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 |