一種抗磨鑄鐵材料及制備其的方法和其制成的螺旋葉護(hù)板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抗磨鑄鐵材料及制備其的方法和其制成的螺旋葉護(hù)板。一種抗磨鑄鐵材料，由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C2.0～3.3％，Si≤1.2％，Mn≤2.0％，Cr23～30％，Ni0.8～1.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，V0.3～0.5％，Ti0.08～0.12％，余量為Fe。該鑄鐵材料的淬透性、韌性和耐磨性都比較好，其中添加了Ni、V、Ti三種合金元素不僅進(jìn)一步提高了該材料的耐磨性，而且增強(qiáng)了該材料的強(qiáng)度、淬透性和韌性。該材料的制備方法簡(jiǎn)單，操作方便，利于該材料的生產(chǎn)、應(yīng)用及推廣。通過(guò)上述抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板具有良好的沖擊韌性和耐磨性，應(yīng)用在螺旋葉片上使螺旋葉片整體的耐磨性和沖擊韌性明顯提高了，增加了螺旋葉片和螺旋總成的使用壽命，節(jié)約了成本。
【專利說(shuō)明】一種抗磨鑄鐵材料及制備其的方法和其制成的螺旋葉護(hù)板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬材料及制備的方法和應(yīng)用，具體涉及一種抗磨鑄鐵材料及制 備其的方法和其制成的螺旋葉護(hù)板。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)水平不斷的提高，人們對(duì)于抗磨鑄鐵材料的耐磨性、強(qiáng)度、韌性、可塑性 等要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的，耐磨鋼韌性較好，但其耐磨性較差；而高鉻鑄鐵材料（例如：
[0003] KmTBCr26)的耐磨性能優(yōu)異，但由于其單一鉻（Cr)合金化使鑄鐵的淬透性和韌性 不足，在鑄造及熱處理時(shí)裂紋傾向大，使用中也易發(fā)生早期掉塊和裂斷。
[0004] 在選礦領(lǐng)域中，物料的螺旋攪拌和螺旋輸送設(shè)備，特別是螺旋直徑大于1米的設(shè) 備廣泛應(yīng)（例如，選礦超細(xì)磨用塔式磨機(jī)、磨礦用分級(jí)機(jī)、粒狀物料螺旋輸送機(jī)等）。進(jìn)行螺 旋攪拌和螺旋輸送的工況一般比較復(fù)雜惡劣，既有泥沙的沖蝕磨損，同時(shí)又有石塊等大型 塊物體的沖鑿作用，由于螺旋葉片需經(jīng)拉伸焊接等加工（與旋轉(zhuǎn)軸形成螺旋總成），其材質(zhì) 要求一定延伸率和焊接性，而此類材質(zhì)耐磨性都相對(duì)較低，至使螺旋葉片在使用中易磨損 而造成整個(gè)螺旋總成報(bào)廢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種淬透性、韌性和耐磨性均較好的一種抗磨鑄 鐵材料。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種抗磨鑄鐵材料，由以下質(zhì)量百分比的 化學(xué)成分組成：C 2. 0 ?3. 3%，Si 彡 1. 2%，Mn 彡 2. 0%，Cr 23 ?30%，Ni 0· 8 ?1. 2%， P 彡 0· 05%，S 彡 0· 05%，V 0· 3 ?0· 5%，Ti 0· 08 ?0· 12%，余量為 Fe。
[0007] 本發(fā)明一種抗磨鑄鐵材料的有效化學(xué)成分是基于KmTBCr26而設(shè)計(jì)，進(jìn)一步確定 了 Ni的范圍并新加入V、Ti元素，其依據(jù)及限定含量范圍的理由如下：
[0008] 從生產(chǎn)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)采用KmTBCr26生產(chǎn)的高鉻襯板，經(jīng)常發(fā)生熱裂現(xiàn)象，特 別是收縮受阻時(shí)。而當(dāng)鑄件壁太厚或壁厚不勻時(shí)，殘留應(yīng)力會(huì)很大，又極易發(fā)生冷裂，所以 此類白口鑄鐵件在鑄造和熱處理時(shí)裂紋傾向都較大。另外由于KmTBCr26鑄件雖然在滑動(dòng) 接觸的磨料磨損條件下有很高的耐磨性；但由于其韌性差，在高角度沖擊磨損下就會(huì)因應(yīng) 力積累而疲勞剝落，甚至斷裂破碎。例如，我們用此材質(zhì)生產(chǎn)的一種螺旋葉護(hù)板，其外形鑄 造時(shí)會(huì)收縮受阻，而壁相對(duì)較厚且壁厚不勻，所以鑄造和熱處理時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生裂紋缺陷；實(shí)踐 使用中也易發(fā)生早期掉塊和裂斷。
[0009] Ni-方面可以進(jìn)一步提高高鉻白口鑄鐵的淬透性，使其得到更耐磨的馬氏體和 M7C3共晶碳化物組織。更重要的是對(duì)于大截面高鉻白口鑄鐵，鎳（Ni)的加入能有效細(xì)化晶 粒、抑制珠光體形成（珠光體白口鑄鐵熱裂傾向最大），增加其韌性，從而大大降低裂紋傾 向。但鎳也是石墨化元素，并增加殘余奧氏體的數(shù)量，過(guò)多的鎳會(huì)使該材料的耐磨性有所降 低。因此該材料中限定鎳的質(zhì)量百分比為0.8?1.2%。
[0010] 本發(fā)明新加入V、Ti元素，對(duì)KmTBCr26生產(chǎn)的鑄件其淬透性和韌性加以改善，并進(jìn) 一步提高其耐磨性。
[0011] V是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，形成最耐磨的MC型碳化物，VC硬度可達(dá)HV2800,且彌 散分布，強(qiáng)化基體；釩（V)可使粗大的柱狀晶細(xì)化，又是增加白口化傾向和淬透性的元素， 幾方面都能強(qiáng)化該材料耐磨性；在該材料中添加釩的質(zhì)量百分比為0. 3?0. 5%。
[0012] Ti更是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，而且TiC更穩(wěn)定，不溶解，TiC硬度可達(dá)HV3200， 彌散分布，強(qiáng)化基體，提高耐磨性。在該材料中添加鈦的質(zhì)量百分比為0. 08?0. 12%。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種工藝簡(jiǎn)單的制備上述一種抗磨鑄鐵材料的方法，包括以下步 驟：
[0014] (1)、將除V、Ti以外的各種投爐料按上述組成和熔煉工藝要求依次加入到中頻爐 中熔化；
[0015] (2)、將細(xì)顆粒的釩鐵、鈦鐵加入鐵水包內(nèi)，用沖入法加入V、Ti元素。
[0016] (3)、當(dāng)鐵液達(dá)到1490°C?1520°C時(shí)出爐，出爐時(shí)在鐵水包內(nèi)或流鐵槽內(nèi)加稀土 硅和硅鈣進(jìn)行孕育處理；
[0017] (4)、待鐵液達(dá)到1370°C?1400°C時(shí)進(jìn)行澆注。
[0018] (5)、對(duì)澆注后鑄件進(jìn)行保溫冷卻。
[0019] 進(jìn)一步的是，對(duì)上述鑄件進(jìn)行950°C?970°C吹風(fēng)正火處理，再進(jìn)行270°C?290°C 回火處理。
[0020] 本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種沖擊韌性和耐磨性很好的一種抗 磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板。
[0021] 本發(fā)明要解決其另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種抗磨鑄鐵材料制成的 螺旋葉護(hù)板，該護(hù)板是由上述一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋形板塊。
[0022] 進(jìn)一步的是，所述板塊下側(cè)設(shè)有臺(tái)階，用于與螺旋葉片配合安裝。
[0023] 進(jìn)一步的是，所述板塊上設(shè)有通孔，用于與螺旋葉片固定。
[0024] 進(jìn)一步的是，所述板塊上側(cè)設(shè)有傾斜向上的臺(tái)階，使得該板塊形成外厚內(nèi)薄的板， 耐磨效果更好。
[0025] 進(jìn)一步的是，對(duì)該護(hù)板進(jìn)行950°C?970°C吹風(fēng)正火處理，再進(jìn)行270°C?290°C回 火處理。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：該抗磨鑄鐵材料基于KmTBCr26,但是其中添加了 Ni、V、Ti 三種合金元素不僅進(jìn)一步提高了該材料的耐磨性，而且增強(qiáng)了該材料的強(qiáng)度、淬透性和韌 性，使其同時(shí)具有較好的淬透性、韌性和耐磨性。通過(guò)制備該抗磨鑄鐵材料的工藝步驟可以 看出，該材料的制備方法簡(jiǎn)單，操作方便，利于該材料的生產(chǎn)、應(yīng)用及推廣。通過(guò)上述抗磨鑄 鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板具有良好的沖擊韌性和耐磨性，與KmTBCr26材料制成的護(hù)板相 比該護(hù)板表面平均硬度更高，相同條件下磨損量為KmTBCr26材料制成的護(hù)板的80%以下， 在螺旋葉片上安裝由該抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，使螺旋葉片整體的耐磨性和沖擊 韌性明顯提高了，增加了螺旋葉片和螺旋總成的使用壽命，節(jié)約了成本；該護(hù)板還具有機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2為圖1中螺旋葉護(hù)板的橫截面剖視圖；
[0029] 圖3為該螺旋葉護(hù)板在螺旋葉片上的應(yīng)用視圖；
[0030] 圖4為圖3中螺旋葉護(hù)板應(yīng)用的橫截面剖視圖；
[0031] 圖中標(biāo)記為：板塊1、臺(tái)階11、斜臺(tái)階12、通孔13、螺旋葉片2、螺栓3。

【具體實(shí)施方式】
[0032] -種抗磨鑄鐵材料，由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2.0?3. 3%， Si 彡 1·2%，Μη 彡 2.0%，Cr 23 ?30%，Ni 0.8 ?1·2%，Ρ 彡 0.05%，S 彡 0.05%，V 0.3 ? 0· 5%，Ti 0· 08 ?0· 12%，余量為 Fe。
[0033] 控制化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量，不僅使該材料同時(shí)擁有良好的淬透性、韌性和耐 磨性，還可以提高抗磨材料的力學(xué)性能。
[0034] 本發(fā)明的最主要的改進(jìn)點(diǎn)是在材料中進(jìn)一步確定了 Ni的范圍并新加入了 V、Ti， 通過(guò)V、Ti細(xì)化晶粒，固溶強(qiáng)化基體組織，進(jìn)一步改善和提高材料的綜合性能。V、Ti均是 強(qiáng)碳化物形成元素，在鑄鐵中，當(dāng)V > 0. 1 %時(shí)，鑄鐵中即析出碳化物VC，其顯微硬度高達(dá) HV2800 (鉻合金碳化物M7C3顯微硬度只有HV1300-1800);在鑄鐵中，Ti形成碳化物TiC，顯 微硬度高達(dá)HV3200。這些碳化物不僅硬度高，而且和基體組織結(jié)合緊密，在磨料磨損過(guò)程 中既不會(huì)破碎也不會(huì)變形，具有優(yōu)良的抗磨性能。V、Ti的加入可以起到微合金化的作用， 降低稀土變質(zhì)劑的加入量，以利節(jié)約成本費(fèi)用。同時(shí)，V、Ti可以提高冶煉時(shí)鐵水的流動(dòng)性。 而且，V、Ti鐵合金可以采用釩鈦生鐵進(jìn)行替換并冶煉，可以大大降低生產(chǎn)成本。V、Ti可以 全面的提高鑄鐵材料的綜合使用性能，使用壽命比不加 V、Ti合金的鑄件提高30%以上。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 抗磨鑄鐵材料，由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2. 1%，Si 0.8%，Μη 0.7%，Cr 25.2%，Ni 0·9%，Ρ 0.05%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.42%，余量為 Fe 和不可 避免的雜質(zhì)。
[0037] 本實(shí)施例抗磨鑄鐵材料的制備方法：
[0038] (1)、按該實(shí)施例中的材料成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要 求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱溶化，溶清 后再加入鎮(zhèn)板、娃鐵和猛鐵；（2)、將細(xì)顆粒的f凡鐵、欽鐵加入鐵水包內(nèi)，用沖入法加入V、 Ti元素；（3)、調(diào)節(jié)成分至合適范圍（質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2.1%，Si 0.8%，Μη 0.7%，Cr 25.2%，Ni 0·9%，Ρ 0.05%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.42%，余量為 Fe 和不可 避免的雜質(zhì)）后，溫度升至1505°C出爐，出爐時(shí)在鐵水包內(nèi)或流鐵槽內(nèi)加稀土硅和硅鈣進(jìn) 行孕育處理；（4)、待鐵液達(dá)到1397°C時(shí)進(jìn)行澆注；（5)對(duì)澆注后鑄件進(jìn)行保溫冷卻，清除冒 口、飛邊、披縫等；（6)鑄件在熱處理爐中退火處理后進(jìn)行機(jī)加工；（7)鑄件在熱處理爐內(nèi)升 溫到961°C吹風(fēng)正火處理，再在溫度289°C下進(jìn)行回火處理。
[0039] 實(shí)施例2
[0040] 抗磨鑄鐵材料，由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2.2%，Si 0.8%，Μη 0.6%，Cr 25.4%，Ni 0·9%，Ρ 0.045%，S 0.049%，Ti 0· 10%，V 0.38%，余量為 Fe 和不 可避免的雜質(zhì)。
[0041] 本實(shí)施例抗磨鑄鐵材料的制備方法：
[0042] (1)、按該實(shí)施例中的材料成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要 求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱溶化，溶清 后再加入鎮(zhèn)板、娃鐵和猛鐵；（2)、將細(xì)顆粒的f凡鐵、欽鐵加入鐵水包內(nèi)，用沖入法加入V、 Ti元素；（3)、調(diào)節(jié)成分至合適范圍（質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2. 2%，Si 0.8%，Μη 0.6%，Cr 25.4%，Ni 0·9%，Ρ 0.045%，S 0.049%，Ti 0· 10%，V 0.38%，余量為 Fe 和不 可避免的雜質(zhì)）后，溫度升至1492°C出爐，出爐時(shí)在鐵水包內(nèi)或流鐵槽內(nèi)加稀土硅和硅鈣 進(jìn)行孕育處理；（4)、待鐵液達(dá)到1373°C時(shí)進(jìn)行澆注；（5)對(duì)澆注后鑄件進(jìn)行保溫冷卻，清除 冒口、飛邊、披縫等；（6)鑄件在熱處理爐中退火處理后進(jìn)行機(jī)加工；（7)鑄件在熱處理爐內(nèi) 升溫到969°C吹風(fēng)正火處理，再在溫度281°C下進(jìn)行回火處理。
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0044] 如圖1、2所示，一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，是由所述的一種抗磨鑄鐵 材料制成的螺旋形板塊1。
[0045] 具體的，所述板塊1下側(cè)設(shè)有臺(tái)階11 ;所述板塊1上設(shè)有通孔13 ;所述板塊1上側(cè) 設(shè)有傾斜向上的斜臺(tái)階12 ;如圖1、2、3、4所示。
[0046] 從圖3、4中可以看出，該護(hù)板通過(guò)臺(tái)階11與螺旋葉片2配合，并安裝在螺旋葉片 2的上表面；螺栓3穿過(guò)該護(hù)板上所設(shè)的通孔13,把該護(hù)板固定在螺旋葉片2上。板塊1上 側(cè)設(shè)有傾斜向上的斜臺(tái)階12,使得該板塊1形成外厚內(nèi)薄的護(hù)板，沖擊韌性和耐磨性更好。
[0047] 實(shí)施例3
[0048] -種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板選用本發(fā)明中的一種抗磨鑄鐵材料，由以 下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2.1%，Si 0.9%，Μη 0.8%，Cr 25.5%，Ni 0.9%，P 0· 045%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.44%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0049] 本實(shí)施例一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板的制造過(guò)程：
[0050] (1)、按該實(shí)施例中的材料成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要 求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內(nèi)加熱溶化，溶清 后再加入鎮(zhèn)板、娃鐵和猛鐵；（2)、將細(xì)顆粒的f凡鐵、欽鐵加入鐵水包內(nèi)，用沖入法加入V、 Ti元素；（3)、調(diào)節(jié)成分至合適范圍（質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：C 2.1%，Si 0.9%，Μη 0.8%，Cr 25.5%，Ni 0.9%，Ρ 0· 045%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.44%，余量為 Fe 和不 可避免的雜質(zhì)）后，溫度升至1518°C出爐，出爐時(shí)在鐵水包內(nèi)或流鐵槽內(nèi)加稀土硅和硅鈣 進(jìn)行孕育處理；(4)、待鐵液達(dá)到1385°C時(shí)進(jìn)行澆注，把鐵液澆注到制作該護(hù)板的模具內(nèi)； (5)對(duì)澆注后鑄件進(jìn)行保溫冷卻，清除冒口、飛邊、披縫等；(6)鑄件在熱處理爐中退火處理 后進(jìn)行機(jī)加工：板塊1下側(cè)表面銑一個(gè)與螺旋葉片2厚度一樣的臺(tái)階11，在板塊2上鉆兩 個(gè)用于固定的通孔13,在板塊1上表面銑一個(gè)斜臺(tái)階12,使板塊1的螺旋外側(cè)厚與螺旋內(nèi) 側(cè)；（7)護(hù)板在熱處理爐內(nèi)升溫到952°C吹風(fēng)正火處理，再進(jìn)行272°C回火處理。
[0051] 對(duì)比試驗(yàn)：
[0052] 某Φ 3000選礦塔式磨機(jī)用螺旋葉護(hù)板：用現(xiàn)有的KmTBCr26材料制做螺旋葉護(hù)板 A ;用本發(fā)明一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板B ;兩材質(zhì)護(hù)板均采用相同鑄造工藝并同 爐熱處理。
[0053] 磨損方式：濕式攪拌
[0054] 磨球：直徑Φ 16,材質(zhì)為KmTBCr26,硬度48?52HRC ;
[0055] 磨料：200 目占 60%;
[0056] 螺旋轉(zhuǎn)速：38轉(zhuǎn)/分
[0057] 安裝位置：同機(jī)雙螺旋，分別安裝螺旋葉護(hù)板A和螺旋葉護(hù)板B，皆位于螺旋葉片2 最下部第一塊（此處磨損最大）。
[0058] 試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種抗磨鑄鐵材料，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成：c 2.0? 3.3%，Si 彡 1·2%，Μη 彡 2.0%，Cr 23 ?30%，Ni 0.8 ?1·2%，Ρ 彡 0.05%，S 彡 0.05%， V 0· 3 ?0· 5%，Ti 0· 08 ?0· 12%，余量為 Fe。
2. 制備權(quán)利要求1所述一種抗磨鑄鐵材料的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、將除V、Ti以外的各種投爐料按所述組成和熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔 化； (2) 、將細(xì)顆粒的釩鐵、鈦鐵加入鐵水包內(nèi)，用沖入法加入V、Ti元素； (3) 、當(dāng)鐵液達(dá)到1490°C?1520°C時(shí)出爐，出爐時(shí)在鐵水包內(nèi)或流鐵槽內(nèi)加稀土硅和 硅鈣進(jìn)行孕育處理； (4) 、待鐵液達(dá)到1370°C?1400°C時(shí)進(jìn)行澆注； (5) 、對(duì)澆注后鑄件進(jìn)行保溫冷卻。
3. 如權(quán)利要求2所述的制備一種抗磨鑄鐵材料的方法，其特征在于：對(duì)鑄件進(jìn)行 950°C?970°C吹風(fēng)正火處理，再進(jìn)行270°C?290°C回火處理。
4. 一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，其特征在于：由權(quán)利要求1所述的一種抗磨 鑄鐵材料所制成的螺旋形板塊（1)。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，其特征在于：所述板塊 (1)下側(cè)設(shè)有臺(tái)階（11)。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，其特征在于：所述板塊 (1)上設(shè)有通孔（13)。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，其特征在于：所述板塊 (1)上側(cè)設(shè)有傾斜向上的斜臺(tái)階（12)。
8. 如權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護(hù)板，其特征在 于：對(duì)該護(hù)板進(jìn)行950°C?970°C吹風(fēng)正火處理，再進(jìn)行270°C?290°C回火處理。
【文檔編號(hào)】C22C37/10GK104120333SQ201410386912
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】丁春明, 黃勇, 蔣興德, 邵玉川, 陳焱 申請(qǐng)人:四川鴻艦重型機(jī)械制造有限責(zé)任公司