專利名稱：一種復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般破碎、研磨、粉碎領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備，特別涉及一種用于 圓錐破碎機(jī)中的復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的制備方法。
背景技術(shù)：
圓錐破碎機(jī)是廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、建材、耐火材料、能源等 工業(yè)行業(yè)中的中碎和細(xì)碎破碎設(shè)備。圓錐破碎機(jī)的主要磨損件是動(dòng)錐破碎壁 與靜錐體軋臼壁襯體。在圓錐破碎機(jī)工作狀況下，兩襯體同時(shí)承受磨損、沖 擊、擠壓、剪切以及高頻循環(huán)應(yīng)力作用，其襯體性能好壞直接影響到原材料 的磨制效率和質(zhì)量，以及設(shè)備的使用壽命。目前，圓錐破碎機(jī)中使用的破碎 壁和軋臼壁耐磨襯體主要存在以下問題
第一，破碎壁與軋臼壁較多的采用了單一金屬材料制成，如高錳鋼 ZGMnl3和多元低合金鋼等材料，而復(fù)合材質(zhì)主要有粉末合金復(fù)合材料、硬 質(zhì)合金堆焊復(fù)合材料。各種材料的特征為
1) 高錳鋼只有在高負(fù)荷高沖擊應(yīng)力下，實(shí)現(xiàn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變而發(fā) 生加工硬化，才能充分發(fā)揮其耐磨性。在破碎壁與軋臼壁之間的破碎腔中， 磨料沖擊強(qiáng)度較小，加工硬化效果不顯著，所以單一高錳鋼材質(zhì)的襯體難以 達(dá)到理想耐磨效果；
2) 多元低合金鋼的宏觀硬度在HRC40左右，硬度低，不能抵抗硬質(zhì)磨 料的壓入和劃動(dòng)，在工作過程中，襯體表面產(chǎn)生大量切削磨損和塑變低周疲 勞磨損；
3) 粉末冶金方法制備復(fù)合材料的研究尚不成熟，該方法制備的復(fù)合材 料，其合金成分在基體中難以分布均勻、可控性差，且由于添加了表面活性劑，使得材料組織中出現(xiàn)大量氣孔等缺陷；
4)采取堆悍方法將制備的硬質(zhì)合金顆粒復(fù)合耐磨襯體，難以保證硬質(zhì) 合金顆粒在金屬基體的均勻分布，可控性差，且熔融金屬在高溫下產(chǎn)生大量 氧化物，這些氧化物雜質(zhì)并停留在金屬基體中，從而影響了復(fù)合材料的耐磨 性和韌性。
第二，由于使用了耐磨性和韌性都較差的襯體，破碎壁與軋臼壁襯體工 作面磨損嚴(yán)重，工作過程中常處在達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的工況下，造成圓錐破碎 機(jī)破碎性能差，破碎產(chǎn)品的形狀和粒度不均勻，能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種復(fù) 合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的制備方法，該方法制備的復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁 具有高耐磨性、高韌性、高抗拉強(qiáng)度和高抗壓強(qiáng)度等特點(diǎn)，極大的提高了破 碎壁和軋臼壁的使用性能，與其它材料制備的同類型產(chǎn)品相比，使用壽命可 提高5-10倍。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的制備方法，其特征在于，該方法制備的
復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁有復(fù)合耐磨層，該復(fù)合耐磨層由高硬度柱狀硬質(zhì)點(diǎn)
和高韌性基體金屬復(fù)合而成，具體包括下列步驟
步驟一，用合金粉芯絲材按照破碎壁與軋臼壁襯體形狀編織成合金粉芯
絲材骨架，并通過綁扎或焊接方式固定在破碎壁外壁的凹槽和軋臼壁內(nèi)壁的
凹槽中，合金粉芯絲材骨架的實(shí)際體積占破碎壁與軋臼壁襯體復(fù)合材料總體
積的20% 80%;
步驟二，按照鑄造工藝要求制作破碎壁與軋臼壁襯體砂型，并將破碎壁
與軋臼壁襯體置入砂型的型腔中；
步驟三，用冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄于砂型的型腔中，高溫基體金屬液對合金粉芯絲材骨架進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至溶解，合金元素在基體 金屬液中進(jìn)行短程擴(kuò)散，形成分布均勻且與基體金屬冶金結(jié)合的高硬度柱狀
硬質(zhì)相；
步驟四，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質(zhì) 相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，在破碎壁和軋臼壁凹槽中形成復(fù)合內(nèi) 襯，取出鑄件，清砂處理，制成復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁。
采用本發(fā)明的方法制備的柱狀硬質(zhì)相復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁具有以 下技術(shù)效果-
1、 由于采用合金粉芯絲材，內(nèi)部填充合金粉末，在基體金屬液的高溫 作用下，合金粉芯絲材中的合金粉末燒結(jié)、溶解、擴(kuò)散，與基體金屬液發(fā)生 冶金化合反應(yīng)，同時(shí)由于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度，縮短了 結(jié)晶過程，阻礙了合金元素的進(jìn)一步擴(kuò)散，從而使合金元素在原位富集，晶 粒顯著細(xì)化，析出大量彌散的高硬度的硬質(zhì)化合物，凝固后便形成了鑲嵌在 基體金屬中的宏觀上呈柱狀的硬質(zhì)相，并與基體金屬形成良好的冶金結(jié)合， 界面結(jié)合牢固，解決了硬質(zhì)相脫落、碎裂的難題，實(shí)現(xiàn)耐磨性與韌性有機(jī)統(tǒng)
一，可有效地避免疲勞磨損，且復(fù)合耐磨層抗拉性能和抗壓性能良好。本法 制備的耐磨復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的綜合性能優(yōu)良，具有高耐磨性、高韌 性、高抗拉強(qiáng)度和高抗壓強(qiáng)度等特點(diǎn)，顯著優(yōu)于高錳鋼、多元低合金鋼、粉 末合金復(fù)合材料和硬質(zhì)合金堆焊復(fù)合材料制備的復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁。
2、 合金粉末可根據(jù)要求進(jìn)行配比，成分可調(diào)，以適應(yīng)各種工況要求。
3、 由于合金粉芯絲材不含粘結(jié)劑等雜質(zhì)，因此不會(huì)產(chǎn)生夾渣氣孔等缺 陷，內(nèi)部組織性能優(yōu)良，明顯優(yōu)于一般的堆焊方法制備耐磨復(fù)合材料的組織 結(jié)構(gòu)。
4、 柱狀硬質(zhì)相為整體原位反應(yīng)生成，相界面達(dá)到冶金結(jié)合，材料組織 致密且無明顯缺陷，避免了表層為堆悍復(fù)合材料的襯體在工作過程中出現(xiàn)開裂和脫落現(xiàn)象。
5、 可根據(jù)使用工況，柱狀硬質(zhì)相在基體中的比例可調(diào)，并分布均勻。
6、 對于嚴(yán)酷的工況條件，可調(diào)整柱/帶狀硬質(zhì)點(diǎn)的直徑或形狀大小以及 分布形式，將合金粉芯絲材尺寸從亳米級(jí)向微米級(jí)調(diào)整，可使復(fù)合材料性能 獲得大幅提高；
7、 本發(fā)明的復(fù)合成型工藝可控性強(qiáng)、成品率高、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，便于 大規(guī)模生產(chǎn)。
8、 本發(fā)明制備的耐磨復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁具有高耐磨性、高韌性 等優(yōu)點(diǎn)，可在廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、建材、耐火材料、能源等工業(yè) 行業(yè)中的中碎和細(xì)碎破碎設(shè)備中。


圖l為合金粉芯絲材的結(jié)構(gòu)示意圖2為絲材三維骨架編織體的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的破碎壁剖面結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的軋臼壁剖面結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明產(chǎn)品安裝后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明的耐磨襯體復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明的制備流程圖。
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參見附圖，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，首先制備一定直徑和合金粉末配比 的合金粉芯絲材l (圖l)。按所要制備破碎壁與軋臼壁襯體形狀，將合金 芯絲材1編織成合金芯絲材骨架2，并通過綁扎或焊接的方法將合金芯絲材 骨架2進(jìn)行固定在破碎壁外壁3的凹槽和軋臼壁內(nèi)壁4的凹槽中。按照鑄造工
藝要求制作破碎壁與軋臼壁襯體砂型，利用擠壓鑄造或砂型鑄造的方法，將冶煉熔化的基體金屬液或鑄鐵液澆入砂型型腔中，高溫基體金屬液對合金粉
芯絲材骨架2進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至溶解，合金粉芯絲材骨架2中合金粉 的金屬元素在金屬液中進(jìn)行短程擴(kuò)散，在基體金屬6中原位形成分布均勻的 高硬度柱狀硬質(zhì)相7，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀 合金硬質(zhì)相7與基體金屬6冶金過渡結(jié)合融為一體，在破碎壁和軋臼壁凹槽中 形成復(fù)合內(nèi)襯，取出鑄件，清砂處理，制成復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁。
合金粉芯絲材截面可為圓形或方形或長方形(圓截面直徑范圍①2mm cD10mm，方形截面邊長范圍2-lOmm，長方形截面尺寸由絲材壓制成相應(yīng)帶材 截面形狀決定)，包裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0.1 lmm;芯部裝有粒 度為50 300目的合金粉末。
合金粉芯絲材芯部的合金粉末由高碳鉻鐵粉構(gòu)成，根據(jù)需要可添加鉬鐵 粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉等合金粉。
合金粉末也可以由碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅、氮化鈦 粉末中的一種或幾種構(gòu)成。
基體金屬6是高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公知的 鑄鋼或鑄鐵中的一種。
以下是發(fā)明人給出的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于該實(shí)施例。 實(shí)施例制備高鉻合金為硬質(zhì)相、A3鋼為基體的原生柱狀硬質(zhì)相復(fù)合破碎壁和 復(fù)合軋臼壁
1、 將合金粉包裹于低碳鋼管皮中，形成合金粉芯絲材1，直徑為3mm; 合金粉末為高碳鉻鐵粉，粒度100 150目；
2、 將合金粉芯絲材1按照破碎壁與軋臼壁襯體形狀編織成三維合金粉 芯絲材骨架2;通過綁扎和焊接方式固定在破碎壁外壁3的凹槽和軋臼壁內(nèi) 壁4的凹槽中；合金粉芯絲材骨架2的實(shí)際體積占破碎壁與軋臼壁襯體復(fù)合 材料總體積的20% 80%;3、 按照鑄造工藝要求制作破碎壁與軋臼壁襯體砂型，并將破碎壁與軋
臼壁襯體置入砂型的型腔中；
4、 通過擠壓或砂型鑄造的方法(本實(shí)施例采用砂型鑄造)，將A3鋼作 為基體金屬4，用中頻爐冶煉熔化，達(dá)到160(TC出爐，澆鑄于砂型的型腔中， 高溫基體金屬液對合金粉芯絲材骨架2進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至溶解，合 金元素在基體金屬液中進(jìn)行短程擴(kuò)散，形成分布均勻的高硬度柱狀硬質(zhì)相
7;
5、 澆鑄完畢后以室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀 合金硬質(zhì)相7與基體金屬6冶金過渡結(jié)合融為一體，在破碎壁和軋臼壁凹槽 中形成復(fù)合內(nèi)襯，取出鑄件，清砂處理，然后進(jìn)行必要的機(jī)加工，從而獲得 滿足尺寸精度要求的復(fù)合破碎壁和復(fù)合軋臼壁。
按照不同的需求，合金粉末還可以選擇碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化 硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
通過上述實(shí)施例可以明顯看到，按照不同的需求，基體金屬4可以選擇灰 口鑄鐵或球墨鑄鐵；合金粉末的粒度選擇范圍為50目 300目之間，均可以制 備合格的復(fù)合破碎壁和復(fù)合軋臼壁。
當(dāng)然，本發(fā)明的方法還可以選擇擠壓鑄造的方法來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的制備方法，其特征在于，該方法制備的復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁有復(fù)合耐磨層，該復(fù)合耐磨層由高硬度柱狀硬質(zhì)點(diǎn)和高韌性基體金屬復(fù)合而成，具體包括下列步驟步驟一，用合金粉芯絲材按照破碎壁與軋臼壁襯體形狀編織成合金粉芯絲材骨架，并通過綁扎或焊接方式固定在破碎壁外壁的凹槽和軋臼壁內(nèi)壁的凹槽中，合金粉芯絲材骨架的實(shí)際體積占破碎壁與軋臼壁襯體復(fù)合材料總體積的20％～80％；步驟二，按照鑄造工藝要求制作破碎壁與軋臼壁襯體砂型，并將破碎壁與軋臼壁襯體置入砂型的型腔中；步驟三，用冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄于砂型的型腔中，高溫基體金屬液對合金粉芯絲材骨架進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至溶解，合金元素在基體金屬液中進(jìn)行短程擴(kuò)散，形成分布均勻且與基體金屬冶金結(jié)合的高硬度柱狀硬質(zhì)相；步驟四，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質(zhì)相與基體金屬冶金過渡結(jié)合融為一體，在破碎壁和軋臼壁凹槽中形成復(fù)合內(nèi)襯，取出鑄件，清砂處理，制成復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯絲/帶材截 面為圓形或方形或長方形，其中圓形直徑范圍①2mm-①10mm，方形截面邊長 范圍2mm-10mm;包裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0. lmm l腿，合金粉芯 絲材的芯部灌裝有合金粉末，粒度為50目 300目。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為碳化鎢、 碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為高碳鉻 鐵粉，或者是高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基體金屬是鑄鋼或 鑄鐵。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鋼是高錳鋼、低 碳鋼或合金鋼。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鐵是灰口鑄鐵或 球墨鑄鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁的制備方法，制成的復(fù)合破碎壁與復(fù)合軋臼壁有復(fù)合耐磨層，制作方法是將合金粉芯絲材編織成三維骨架結(jié)構(gòu)；將三維絲材骨架分別焊接到破碎壁外壁軋的凹槽和軋臼壁內(nèi)壁的凹槽中；通過鑄造方法，將高溫鋼液或鑄鐵液澆入三維絲材骨架中；利用金屬液高溫，使合金粉芯絲/帶材原位反應(yīng)生成柱狀硬質(zhì)合金相，且使硬質(zhì)合金相與基體金屬相界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，從而在破碎壁外壁的凹槽和軋臼壁內(nèi)壁的凹槽中形成一定厚度的復(fù)合耐磨層。與其它同類型產(chǎn)品相比，具有高耐磨性、高韌性、高抗拉強(qiáng)度和高抗壓強(qiáng)度等特點(diǎn)，提高了破碎壁和軋臼壁的使用性能和壽命。具有設(shè)備投入小、成本低、工藝可控性強(qiáng)、成品率高、等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D19/08GK101412100SQ200810232560
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者劉文剛, 岑啟宏, 彭建洪, 宏 武, 牛立斌, 王永平, 許云華 申請人:西安建筑科技大學(xué)