專(zhuān)利名稱(chēng)：一種柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顎式破碎機(jī)設(shè)備中的顎板制備，特別是一種柱狀硬 質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的制備方法。
背景技術(shù)：
顎板作為顎式破碎機(jī)上一個(gè)重要部件，在破碎石料、礦石等物料時(shí)，極 易被磨損破壞，更換頻繁，降低了設(shè)備的工作效率，同時(shí)也造成鋼材料的大 量浪費(fèi)。所以，通常要求顎板具有高耐磨性和高韌性，以及良好的力學(xué)性能， 而且必須保證設(shè)備的安全及可靠性。當(dāng)前，常用的顎板材料幾乎都是單一高 錳鋼材質(zhì)。高錳鋼的加工硬化能力的提高必需在高沖擊條件下才能實(shí)現(xiàn)，而 顎式破碎機(jī)工作條件不具備強(qiáng)烈沖擊條件，所以難以發(fā)揮高錳鋼的硬化特 性。因此，單一高錳鋼材質(zhì)制備的顎板，其耐磨性不高，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重，使 用壽命很短，更換頻繁，降低了設(shè)備生產(chǎn)效率同時(shí)也造成了大量材料浪費(fèi)， 而且通常需要生產(chǎn)單位準(zhǔn)備更多的備件，從而大大增加了生產(chǎn)成本。中國(guó)專(zhuān)
利公開(kāi)了一種"雙液雙金屬?gòu)?fù)合鑄造顎板方法"(申請(qǐng)?zhí)?1101454.3)， 其特點(diǎn)是用高硬度的高鉻鑄鐵材質(zhì)制作耐磨工作層，用高韌性的鑄鋼材質(zhì)作 襯墊層，用鑄造的生產(chǎn)方式將兩種金屬形成牢固的冶金結(jié)合，從而鑄造出復(fù) 合顎板，在模擬試驗(yàn)中，該產(chǎn)品較高錳鋼顎板產(chǎn)品使用壽命有大幅提高。但 是，這種復(fù)合材料其耐磨層只是單一的高鉻合金材料，雖然耐磨性好，但韌 性差。襯墊層鑄鋼材料韌性雖然很高，但是無(wú)法直接改善耐磨工作面的韌性， 可以想象，在工作時(shí)耐磨層容易發(fā)生脆裂，最終導(dǎo)致脫離現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)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，提供一種柱 狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的制備方法，該方法制備的柱狀硬質(zhì)合金相復(fù)合顎板，其耐磨齒條具有超高耐磨性、高韌性、高抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，
襯墊底具有高韌性，而且顎板為整體澆鑄成型，產(chǎn)品質(zhì)量安全可靠，能為相
關(guān)生產(chǎn)單位帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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 一種柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的制備方法，其特征在于，該方法制得的
柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的齒條是由高硬度柱狀硬質(zhì)相和高韌性基體金屬
復(fù)合而成，具體制備包括下列步驟
步驟一，用合金粉芯絲材按照顎板上的齒條形狀編織合金粉芯絲材骨
架，并通過(guò)綁扎或焊接固定于顎板上，合金粉芯絲材骨架的實(shí)際體積占齒條
復(fù)合材料總體積的20% 80%;
步驟二,按照鑄造工藝要求制作顎板砂型，并將顎板置入砂型的型腔中； 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(duì)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(guò)渡結(jié)合融為一體，取出鑄件，清砂處理，制成柱狀硬質(zhì) 相復(fù)合耐磨顎板。
采用本發(fā)明的方法制備的柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板具有以下技術(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(guò)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(guān)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，且耐磨復(fù)合材料抗拉性能和抗壓性能良好。本法制備的柱狀硬質(zhì)合金相 復(fù)合顎板其綜合性能優(yōu)良，具有超高耐磨性、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、高鉻合金等材料制備的顎板或復(fù)合顎板。
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。
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(wú)明顯缺陷，避免了復(fù)合材料的硬質(zhì)相在磨損過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂和脫落 現(xiàn)象。
5、 根據(jù)使用工況，可調(diào)節(jié)柱狀硬質(zhì)相在基體中的比例和分布形式。
6、 對(duì)于惡劣工況條件，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毫米級(jí)向微米級(jí)調(diào)整，并提高合金粉目數(shù)， 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)明制備的柱狀硬質(zhì)合金相復(fù)合顎板產(chǎn)品具有超高耐磨性、高韌 性、高抗拉強(qiáng)度和高抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，能為本品使用單位帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效
、/-


圖l為合金粉芯絲結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為三維骨架編織體的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明制備柱狀硬質(zhì)合金相復(fù)合顎板產(chǎn)品的澆鑄工藝示意圖； 圖4是本發(fā)明制備的柱狀硬質(zhì)合金相復(fù)合顎板產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖5為圖4中的A—A剖視圖； 圖6是本發(fā)明制備的復(fù)合材料的金相組織圖。
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，制備一定直徑和合金粉末配比的合 金粉芯絲材l (圖l)。按所要制備的顎板齒條形狀、大小，將合金芯絲材 1編織成齒條形狀骨架結(jié)構(gòu)，并通過(guò)綁扎和焊接的方法將骨架固定于顎板
上。合金粉芯絲材骨架的實(shí)際體積占齒條復(fù)合材料總體積的20% 80%;
按照鑄造工藝要求制作顎板砂型，并將顎板置入砂型的型腔中，用擠壓 鑄造或砂型鑄造的方法，將冶煉熔化的基體金屬高溫鋼液或鑄鐵液澆入砂型 型腔中，高溫基體金屬液對(duì)合金粉芯絲材骨架進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至溶 解，齒條形狀骨架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 屬中原位形成分布均勻且與基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的高硬度柱狀硬質(zhì)相，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(guò) 渡結(jié)合融為一體，取出鑄件，清砂處理，從而形成以高韌性高強(qiáng)度基體金屬 鋼為基體、內(nèi)含一定數(shù)量和分布均勻的高耐磨硬質(zhì)相，以及基體金屬與硬質(zhì) 相的界面達(dá)到冶金結(jié)合的耐磨復(fù)合顎板。
合金粉芯絲材截面可為圓形或方形或長(zhǎng)方形(圓截面直徑范圍①2 mm ①10mm，方形截面邊長(zhǎng)范圍2-10ram，長(zhǎng)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O. 1 lmm;芯部為粒度 為50 300目的合金粉末。
上述合金粉芯絲材l芯部裝入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。
上述技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。
上述基體金屬是高錳鋼、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)明人給出的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。 實(shí)施例制備高鉻合金為硬質(zhì)相、A3鋼為基體的柱狀硬質(zhì)合金相復(fù)合顎板1、 將合金粉包裹于低碳鋼管皮中，形成合金粉芯絲材l，直徑為3mm; 合金粉末為高碳鉻鐵粉，粒度100 150目；將合金粉芯絲材1按照顎板上
的齒條形狀編織成一定厚度的三維結(jié)構(gòu)的合金絲材骨架2;通過(guò)綁扎和焊接
方式將三維結(jié)構(gòu)的合金絲材骨架2固定，合金粉芯絲材骨架的實(shí)際體積占齒 條復(fù)合材料總體積的20% 80%;
2、 按照鑄造工藝要求制作顎板砂型3，并將三維結(jié)構(gòu)的合金絲材骨架2 放入砂型3中待澆鑄；
3、 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，從 澆道8澆入顎板砂型3中，基體金屬4鋼液的高溫，對(duì)三維結(jié)構(gòu)絲材骨架2 的合金粉芯絲材1進(jìn)行加熱、燒結(jié)、溶滲甚至溶解，合金粉金屬元素在鋼液 中進(jìn)行擴(kuò)散，在基體金屬4中原位形成分布均勻且實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的高硬度柱 狀硬質(zhì)相5，從而形成以高韌性高強(qiáng)度的A3鋼為基體、內(nèi)含一定數(shù)量、相 分布均勻且相界面達(dá)到冶金結(jié)合的復(fù)合顎板齒條6，而襯墊底7是與齒條在 整體澆鑄過(guò)程中成型的。
4、 澆鑄完畢后室溫冷卻，待鑄件冷卻至一定溫度后取出，從而獲得最 終顎板產(chǎn)品。
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(guò)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 備合格的柱狀硬質(zhì)合金相復(fù)合顎板。
當(dāng)然，本發(fā)明的方法還可以選擇擠壓鑄造的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的制備方法，其特征在于，該方法制得的柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的齒條是由高硬度柱狀硬質(zhì)相和高韌性基體金屬?gòu)?fù)合而成，具體制備包括下列步驟步驟一，用合金粉芯絲材按照顎板上的齒條形狀編織合金粉芯絲材骨架，并通過(guò)綁扎或焊接固定于顎板上，合金粉芯絲材骨架的實(shí)際體積占齒條復(fù)合材料總體積的20％～80％；步驟二，按照鑄造工藝要求制作顎板砂型，并將顎板置入砂型的型腔中；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(duì)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(guò)渡結(jié)合融為一體，取出鑄件，清砂處理，制成柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板。
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(zhǎng)方形，其中圓形直徑范圍①2mra-cD10mm，方形截面邊長(zhǎng) 范圍2mm-10mm;長(zhǎng)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. lmm lmm，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(kāi)了一種柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的制備方法，該方法制得的柱狀硬質(zhì)相復(fù)合耐磨顎板的齒條是由高硬度柱狀硬質(zhì)相和高韌性基體金屬?gòu)?fù)合而成，用合金粉芯絲材按照顎板上的齒條形狀編織合金粉芯絲材骨架，并通過(guò)綁扎或焊接固定于顎板上，通過(guò)鑄造方法，利用經(jīng)熔煉的基體金屬液的高溫使合金粉芯絲材在基體中原位反應(yīng)生成柱狀硬質(zhì)相，并使硬質(zhì)相與基體界面處實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，從而在顎板齒條上形成高耐磨高韌性的復(fù)合材料。本發(fā)明制備的復(fù)合顎板具有高耐磨性、高韌性、高抗拉強(qiáng)度和高抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，具有投入小、成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各式顎式破碎機(jī)上。
文檔編號(hào)B22D19/08GK101412101SQ20081023256
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 彭建洪, 宏 武, 許云華 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)