專利名稱：貝氏體合金抗磨鑄球、襯板和生產(chǎn)工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗磨合金鑄鐵球、襯板和該鑄球、襯板的生產(chǎn)工藝，以及鑄造該鑄鐵球或襯板的設(shè)備。
目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的抗磨球或襯板材質(zhì)主要有以下幾種一是低合金白口鑄鐵球或襯板，這種材質(zhì)的鑄球或襯板硬度高，破碎率大，雖然采取熱處理后韌性有所改善，但整體性能仍然較差。目前該鑄球或襯板占領(lǐng)的市場(chǎng)比較大。二是高鉻鑄鐵(又稱高合金鑄鐵)，這種材質(zhì)的鑄球或襯板，不但生產(chǎn)成本高，而且對(duì)熱處理溫度及時(shí)間要求嚴(yán)格。若掌握不嚴(yán)，易產(chǎn)生大量的熱裂及破碎。這種鑄球或襯板的售價(jià)一般在6500-7300元/噸，且噸水泥耗球一般在80-100克，它的市場(chǎng)占領(lǐng)面相對(duì)較小。三是球墨鑄鐵(包括中錳球鐵及其它類型的球鐵)，這種材質(zhì)的鑄球或襯板，對(duì)石墨球化的要求較高，若控制不好，該鑄球的整體性能也難以保證。四是碳鋼鍛打球或襯板，這種材質(zhì)的球或襯板，由于生產(chǎn)成本較高，銷售市場(chǎng)較小。從目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的抗磨鑄球或襯板的組織來看，多數(shù)為球光體十碳化物或奧氏體十碳化物。由于生產(chǎn)條件和技術(shù)水平的制約，貝氏體組織的鑄球或襯板的生產(chǎn)方法，目前還未見報(bào)道。
本發(fā)明的目的是為了克服上述不足，而發(fā)明的具有較高硬度，較好的耐磨性，較高強(qiáng)度和韌性的貝氏體合金抗磨鑄球或襯板，以及該鑄球或襯板合理的生產(chǎn)工藝，特別是利用鑄球或襯板自身的鑄造熱量進(jìn)行熱處理，一次性生產(chǎn)出合格貝氏體組織鑄球或襯板的工藝及生產(chǎn)該鑄球或襯板的金屬模鑄造設(shè)備。
本發(fā)明所述的貝氏體合金鑄球或襯板的化學(xué)成分(按重量計(jì)％)為C2.2～3.7；Si0.6～1.9；Mn0.5～1.7；Cu0.4～1.0Re0.11～0.15；Sn0.1～0.4；Bi0.03～0.06；Mo0.2～0.6 S.＜0.2 P＜0.2其余Fe對(duì)于本合金鑄球或襯板碳、硅含量的選定，主要著眼于改善鑄造性能，消除鑄造缺陷，獲得健全鑄件以保證有高的機(jī)械性能。從改善鑄造性能的角度出發(fā)，碳、硅含量的確定，是使鐵水有較好的流動(dòng)性，防止鑄球或襯板產(chǎn)生鑄造缺陷。由于硅是促進(jìn)石墨化的元素，為了防止本鑄球或襯板在結(jié)晶過程中有較多的石墨析出，在保證鐵水流動(dòng)性的前提下，本鑄球或襯板的含硅量不易過高，因此把本鑄球或襯板的含碳量控制在2.2～3.7％，含硅量控制在0.6～1.9％。
本鑄球或襯板中錳的主要作用，一是消除硫的有害作用，二是促進(jìn)碳化物的形成，以提高本鑄球或襯板的硬度及耐磨性能。
磷對(duì)一般的鑄鐵都是有害元素，極易偏析。盡管它能形成磷共晶組織，具有較高的硬度，及較好的耐磨性，但它嚴(yán)重降低鑄球的塑性和韌性，因此本鑄球中磷的含量控制在0.2％以下。
硫與磷一樣，在鑄鐵中被視為有害元素，盡管它與磷的有害作用機(jī)理不同，在本鑄球或襯板中同樣要控制其含量，也要求它含量在0.2％以下。
本鑄球或襯板中多元合金的加入，主要使本鑄球或襯板合金化，以提高本鑄球或襯板的塑性和韌性，保證其熱處理性能，以提高鑄球或襯板的強(qiáng)度和硬度。例如銅、鉬的加入，可以顯著地細(xì)化組織，提高基體的塑性，鉬還能促進(jìn)碳化物的形成。錫的加入，可以提高基本的韌性，減少熱裂及破碎。鉍的加入可以提高基體的熱處理性能。本鑄球或襯板中適當(dāng)保留部分稀土元素，它有脫硫、去氣、凈化鐵水等作用，同時(shí)它也能促進(jìn)碳化物的生成。因此，通過合金化強(qiáng)化基體組織可更加發(fā)揮本鑄球或襯板的性能潛力，以滿足對(duì)機(jī)械性能的要求。
本鑄球或襯板不但它的化學(xué)成分有獨(dú)特之處，它的生產(chǎn)工藝同樣具有與現(xiàn)有技術(shù)不同的特征。本鑄球或襯板的生產(chǎn)工藝為鑄鐵的熔化可以用沖天爐，也可以用電爐。其鐵水的出爐溫度應(yīng)控制在1460℃以上，以便對(duì)鐵水進(jìn)行合金化及變質(zhì)處理。在鐵水出爐后，先向鐵水內(nèi)加入銅、鉍、錫、鉬多元合金，使鐵水合金化。加入上述多元合金時(shí)，最好將該多元合金進(jìn)行預(yù)熱，其預(yù)熱溫度為400-600℃。使鐵水合金化后，在鐵水中再加入鐵水重量的0.5-1.2％的稀土合金，對(duì)鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理，使本鑄球或襯板在凝固過程中產(chǎn)生大量的人工晶核，析出的石墨呈彌散狀分布，以提鑄球或襯板基體的機(jī)械性能。經(jīng)變質(zhì)處理后的鐵水進(jìn)行保溫、打渣處理，然后進(jìn)行合模澆注。其澆注溫度最好保持在1400℃以上。對(duì)鑄球或襯板的澆注可以采用金屬型，也可以采用砂型。若用金屬型，在澆注之前對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱，噴涂涂料，然后進(jìn)行合模澆注，澆注后待鑄球或襯板冷卻到960～1050℃開模，將出模的鑄球或襯板進(jìn)行淬火處理，使鑄球或襯板的溫度降至800-900℃，然后保溫1-3.5小時(shí)。經(jīng)過保溫處理可以使第一次淬火，鑄件內(nèi)由奧氏體轉(zhuǎn)變成的部分珠光體再轉(zhuǎn)變成奧氏體。并且消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力。經(jīng)過保溫之后的鑄球或襯板，再進(jìn)行第二次淬火，使鑄件的溫度降至500-760℃，并保溫2-4小時(shí)。此次淬火的目的是將鑄件中的奧氏體轉(zhuǎn)變成貝氏體。然后將鑄球或襯板在空氣中冷卻至300-400℃，保溫4-5小時(shí)。此次保溫處理，就是對(duì)鑄球或襯板進(jìn)行回火處理，它的目的就是消除鑄球或襯板的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定鑄球或襯板的機(jī)械性能，最后將鑄球或襯板空冷至室溫即可。以上所說的鑄球或襯板的淬火，可以是向鑄球或襯板上噴灑淬火液體介質(zhì)，也可以將鑄球或襯板浸泡在淬火液體介質(zhì)中。這里所說的淬火用液體介質(zhì)最好是用鹽水、清水或堿水等。這樣就制成了貝氏體合金抗磨鑄球或襯板。
若用砂型進(jìn)澆注，待鑄球或襯板冷卻后開箱、清砂，將制取的鑄球或襯板再加熱到800-900℃，保溫1-3.5小時(shí)，使鑄球或襯板的基體奧氏體化，然后再將鑄球或襯板淬火至500-760℃，保溫2-4小時(shí)，再空冷至300-400℃，保溫4-5小時(shí)。最后空冷至室溫即可。用砂型鑄出的鑄球或襯板的等溫淬火原理與金屬型鑄球或襯板的淬火原理相同，這里也就不再一一贅述了。用砂型鑄造的鑄球或襯板經(jīng)等溫淬火后所得到產(chǎn)物同樣也是貝氏體合金抗磨鑄球或襯板。
將制取的鑄球或襯板經(jīng)金相分析后確認(rèn)，它的金相組織為貝氏體十多元碳化物。在基體中存在的石墨以彌散狀分布。經(jīng)測(cè)試本鑄球或襯板的硬度HRC47-60?？蛊跊_擊值(次數(shù))≥20000次。本鑄球的抗疲勞沖擊值的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法，是按前西德的標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行的，前西德試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)為以Φ70mm球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，在4.6M的高度，自由下落在鐵砧上7000次，不開裂、不破碎、不變形為合格。


圖1是本貝氏體合金抗磨鑄球或襯板放大200倍的金相組織；圖2是本貝氏體合金抗磨鑄球或襯板放大600倍的金相組織。
經(jīng)以上配比及工藝制取的貝氏體合金抗磨鑄鐵球或襯板具有硬度高，耐磨性好，抗疲勞沖擊性能好，工藝簡(jiǎn)單、破碎率小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別是經(jīng)金屬型鑄造出的鑄球或襯板，它利用鑄球或襯板的鑄造余熱，對(duì)鑄球或襯板進(jìn)行熱處理，它可以大量的節(jié)約能源，降低鑄球或襯板的生產(chǎn)成本。據(jù)試驗(yàn)證明每生產(chǎn)一噸貝氏體合金抗磨鑄球或襯板，可節(jié)電96.7％，節(jié)約能源97.4％，降低成本400-500元，按生產(chǎn)1000噸的生產(chǎn)規(guī)模，可減少投資76.5％。另外，在熱處理工序中，鑄球或襯板的保溫處理可以用保溫窯爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝所使用的鹽浴爐，此項(xiàng)就可節(jié)約設(shè)備投資2萬多元。再者說，利用鑄球或襯板自身的鑄造的熱量，對(duì)鑄球或襯板進(jìn)行熱處理，獲得貝氏體組織狀態(tài)，它還能縮短熱處理周期，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，以及減少鑄造廢料和熱處理廢氣對(duì)環(huán)境的污染。
為了利用鑄球或襯板的鑄造余熱對(duì)它進(jìn)行處理，這時(shí)鑄球或襯板應(yīng)采用金屬型澆注。實(shí)現(xiàn)鑄球或襯板金屬型澆注的鑄造設(shè)備為定模固定安裝在鑄機(jī)床身的一端部，動(dòng)模安裝在鑄機(jī)床身的導(dǎo)軌上，本金屬型的動(dòng)模和定模采用垂直分型。其直澆道，橫澆道、型腔分別設(shè)在動(dòng)模和定模上。這里所說的型腔，鑄球?yàn)榍蛐停T襯板為襯板的形狀。為了便于鑄型在澆注時(shí)排氣，在其中一個(gè)鑄模上設(shè)有排氣孔或兩個(gè)鑄模上都設(shè)有排氣孔。為了便于開模和合模，在鑄機(jī)床身的另一端固定安裝有動(dòng)模的合模機(jī)構(gòu)，這樣就構(gòu)成了本鑄造設(shè)備。
本鑄造設(shè)備由鑄機(jī)床身，定模、動(dòng)模及合模機(jī)構(gòu)組成，其設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低。由于本鑄造設(shè)備采用垂直分型，其合模、開模以及澆注和取出鑄件的操作都比較簡(jiǎn)便，為鑄球或鑄襯板提供了一種理想的鑄造設(shè)備，由于本鑄型的排氣孔開設(shè)合理，可以有效地防止鑄球或襯板產(chǎn)生鑄造缺陷，實(shí)現(xiàn)無冒口澆注，提高鐵水的利用率。
圖3是本鑄造設(shè)備主視圖圖4是本鑄造設(shè)備的俯視圖圖5是圖3的A－A剖視圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本鑄造設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)地說明本鑄機(jī)的床身(1)是本鑄造設(shè)備的支承基礎(chǔ)，它的上表面帶有導(dǎo)軌，其定模(2)就固定安裝在它的一端，動(dòng)模(5)安裝在鑄機(jī)床身(1)的導(dǎo)軌上，動(dòng)模(5)在鑄機(jī)床身(1)的滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)模(5)與定模(2)的開模和合模。本鑄造設(shè)備的合模機(jī)構(gòu)固定安裝鑄機(jī)床身(1)的另一端。本鑄造設(shè)備的合模機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)形式為它可以是在鑄機(jī)床身(1)的另一端固定安裝的一個(gè)支架(8)，在支架(8)上端的凹槽內(nèi)安裝有一個(gè)手輪(7)，在手輪(7)的螺紋孔內(nèi)安裝有一個(gè)絲杠(6)，絲杠(6)的一端與動(dòng)模(5)的后端固定連接構(gòu)成。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)模(5)自動(dòng)開合，手輪(7)可以由動(dòng)力裝置帶動(dòng)，這時(shí)，手輪(7)可以是皮帶輪，也可以是齒輪，以便與動(dòng)力裝置連接。本鑄造設(shè)備的合模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式還可以是在鑄機(jī)床身(1)的另一端固定安裝一個(gè)支架(8)，在支架(8)上安裝一個(gè)雙作用缸，該雙作用缸可以是氣缸，也可以是液壓缸。該雙作用缸的活塞桿的前端與動(dòng)模(5)的后端固定連接構(gòu)成，用雙作用缸來控制動(dòng)模(5)的開模與合模。本鑄造設(shè)備的定模(2)和動(dòng)模(5)可以用耐熱鑄鐵制造，也可以用耐熱鋼或其它耐熱合金制造。本鑄造設(shè)備的定模(2)和動(dòng)模(5)采用垂直分型，其直澆道(4)、橫澆道(10)、型腔(3)分別設(shè)在定模(2)和動(dòng)模(5)上，以兩側(cè)對(duì)稱為最佳，這樣也有利于分型和取出鑄件。型腔(3)的排氣孔(9)，可以設(shè)在動(dòng)模(5)上，也可以設(shè)在定模(2)上，還可以是定模和動(dòng)模上都設(shè)有排氣孔(9)。排氣孔(9)的位置應(yīng)設(shè)在型腔(3)的上端。為了便于排氣，防止鑄造缺陷的產(chǎn)生，排氣孔(9)由型腔的上端部向斜上方延伸，也可以從型腔的上端垂直上升，以便澆注時(shí)，型腔(3)中的空氣從排氣孔(9)中迅速排出，鑄造出合格的鑄球或襯板。
權(quán)利要求
1.貝氏體合金抗磨鑄球、襯板，其特征在于它的化學(xué)成分(重量％)為C2.2-3.7；Si0.6-1.9；Mn0.5-1.7；Re0.11-0.15；Bi0.03-0.06；Sn0.1-0.4；Cu0.4-1.0；Mo0.2-0.6S＜0.2；P＜0.2；其余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貝氏體合金抗磨鑄球、襯板的生產(chǎn)工藝，其特征在于首先把經(jīng)預(yù)熱的合金元素放入出爐溫度為1460℃以上的鐵水中熔化，然后加入0.5-1.2％的稀土合金進(jìn)行變質(zhì)處理，經(jīng)變質(zhì)處理后的鐵水進(jìn)行保溫、打渣、澆注，待鐵水冷卻凝固后獲得鑄態(tài)鑄球或襯板，將該鑄球或襯板進(jìn)行等溫淬火及回火處理后，就獲得貝氏體合金抗磨鑄球或襯板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝氏體合金抗磨鑄球、襯板的生產(chǎn)工藝，其特征在于本鑄球或襯板用金屬模澆注，澆注前金屬模進(jìn)行預(yù)熱，噴涂涂料，然后合模澆注，澆注后待該鑄球或襯板冷卻到960-1050℃時(shí)開模，將得到的鑄球或襯板進(jìn)行淬火，使其溫度降至800-900℃，保溫1.0-3.5小時(shí)，再進(jìn)行二次淬火，使溫度降到500-760℃，保溫2-4小時(shí)，然后再空冷至300-400℃，保溫4-5小時(shí)，使其空冷至室溫，即獲得貝氏體合金抗磨鑄球或襯板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝氏體合金抗磨鑄球、襯板的生產(chǎn)工藝，其特征在于本鑄球或襯板用砂型澆注，待澆注的鑄球或襯板冷卻后進(jìn)行清砂、清理，將鑄出的鑄球或襯板再加熱到800-900℃，保溫1.0-3.5小時(shí)，進(jìn)行淬火使其溫度降至500-760℃，保溫2-4小時(shí)，然后空冷至300-400℃，保溫4-5小時(shí)，使之空冷至室溫，即獲得貝氏體合金抗磨鑄球或襯板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的貝氏體合金抗磨鑄球、襯板的鑄造設(shè)備，其特征在于在鑄機(jī)床身(1)的一端固定有定模(2)，動(dòng)模(5)安裝在鑄機(jī)床身(1)的導(dǎo)軌上，在鑄機(jī)床身(1)的另一端固定安裝有動(dòng)模(5)的合模機(jī)構(gòu)，在定模(2)和動(dòng)模(5)上設(shè)有直澆道(4)、橫澆道(10)，型腔(3)及排氣孔(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貝氏體合金抗磨鑄球、襯板的鑄造設(shè)備，其特征在于動(dòng)模(5)的合模機(jī)構(gòu)為在鑄機(jī)床身(1)的另一端固定安裝有一個(gè)支架(8)，支架(8)上端的凹槽內(nèi)安裝有一個(gè)中心螺紋孔內(nèi)裝有絲杠(6)的手輪(7)，絲杠(6)的一端與動(dòng)模(5)固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貝氏體合金抗磨鑄球、襯板的鑄造設(shè)備，其特征在于動(dòng)模(5)的合模機(jī)構(gòu)為在鑄機(jī)床身(1)的另一端固定安裝有一個(gè)支架(8)，在支架(8)上端安裝一個(gè)雙作用缸，雙作用缸活塞桿的前端與動(dòng)模(5)固定連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種抗磨鑄球、襯板和生產(chǎn)工藝及設(shè)備。該鑄球、襯板的成分(％)為C2.2-3.7；Si0.6-1.9；Mn0.5-1.7；多元合金0.8-2.4；S＜0.2；P＜0.2；其余為Fe。該鑄球、襯板在澆注前用稀土合金進(jìn)行變質(zhì)處理，使石墨成彌散狀。該鑄球澆注后進(jìn)行等溫淬火處理及回火處理，將基體組織變成為貝氏體十多元碳化物，使該基體有較高的硬度和良好的抗磨性及抗疲勞沖擊性能，特別是采用垂直分型的金屬模澆注，使熱處理可以利用鑄件的鑄造熱量完成，它可以大大地節(jié)約能源。
文檔編號(hào)C22C37/00GK1117529SQ94110760
公開日1996年2月28日 申請(qǐng)日期1994年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月26日
發(fā)明者孔繁印 申請(qǐng)人:孔繁印