一種雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種雙金屬復(fù)合貝氏體?馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板及其制備方法，屬于金屬材料鑄造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法為雙液雙金屬澆注不同成分的硅錳系中碳低合金貝氏體?馬氏體復(fù)相合金鋼，內(nèi)層為高硬度貝氏體?馬氏體復(fù)相耐磨層，外層為高韌性抗沖擊基體層，經(jīng)熱處理后使內(nèi)、外層獲得不同組織，從而獲得不同性能。本發(fā)明所述方法優(yōu)化襯板內(nèi)、外層材料合金成分配比，采用合理的雙液雙金屬分層鑄造工藝，通過常規(guī)的鹽浴等溫淬火熱處理方式使內(nèi)外層得到不同組織，本發(fā)明所述襯板內(nèi)層硬度為55~57HRC，沖擊韌性11~14J/cm2，外層硬度為45~50HRC，沖擊韌性19~21J/cm2，從而獲得硬度和韌性配合優(yōu)良且成本低廉的耐磨襯板。
【專利說明】
一種雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板及其制備方法，屬于金屬材 料鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代化工業(yè)進(jìn)程的加快，球磨機(jī)半自磨機(jī)直徑在增加，襯板作為作為易耗部 件其性能直接關(guān)系著整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)效率。由于在高應(yīng)力下進(jìn)行礦石的破碎作業(yè)，因此要 求襯板在具有高耐磨性的同時(shí)，還應(yīng)具有高的沖擊韌性，以承載高能沖擊磨料磨損。傳統(tǒng)襯 板多采用鑄造生產(chǎn)，整個(gè)襯板成分單一，很難兼顧硬度和韌性兩方面因素，因此，現(xiàn)有的襯 板多采用復(fù)合式的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到內(nèi)層具有高硬度，外層高韌性的綜合機(jī)械性能。
[0003] 中國(guó)發(fā)明專利CN102921927A提出一種雙液雙合金耐磨襯板的制備方法，但其耐磨 層采用鑄鐵，基體層采用合金鋼，由于兩者的C含量相差較大，因此在鑄造的界面會(huì)產(chǎn)生較 大應(yīng)力，在使用過程中易在結(jié)合界面處產(chǎn)生開裂，且在后續(xù)的熱處理過程中，由于鑄鐵和基 體的奧氏體化溫度，冷卻速度均不同，因此組織難以控制，導(dǎo)致使用性能欠佳，磨損層硬度 和基體層韌性難以控制。中國(guó)發(fā)明專利CN1962122A所公布的也是一種雙液雙合金耐磨襯板 的制備方法，其耐磨層與基體層都采用貝氏體鋼，由于貝氏體鋼在熱處理過程中需要進(jìn)行 等溫淬火處理，其選用的兩種貝氏體鋼合金元素成分含量不同，所需要的奧氏體化溫度和 冷卻速度也不相同，在熱處理過程中，因?qū)﹁T造好的整個(gè)鑄件進(jìn)行熱處理，因此只可以選擇 一個(gè)奧氏體化溫度和一種冷卻速度，對(duì)整個(gè)襯板相變不易控制，很難兼顧耐磨層與基體層 的組織和性能。
[0004] 在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明耐磨層為自行設(shè)計(jì)的一種中碳低合金貝氏體鋼，內(nèi)層選擇牌 號(hào)為65Mn的彈簧鋼，采用雙液鑄造方式生產(chǎn)的耐磨襯板，由于兩種材料C含量相近，因此具 有相對(duì)較為相似的熱物理性能，在鑄造界面處產(chǎn)生的應(yīng)力較小，開裂傾向較小;且65Mn的奧 氏體化溫度較所設(shè)計(jì)的合金鋼高，因此在熱處理的過程中，基體層的性能基本維持不變，能 保證良好地韌性，只需考慮耐磨層的熱處理工藝即可，簡(jiǎn)化了熱處理的工藝參數(shù)，可提高實(shí) 際產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，所述復(fù)相鋼耐 磨襯板包括耐磨層和基體層，耐磨層為高硬度耐磨損層，基體層為高韌性抗沖擊基體層； 耐磨層合金組成按重量百分比為：C: 0 · 4%~0 · 5%，Si : 1 · 8%~2 · 0%，Μη: 2 · 3%~2 · 5%，Cr: 0 · 4%~0 · 5%，Ni : 0 · 95%~1 · 2%，B: 0 · 005%~0 · 006%，V: 0 · 1%~0 · 2%，P < 0 · 06%，S < 0 · 06%，F(xiàn)e及不 可避免的雜質(zhì)； 外層選擇牌號(hào)為65Mn的彈簧用鋼成分配比。
[0006] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述內(nèi)層與外層厚度比為1:2~1:1。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板的制備方 法，具體包括以下步驟： (1)熔煉:根據(jù)權(quán)利要求1所述合金成分配比在中頻感應(yīng)爐中分別進(jìn)行熔煉。
[0008] (2)分層澆鑄成型:首先將內(nèi)層鋼液通過內(nèi)層澆道澆入底部安裝激冷層的型腔內(nèi)， 澆鑄溫度1450~1520°C;冷卻至1300~1350°C時(shí)，再澆入外層鋼液，外層鋼液澆鑄溫度1495~ 1515 °C。澆鑄結(jié)束后表層覆砂保溫。
[0009] (3)澆鑄成型的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，冷卻12h后開箱清砂后進(jìn)行 去應(yīng)力退火，以消除界面處的應(yīng)力，退火溫度450~550°C，保溫時(shí)間2~3h后隨爐冷卻，冷卻至 300~350°C出爐空冷。
[0010] (4)得到的雙金屬襯板加熱至900~920°C，保溫2~3h后進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選 用25%硝酸鉀+75%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，鹽浴溫度為300~320 °C，鹽浴時(shí)間為2~ 3h，取出后空冷至室溫，得到雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板。
[0011] 本發(fā)明的有益效果 (1)本發(fā)明所述耐磨層貝氏體-馬氏體復(fù)相材料，在熱處理的過程中較易獲得貝氏體-馬氏體復(fù)相組織，因而，襯板耐磨層硬度55~57HRC，沖擊韌性11~14J/cm2,基體層硬度為45~ 50HRC，沖擊韌性19~21 J/cm2，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
[0012] (2)與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于耐磨層與基體層具有相似的熱物理性能，因而不易在界 面處產(chǎn)生開裂。
[0013] 本專利所采用的熱處理工藝簡(jiǎn)單，只需要進(jìn)行等溫淬火+回火的處理工藝，即可獲 得較好的綜合力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0014] 圖1本發(fā)明所述襯板砂型。
[0015] 1-外層基體層;2-內(nèi)層耐磨層;3-外層澆道;4-內(nèi)層澆道。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于所述內(nèi)容。
[0017] 實(shí)施例！ 本實(shí)施例制備厚度300mm的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層壁厚為100mm， 基體層壁厚為200mm;兩層材料的化學(xué)成分如表1所示 表1
本實(shí)施例所述雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟： (1)熔煉:根據(jù)外層和內(nèi)層的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉。
[0018] (2)分層澆鑄成型:首先將內(nèi)層鋼液通過內(nèi)層澆道澆入底部安裝激冷層的型腔內(nèi)， 澆鑄溫度1480°C ;冷卻至1300°C時(shí)，再澆入外層鋼液，外層鋼液澆鑄溫度1495°C。澆鑄結(jié)束 后表層覆砂保溫。
[0019] (3)澆鑄成型的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，冷卻12h后開箱清砂后進(jìn)行 去應(yīng)力退火，以消除界面處的應(yīng)力，退火溫度450°C，保溫時(shí)間2h后隨爐冷卻，冷卻至300°C 出爐空冷。
[0020] (4)得到的雙金屬襯板加熱至900°C，保溫2h后進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用25%硝 酸鉀+75%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，鹽浴溫度為300°C，鹽浴時(shí)間為2h，取出后空冷 至室溫，得到雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板。
[0021] 本實(shí)施例制備得到的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層硬度為55HRC， 沖擊韌性為11 J/cm2;基體層硬度為45HRC，沖擊韌性為19J/cm2。
[0022] 實(shí)施例2 本實(shí)施例制備厚度300mm的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層壁厚為150mm， 基體層壁厚為150mm;兩層材料的化學(xué)成分如表2所示 衷2
本實(shí)施例所述雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟： (1)熔煉:根據(jù)外層和內(nèi)層的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉。
[0023] (2)分層澆鑄成型:首先將內(nèi)層鋼液通過內(nèi)層澆道澆入底部安裝激冷層的型腔內(nèi)， 澆鑄溫度1500°C ;冷卻至1325°C時(shí)，再澆入外層鋼液，外層鋼液澆鑄溫度1450°C。澆鑄結(jié)束 后表層覆砂保溫。
[0024] (3)澆鑄成型的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，冷卻12h后開箱清砂后進(jìn)行 去應(yīng)力退火，以消除界面處的應(yīng)力，退火溫度500°C，保溫時(shí)間2 · 5h后隨爐冷卻，冷卻至350 °C出爐空冷。
[0025] (4)得到的雙金屬襯板加熱至910°C，保溫2.5h后進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用25% 硝酸鉀+75%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，鹽浴溫度為310°C，鹽浴時(shí)間為2.5h，取出后 空冷至室溫，得到雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板。
[0026] 本實(shí)施例制備得到的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層硬度為57HRC， 沖擊韌性為13 J/cm2;基體層硬度為450HRC，沖擊韌性為20J/cm2。
[0027] 實(shí)施例3 本實(shí)施例制備厚度300mm的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層壁厚為125mm， 基體層壁厚為175mm;兩層材料的化學(xué)成分如表3所示 表3
本實(shí)施例所述雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟： (1)熔煉:根據(jù)外層和內(nèi)層的成分進(jìn)行配料，利用中頻感應(yīng)電爐分別熔煉。
[0028] (2)分層澆鑄成型:首先將內(nèi)層鋼液通過內(nèi)層澆道澆入底部安裝激冷層的型腔內(nèi)， 澆鑄溫度1520°C ;冷卻至1350°C時(shí)，再澆入外層鋼液，外層鋼液澆鑄溫度1500°C。澆鑄結(jié)束 后表層覆砂保溫。
[0029] (3)澆鑄成型的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，冷卻12h后開箱清砂后進(jìn)行 去應(yīng)力退火，以消除界面處的應(yīng)力，退火溫度550°C，保溫時(shí)間3h后隨爐冷卻，冷卻至320°C 出爐空冷。
[0030] (5)得到的雙金屬襯板加熱至920°C，保溫3h后進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理，選用25%硝 酸鉀+75%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，鹽浴溫度為320°C，鹽浴時(shí)間為3h，取出后空冷 至室溫，得到雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板。
[0031] 本實(shí)施例制備得到的雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層硬度為57HRC， 沖擊韌性為14J/cm2;基體層硬度為50HRC，沖擊韌性為21J/cm 2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，其特征在于:所述復(fù)相鋼耐磨襯板包括內(nèi) 層和外層，內(nèi)層為高硬度耐磨損層，外層為高韌性抗沖擊基體層； 所述內(nèi)層合金組成按重量百分比為：C: 0 · 4%~0 · 5%，Si : 1 · 8%~2 · 0%，Mn: 2 · 3%~2 · 5%，Cr: 0 · 4%~0 · 5%，Ni : 0 · 95%~1 · 2%，B: 0 · 005%~0 · 006%，V: 0 · 1%~0 · 2%，P < 0 · 06%，S < 0 · 06%，F(xiàn)e及不 可避免的雜質(zhì)； 所述外層選擇牌號(hào)為65Mn的彈簧用鋼成分配比。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，其特征在于：內(nèi)層與外層 厚度比為1:2~1:1。3. 權(quán)利要求1或2所述雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板的制備方法，其特征在于，具 體包括以下步驟： (1) 熔煉:根據(jù)合金成分配比在中頻感應(yīng)爐中分別進(jìn)行熔煉； (2) 分層澆鑄成型：首先將內(nèi)層鋼液通過內(nèi)層澆道澆入底部安裝激冷層的型腔內(nèi)，澆鑄 溫度1480~1520°C;冷卻至1300~1350°C時(shí)，再澆入外層鋼液，外層鋼液澆鑄溫度1450~1515 °C，澆鑄結(jié)束后表層覆砂保溫； (3) 冷卻后開箱清砂后進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為450~550°C，保溫時(shí)間2~3h后隨爐 冷卻，冷卻至300~350°C出爐空冷； (4) 步驟(3)得到的雙金屬襯板加熱至900~920°C，保溫2~3h后進(jìn)行鹽浴等溫淬火處理， 選用25%硝酸鉀+75%硝酸鈉混合鹽作為等溫淬火介質(zhì)，鹽浴溫度為300~320°C，鹽浴時(shí)間為2 ~3h，取出后空冷至室溫，得到雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板。
【文檔編號(hào)】C21D1/46GK105856725SQ201610203849
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日
【發(fā)明人】李祖來, 焦巖, 山泉, 蔣業(yè)華, 周榮
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)