CN102327795A - 一种无Cr高硼铁基耐磨双金属复合锤头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无Cr高硼铁基耐磨双金属复合锤头及其制备方法，属于金属耐磨材料技术领域。以无Cr高硼铁基耐磨合金作为锤头耐磨层，碳钢作为锤头韧性层。先浇注锤柄上、下部（锤头韧性层），待其清砂、打磨、酸洗后，放入铸造砂型后预热，再浇注锤头的耐磨层。锤头结构中锤柄上、下部设计为封闭式整体，锤头耐磨层包络韧性层，具有整体结合较好，使用寿命长，生产成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无Cr高硼铁基耐磨合金和碳钢的双金属复合锤头的制备方法，属于金属耐磨材料制造领域。
背景技术
由于硼在我国储量丰富，价格低廉，对于硼作为合金添加元素无疑会降低成本。因而对于硼作为主要合金元素的铸造铁基合金，其研究备受国内外关注，前苏联、日本、澳大利亚的学者以及中国学者先后进行了一定的研究。
我国的郭长庆、符寒光、刘仲礼陆续开展了含Cr的Fe-C-B相关研究，并进行了工程应用。结果表明，在Fe-Cr-B合金中，硼以高硬度、高稳定性的Fe2B形式存在，控制碳硼比和适当的热处理工艺，可以获得较高的硬度和冲击韧性，抗冲击磨料磨损性能与高铬铸铁相当，是高锰钢的4倍。但这些研究都是基于加Cr为前提。
专利CN86106682A公开了一种白口铸铁与铸钢的双金属复合铸造方法，采用“镶铸”和“双液”两种复合铸造工艺方法，通过自制的SIV双金属结合部位保护剂，既保护了结合部位高温下的清洁，防止高温氧化，并促使两种材料的热交换，便于双金属的牢固结合。该工艺的双金属复合铸造的整体结合性良好，生产出的零件具有优良的抗磨性、耐热性、耐蚀性。但由于采用白口铸铁作为耐磨层，需以碳化物或铬碳化物作为增强相，并需加入Cr、Mo、V合金元素，随着这些元素价格的不断上涨，其成本也不断增加，限制了其在耐磨领域更广泛的应用。
专利CN2123371U公开了一种由上下两部分组成的锤式破碎机双金属复合锤头，采用高锰钢、中锰钢或普通碳钢材料作为双金属复合锤头的上部，用耐磨材料（如高铬铸铁）作为锤头的下部，并留有燕尾槽便于锤头上、下部配合。这种双金属复合不仅需要以Cr或Mn为主要合金元素，而且，燕尾槽连接条件下，锤头的抗冲击能力差，在燕尾槽结合部位容易出现断裂。
专利CN2291972Y公开了一种双金属复合锤头，由合金钢锤头和耐磨圆柱棒（高铬铸铁、 硬质合金、一般白口铸铁、低铬白口铸铁等）组成，采用消失模铸造，可以达到优良的冶金结合。但由于耐磨棒在锤头处的体积比较小，限制了其耐磨性。
专利CN101239380A公开了一种双金属复合铸造板锤生产工艺方法，以高铬铸铁与铸钢的双金属复合铸造块作为耐磨层，解决了高铬铸铁不易加工或焊接的问题，锤柄为低合金钢（或合金铸钢），然后通过焊接、螺纹连接、燕尾组合连为一体，降低了生产成本，但制作工艺较复杂，锤柄和复合铸造块的结合性能一般。
可见，目前的镶铸复合耐磨锤头的耐磨层大都以高铬铸铁为主，普遍存在生产成本较高的问题；而以高锰钢作耐磨锤头的，抗冲击能力差，只能在高应力冲击场合中使用。这些问题的存在，使得现有技术的应用范围受到了很大的限制。利用镶铸工艺，采用无Cr高硼铁基合金和碳钢双金属复合，降低生产成本的技术未见报道。
发明内容
本发明目的是提供一种双金属复合锤头及其制备方法，以无Cr高硼铁基耐磨合金作为锤头耐磨层、碳钢作为锤头韧性层，降低双金属复合锤头的生产成本。
本发明的双金属复合锤头，由锤柄上部、锤柄下部和锤头耐磨层组成，锤柄上、下部为锤头韧性层，外层为耐磨层（覆盖在韧性层上），锤头韧性层为碳钢，锤头耐磨层化学成分重量百分比为：C 0.3～1.0%，B 1.0～4.5%，Si 0.3～0.4％，Mn 0.2～0.4％，S＜0.05%，P＜0.05%，其余为Fe。
本发明实现上述目所采取的技术方案是：先用碳钢浇注锤头韧性层，然后浇注无Cr的高硼铁基耐磨材料作为锤头耐磨层。本发明具体制备步骤如下：
（1）制备锤头韧性层：用废钢作为原料放入熔炼炉内熔炼，控制钢水化学成分在碳钢含碳量0.35%～0.55%范围内,待钢水熔清后，加钢水重量0.1～0.3% 的Al进行脱氧，扒渣后在1540℃～1580℃出炉，浇注锤头的韧性层部分，待锤头的韧性层自然冷却后，清砂、打磨、结合部位表面酸洗。
（2）将步骤（1）得到的锤头韧性层（锤柄上、下部）放入锤头铸造砂型中，进行预热，预热温度为300℃～350℃。
（3）制备锤头耐磨层：将废钢放入熔炼炉中熔炼，待钢水熔清后加入硼铁继续熔炼，控制其化学成分重量百分比为：C 0.3～1.0%、B 1.0～4.5%、Si 0.3～0.4％、Mn 0.2～0.4％、S＜0.05%、P＜0.05%、其余为Fe；温度升至1550℃～1600℃，加钢水重量0.1～0.3% 的纯Al脱氧，扒渣后出炉；出炉后静置自然冷却至1450℃～1500℃，再将金属液浇注到已放入锤柄的砂型中，使金属液在型腔内凝固成型，将锤头韧性层包在其中，形成双金属复合锤头。
所述碳等各元素含量的控制采用传统方法进行。如，碳含量的控制通过加入生铁或者低碳钢的方法进行。
本发明与现有技术相比，具有如下特点：
（1） 锤头结构中锤柄上、下部设计为整体封闭式，便于更好地与耐磨层结合；锤头耐磨层包络韧性层，可以增加锤头使用寿命。
（2） 我国硼元素储量丰富，价格低廉，用B元素代替价格飞涨的合金元素Cr、Mo、Ni、V等制备耐磨材料，将大大降低成本；
（3） 生产工艺简单，便于推广应用。
附图说明
附图1中，1-锤柄上部，2-锤柄下部，3-锤头耐磨层（锤头外层）。1、2为锤头韧性层。
具体实施方式
实施例1：
（1）制备锤头韧性层：用废钢作为原料放入中频感应炉内熔炼，检测钢水含碳量为0.2%，加入生铁调整钢水化学成分为含碳量0.35%，待熔清后，加钢水重量0.1%的Al脱氧、扒渣后在1540℃出炉,然后出炉浇注锤柄上、下部（锤头韧性层），待其自然冷却后，清砂、打磨、结合部位表面酸洗。
（2）将步骤（1）得到的锤头韧性层（锤柄上、下部）放入锤头铸造砂型中，进行预热，预热温度为300℃。
（3）制备锤头耐磨层：将废钢放入中频感应炉中熔炼，待钢水熔清后加入硼铁继续熔炼，用常规方法控制钢水其化学成分为C 0.3%、B 4.5%、Si 0.4％、Mn：0.2％、S 0.03%，P 0.01%，其余为Fe（重量百分比）。温度升至1550℃，加钢水重量0.1%的 Al脱氧，扒渣后出炉；出炉后静置自然冷却至1450℃，再将金属液浇注到已放入锤柄的砂型中，使金属液在型腔内将凝固成型，将锤头韧性层包在其中，形成双金属复合锤头。
实施例2：
（1）制备锤头韧性层：用废钢作为原料放入中频感应炉内熔炼，检测钢水含碳量为0.45%，待熔清后，加钢水重量0.2%的Al脱氧、扒渣后在1560℃出炉, ,然后出炉浇注锤柄上、下部（锤头韧性层），待其自然冷却后，清砂、打磨、结合部位表面酸洗。
（2）将步骤（1）得到的锤头韧性层（锤柄上、下部）放入锤头铸造砂型中，进行预热，预热温度为320℃。
（3）制备锤头耐磨层：将废钢和生铁放入中频感应炉中熔炼，待钢水熔清后加入硼铁继续熔炼，用常规方法控制钢水化学成分为C 0.7%、B 2.1%、Si 0.2％、Mn：0.4％、S 0.04%，P 0.04%，其余为Fe（重量百分比）。温度升至1570℃，加钢水重量0.2% 的 Al脱氧，扒渣后出炉；出炉后静置自然冷却至1470℃，再将金属液浇注到已放入锤柄的砂型中，使金属液在型腔内将凝固成型，将锤头韧性层包在其中，形成双金属复合锤头。
实施例3：
（1）制备锤头韧性层：用废钢作为原料放入中频感应炉内熔炼，检测钢水含碳量为0.65%，加入低碳钢调整碳含量为0.55%，待熔清后，加钢水重量0.3%的Al脱氧、扒渣后在1580℃出炉，然后出炉浇注锤柄上、下部（锤头韧性层），待其自然冷却后，清砂、打磨、结合部位表面酸洗。
（2）将步骤（1）得到的锤头韧性层（锤柄上、下部）放入锤头铸造砂型中，进行预热，预热温度为350℃。
（3）制备锤头耐磨层：将废钢放入中频炉中熔炼，待钢水熔清后加入硼铁继续熔炼，用常规方法控制化学成分为C 1.0%、B 1.0%、Si 0.3％、Mn：0.3％、S 0.04%， P 0.03%，其余为Fe（重量百分比）。温度升至1600℃，加钢水重量0.3%的 Al脱氧，扒渣后出炉；出炉后静置自然冷却至1500℃，再将金属液浇注到已放入锤柄的砂型中，使金属液在型腔内将凝固成型，将锤头韧性层包在其中，形成双金属复合锤头。
Claims (4)
1.一种无Cr高硼铁基耐磨双金属复合锤头，其特征在于：由锤柄上部、锤柄下部和锤头外层组成，锤柄上、下部为锤头韧性层,锤头外层作为耐磨层，锤头韧性层为碳钢，锤头耐磨层为无Cr高硼铁基耐磨材料。
2.根据权利要求1所述的无Cr高硼铁基耐磨双金属复合锤头，其特征在于：无Cr高硼铁基耐磨层的化学成分重量百分比为：C 0.3～1.0%，B 1.0～4.5%，Si 0.3～0.4％，Mn 0.2～0.4％，S＜0.05%，P＜0.05%，其余为Fe。
3.一种无Cr高硼铁基耐磨双金属复合锤头的制备方法，其特征在于：先浇注锤头碳钢韧性层，然后在锤头韧性层外浇注无Cr高硼铁基耐磨层，得到双金属复合锤头。
4.根据权利要求3所述的无Cr高硼铁基耐磨双金属复合锤头的制备方法，其特征在于：具体的制备步骤如下：
（1）制备锤头韧性层：用废钢作为原料放入熔炼炉内熔炼，控制钢水化学成分在碳钢含碳量0.35%～0.55%范围内,待钢水熔清后，用钢水重量0.1～0.3%的Al进行脱氧，扒渣后在1540℃～1580℃出炉，浇注锤头的韧性层部分，待锤头韧性层部分自然冷却后，清砂、打磨、结合部位表面酸洗；
（2）将步骤（1）得到的锤柄上、下部（锤头韧性层）放入锤头铸造砂型中，进行预热，预热温度为300℃～350℃；
（3）制备锤头耐磨层：将废钢放入熔炼炉中熔炼，待钢水熔清后加入硼铁继续熔炼，控制其化学成分重量百分比为：C 0.3～1.0%、B 1.0～4.5%、Si 0.3～0.4％、Mn 0.2～0.4％、S＜0.05%、P＜0.05%、其余为Fe；温度升至1550℃～1600℃，加入钢水重量0.1～0.3%的Al进行脱氧，扒渣后出炉；出炉后静置自然冷却至1450℃～1500℃，再将金属液浇注到已放入锤柄的砂型中，使金属液在型腔内凝固成型，将锤头内部韧性层包络在其中，形成双金属复合锤头。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120125 |