁水到达最低处,受外冷铁的激冷作用首先凝固,后引入的铁水对先引入的铁水产生重压力,直到冒口浇注满铁水时达到最大值,冒口最后凝固,实现顺序凝固。

2、熔炼与变质孕育工艺。

采用石英砂或中性砂炉衬,熔炼前加入石灰石+碎玻璃复合造渣剂,待大部分炉料熔化后扒渣,然后加入硅铁、锰铁脱氧,按1kg/t的量插入铝丝进行终脱氧后出炉浇注,熔炼温度1500-1550℃。

可通过复合变质与孕育处理工艺改善高铬铸铁碳化物形态,减少夹杂、净化铁液、细化晶粒,增强厚大铸件断面组织和性能的一致性。具体操作为:将浇包预热至400-700℃(越高越好),浇注前在浇包内加入一定量的Re-A1-Bi-Mg复合变质剂和V-Ti-Zn复合孕育剂,铁水倒入浇包后抛撒除渣剂(加后再加谷壳,有一定保温作用),使得残余熔渣迅速聚集,进一步净化铁水,同时形成一层保温覆盖膜有利于铸件浇注成型。铁水镇静23分钟后浇注(如果铁水温度较高,延长时间58分钟更好),浇注温度13801420℃。

3、 热处理工艺的确定

在超高铬铸铁高温淬火升温过程中,合金元素在奥氏体中的溶解度随温度的升高而增大。

当淬火温度较低时,由于碳、铬在奥氏体中的溶解度较低,保温时有较多的二次碳化物析出,虽然大部分奥氏体能转变成马氏体,但由于马氏体的含碳量及合金元素含量较低,因而硬度不高。随着淬火温度的提高,奥氏体中的含碳量及合金含量愈高,转变后形成的马氏体愈硬,因而淬火硬度提高。但淬火温度过高时,高温奥氏体的含碳量及合金含量太高,稳定性过高,冷却速度愈快,析出的二次碳化物就愈少,残留奥氏体就愈多,淬火硬度也就愈低。

随着淬火保温时间的增加,超高铬铸铁的宏观硬度先升高后降低。奥氏体化保温时间对超高铬铸铁硬度的影响,实质上是二次碳化物的析出、溶解反应与平衡态的接近程度对高温奥氏体的含碳量及合金含量的影响。铸态超高铬铸铁加热到奥氏体化温度以后,奥氏体中过饱和的碳及合金元素以二次碳化物析出,这是一个扩散过程。保温时间太短时,二次碳化物的析出量太少,奥氏体因含有较多的碳及合金元素,稳定性过高,淬火时马氏体转变不完全,淬火硬度较低。随保温时间的延长,二次碳化物的析出量增加,奥氏体的稳定性下降,淬火时形成的马氏体数量增加,淬火硬度增加。当保温一定时间后,奥氏体中的含碳量及合金含量达到平衡。如继续延长保温时间,奥氏体晶粒变粗,残留奥氏体数量增加,降低淬火硬度。

依据国家标准GB/T 8263-1999《抗磨白口铸铁件》热处理工艺规范研究提出的二次碳化物析出与溶入的淬火温度、回火温度和保温时间,确定板锤最佳热处理工艺为:1020℃(保温34h)高温雾淬,35分钟后空冷,400℃高温回火(保温56h,散开空冷至室温)。淬火回火后基体组织为回火马氏体+共晶碳化物M7C3+二次碳化物+残余奥氏体。

国藩工矿认为,由于板锤较厚较重,为确保热处理过程中铸件不开裂,采用阶梯升温措施,板锤热处理后硬度5862HRC,冲击韧性高达8.5J/cm2。

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