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          紅星對破碎機襯板的優化設計實驗成功

          發布時間:2015-05-13

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          新聞要點

          破碎機

          破碎機在礦山、冶金、機械、煤炭、建材、化工等行業得到廣泛使用,而襯板是破碎機上一個重要的耐磨零件,在服役過程中主要承受沖擊力和磨損,其性能和壽命直接影響到破碎機的粉碎效率、壽命和生產成本,耐磨性和抗沖擊性是衡量襯板的主要技術經濟指標。為此,我們紅星破碎機廠家就襯板的優化設計進行了研究。

          破碎機襯板

          破碎機襯板常用高錳鋼生產,高錳鋼鑄件在經受強烈的沖擊力或擠壓力時,會發生加工硬化,使其硬度大幅提高,形成硬的表面和高韌性的內部,產生耐磨的表面層,而且保持了優良的沖擊韌度,能承受大沖擊載荷而不破壞,具有良好的耐磨性,因而常用于制造耐磨零件。

          但是,高錳鋼在非強烈的沖擊載荷工況下,發揮不了加工硬化性能,導致其韌性有余而強度不足,力學性能和耐磨性達不到要求。因此需要有針對性地進行合金化學成分優化設計和熱處理,使其獲得需要的性能。本課題研究了高錳鋼合金的化學成分、熔煉、鑄造、熱處理,以生產高質量的高錳鋼襯板,在確保高硬度與韌性的前提下,提高破碎機襯板的耐磨性。

          試驗方法

          鑄件介紹與成分設計

          圖1是某破碎機襯板零件結構示意圖。襯板在工作中要承載高沖擊、磨損,要求材料具有較高的硬度、良好的韌性等力學性能。

          襯板結構示意圖

          合金化及變質改性處理是提高高錳鋼耐磨性的主要方法之一。通過在高錳鋼中加入Cr?Si?Mo?V?Ti等合金元素并進行變質處理,從而在其奧氏體基體上獲得彌散分布的碳化物顆粒以提高材料的耐磨性。通過合金化產生第二相強化機制的碳化物顆粒,利用合金元素對奧氏體基體的強化來增強其形變硬化能力,都是提高高錳鋼耐磨性的有效途徑。

          高錳鋼襯板中Mn?Cr?Si的合理搭配提高了材料的淬透性,降低了馬氏體的轉變溫度,細化了晶粒。此外,添加少量的Mo?Cu和稀土元素,進行微合金化和復合變質處理,凈化了鋼水,有效細化了鑄態組織,使碳化物彌散分布在基體中。

          高錳鋼的熔煉

          高錳鋼在堿性中頻感應爐中熔煉,熔煉過程中盡量避免攪動金屬液,以減少爐料的氧化。熔煉工藝包括熔化期、鋼水合金化與成分調整、終脫氧、變質處理等階段,熔煉后期加入的料塊不能太大,應烘干至一定溫度。加料順序為:廢鋼、生鐵→鎳板、鉻鐵、鉬鐵→硅鐵、錳鐵→稀土硅鐵→加鋁脫氧→變質處理(采用自制Mo-Cu?V-Ti變質劑)。

          鑄造工藝

          成形方法選擇

          高錳鋼合金的導熱性僅為碳鋼的1/5~1/4,導熱性能差、凝固慢、收縮大,鑄造時易產生熱裂、冷裂。自由收縮為2.4%~3.6%,線收縮大,凝固收縮率(6.5%)也比碳鋼大,對裂紋有較大的敏感性,鑄件凝固時很容易開裂。選擇消失模鑄造,粘結泡沫模型組合成模型簇,刷涂耐火材料并烘干,埋砂振動,在負壓下澆注。一般不設置內冷鐵,熱節處采用外冷鐵,以利于金屬同時或順序凝固。

          澆注系統設計

          澆注系統設計為半封閉式,橫澆道開在上箱鑄件最長一側。下箱設置多個內澆道,呈扁平喇叭狀均勻分布,截面形狀設計的薄、寬程度以便于打斷但不阻礙收縮為準。澆注時砂箱與地面呈5°~10°角放置。為方便清理冒口,采用帶割片的保溫冒口。

          澆注溫度

          高錳鋼的流動性好、充型能力強,選擇的澆注溫度為1500~1 540℃?澆注時遵循低溫快澆的原則,采用慢、快、慢的操作方法。鑄件在箱內冷卻8~16h,待溫度低于200℃時開箱。

          熱處理工藝

          根據襯板的化學成分、鑄態組織、性能要求和使用工況條件,采取“淬火+回火”的熱處理工藝。經反復試驗,得到熱處理工藝更佳方案:以≤100℃/h的速度緩慢升溫;700℃左右保溫1.0~1.5h,在Ac3以上30~50℃保溫2~4h;在強制空冷條件下淬火,降至約400℃時緩慢冷卻至150℃以下;及時回火,在250~400℃保溫2~4h,隨爐冷卻至室溫。操作時要求嚴格控制淬火溫度﹑保溫時間﹑冷卻速度,特別是下貝氏體轉變區溫度的保溫時間。

          試驗結果與分析

          經過化學成分優化設計、新型變質劑處理、合理的鑄造工藝和熱處理等措施,新研發的破碎機襯板無論是顯微組織晶粒、密度,還是碳化物數量、殘余奧氏體量、形狀、大小和分布,都優于普通破碎機襯板。

          經檢測,新產品主要性能指標明顯高于普通產品,見表2。由表2可知,新型高錳鋼襯板的力學性能和耐磨性均優于普通襯板。

          與現有產品技術性能比較

          結語

          通過優化襯板材料的化學成分,加入Cr?Mo等合金元素,增加Mn?Cr?Si含量,使得材料成分更加合理,可以提高高錳鋼合金的淬透性、強度和沖擊韌度;材料不含金屬Ni,降低成本;應用消失模鑄造工藝,澆注系統采用半封閉式、多個扁平喇叭內澆道、帶割片保溫冒口,應用自主研發的變質劑處理;熱處理工藝采取“淬火+回火”,并嚴格按工藝控制淬火溫度、保溫時間、冷卻速度。這些措施能夠有效提高高錳鋼合金襯板的綜合力學性能,改善了高錳鋼襯板的耐磨性,降低了生產成本。

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