上海巍立采用高鉻鑄鐵提高制砂機轉(zhuǎn)子耐磨件壽

時間：2015-01-29作者：上海巍立路橋設(shè)備有限公司瀏覽：13

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展，混凝土用量巨大，消耗了大量的**砂石資源。目前，**砂資源日趨匱乏，質(zhì)量日益下降，而且價格大幅上漲，進而導致混凝土用 砂供需矛盾**，甚至影響了混凝土質(zhì)量。機制砂和人工混合砂能在一定程度上緩解這一矛盾，并且能有效利用石場開采的廢棄物。立軸沖擊式破碎機（制砂機） 是機制砂行業(yè)中普遍使用的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)子耐磨件是較容易磨損失效的配件。國產(chǎn)制砂機除了在技術(shù)上與國外設(shè)備存在巨大差距外，其關(guān)鍵配件的使用壽命嚴重制約 著該類設(shè)備發(fā)展。類似國外設(shè)備的配件供應不及時外，價格太高，如何在國內(nèi)有限的材質(zhì)下，采用合理的鑄造工藝，較大限度的提高關(guān)鍵耐磨配件的使用壽命，進而 提高其經(jīng)濟性，已成為制砂機制造商及用戶首要解決的問題。目前耐磨材料的種類很多，主要有高錳鋼、中錳球鐵、低合金白口鐵等。低合金白口鐵雖然能夠適應低 載荷下的沖擊，但使用壽命較短不是理想的材質(zhì)。高錳鋼屬于奧氏體組織的鋼種，在高沖擊下易產(chǎn)生加工硬化，因而具有一定的耐磨性能，但對于中低應力下的沖擊 則不能發(fā)揮出良好的耐磨性，高鉻鑄鐵是繼高錳鋼之后的*三代耐磨材料，由于其組織中含有理想的M7C3 型共晶碳化物，而且容易得到馬氏體組織，與其它耐磨材料相比則顯示出較大的優(yōu)越性，因此得到廣泛的應用。但高鉻鑄鐵較脆，在制砂機高速高沖擊下容易斷裂、 破碎，而且在實際生產(chǎn)中很難把握其形成機理，得到理想狀態(tài)下的基體組織。針對這種情況，我們在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，進行改進并經(jīng)過相應的熱處理，提高其耐磨 性和使用壽命，從而達到良好的經(jīng)濟效益。
 

 
        2制砂機耐磨件的主要失效形式
        轉(zhuǎn)子體是上海巍立制砂機的 關(guān)鍵部件，它大多是由Q345(16Mn)低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼板經(jīng)焊接構(gòu)成一空心圓柱體，安裝在主軸裝置上部軸端，用圓錐內(nèi)、外套和鍵連接，從而傳遞高速重載 大扭矩（其裝配圖見圖1）。其耐磨件襯板主要由1、上保護圈2、分料盤3、拋料頭、4、下保護圈5、分料板6、上導流板7、反擊板8、下導流板9、鐵砧等 組成。其中上保護圈、拋料頭、下保護圈等為焊接件。
 
 
       制砂機工作時物料由轉(zhuǎn)子上端的中心落料環(huán)進入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中心，由轉(zhuǎn)子中心的耐磨分料盤將物料均勻地分配到轉(zhuǎn)子的各個加速通道，在通道終端安裝有特殊合金材料 的耐磨拋料頭。轉(zhuǎn)子在加速通道中將物料快速加速到65~80 米/ 秒的線速度，先撞擊高強度拋料頭并沿切線方向拋射出去，沖擊到渦動破碎腔中的物料墊層、鐵砧或折返回來的物料上，產(chǎn)生強烈的自粉碎和撞擊粉碎。經(jīng)研究，轉(zhuǎn) 子體耐磨襯板的受力主要來自隨轉(zhuǎn)子體高速旋轉(zhuǎn)的砂石料的摩擦沖蝕及慣性力沖擊，砂石料的摩擦屬于中低載荷，慣性力沖擊隨物料的質(zhì)量大小而增大。如果耐磨襯 板表面硬度較低，在砂石料的沖蝕下，工作面與砂石料間的摩擦力很大，且長時間作用于襯板表面，加之二者發(fā)生相對滑動，使襯板表面出現(xiàn)溝槽，并在相鄰區(qū)域出 現(xiàn)塑性變形，導致葉片表面產(chǎn)生斷裂應變，較終形成裂紋而破碎，使襯板報廢。由此可知，在低載荷沖擊下硬度對耐磨性的影響占主導地位，我們正是利用高鉻鑄鐵 高硬度的特點，對鑄造工藝及熱處理工藝加以改進，從而滿足其工況條件下的使用要求。
 
       3 高鉻鑄鐵襯板的組成成分的優(yōu)化
       3.1 高錳鑄鐵的共晶體
       高鉻鑄鐵是以鉻為主要合金元素，輔以一定量的其它合金元素而組成的抗磨材料，通常含鉻量在12%~35%之間，若含鉻量過大基體中會形成很多硬的碳化物， 雖然具有優(yōu)良的耐磨性能但機械性能特別是延伸性能較差，不宜作為對抗拉強度有一定要求的轉(zhuǎn)字體襯板材料。因此，鉻含量應適中。大多數(shù)高鉻鑄鐵是屬于亞共晶 成分，它們凝固時會先形成奧氏體樹枝晶，接著在一定溫度范圍內(nèi)同時析出奧氏體和M7C3 型碳化物組成的共晶體，這種M7C3 型碳化物的硬度可達HV1300~1800，足可以抵抗石英(HV900~1280)的磨損。其次這種碳化物分布連續(xù)性較差，呈厚片狀，（見圖2）對基體 的削弱作用小，因而能夠使鑄鐵保持較高的韌性，所以我們在工藝優(yōu)化的過程中應力爭在高鉻鑄鐵中得到以馬氏體為基體，分布有M7C3 型碳化物的組織。
 
 
        3.2 碳、鉻比例的優(yōu)化
        一般說來，碳量決定碳化物的數(shù)量，同時還直接影響著材質(zhì)的機械性能，為保證硬度和強度的配合，碳量不宜取過高值。根據(jù)文獻[2]在滿足Cr/C 比在4~8 之間的條件下，取Cr 為13%~18%，則C 取2.5%~3%。在這種情況下，可得到連續(xù)韌性基體上均勻分布M7C3，即高鉻鑄鐵襯板具有較高的耐磨性，同時具備很好的韌性。
 
        3.3 錳、鉬比例的優(yōu)化
        高鉻鑄鐵在中低沖擊工況條件下的理想抗磨組織為馬氏體基體上分布著孤立的桿狀碳化物，而想要獲得馬氏體的基體組織除需要此種材質(zhì)具有良好的淬透性外，較好 是在鑄態(tài)下得到奧氏體組織鉬對于提高淬透性作用很大，但它的價格比較昂貴，所以采用以錳代鉬。根據(jù)文獻[2]對于壁厚60mm 左右的工件Mn 含量在3%左右，Mo 含量在0.5%左右時,即可完全抑制珠光體，獲得單一的奧氏體組織，從而獲得較高的淬透性。
 
        3.4 其他合金元素的優(yōu)化
        銅能提高淬透性，當鉬與銅配合使用時提高淬透性的作用較大，但銅在奧氏體中的溶解度有限，故Cu 選擇0.8%- 1.2%。硅降低淬透性，但同時它又可提高Ms 點，所以當Mn 含量高時，可適當提高Si 的含量，取0.8%~1.0%。硫降低流動性，與錳的親合力較大，會消耗一部分錳。磷則形成磷共晶體，降低鑄件的韌性，所以鑄鐵件中應盡量降低其含量。故 S<0.06%，P<0.1%。綜上所述，高鉻鑄鐵襯板的組成成分的優(yōu)化見表1：
 
 
       4 鑄造工藝及熱處理工藝的優(yōu)化
       4.1 爐料的熔煉工藝
       用0.25t 中頻感應電爐熔化鐵液，為降低生產(chǎn)成本和保證鐵液質(zhì)量，在熔煉過程中主要采取以下措施：4.1.1 采用酸性爐襯熔煉。采用此種方式不僅硅砂價格低廉，而且熔化過程中爐襯不易開裂，熱穩(wěn)定性好。同時電阻率比鎂砂相對要小，有利于熔化效率的提高。 4.1.2 配料時一定要控制爐料成分保證爐料的質(zhì)量。4.1.3采用合理的加料順序。先加少量的鉻鐵及全部的鉬鐵，再依次加入其它爐料，但必須保證爐料的緊實，這樣 有利于導電和導磁。4.1.4 熔化開始應以小功率送電，然后逐步將功率增大，并隨爐料的熔化經(jīng)常搗料。4.1.5 在鐵液澆注前，應將鐵液過熱到1480℃左右，以不使鐵液出現(xiàn)沸騰的“駝峰”現(xiàn)象為準，這有利于鐵合金的充分反應而不會卷入大量的氧化性氣體。4.1.6 應在出爐前10~15min 用錳鐵來預脫氧處理；7~8min用0.25%的硅鐵進行初脫氧；2~3min 用0.05%的鋁進行終脫氧或在澆注過程中加入少量的稀土硅進行變質(zhì)處理。
 
       4.2 澆注工藝
       用事先準備好的砂箱進行手工造型，但應注意澆注系統(tǒng)的合理開設(shè)及冷鐵的使用，嚴格按工藝圖進行。合箱前應仔細檢查型腔是否暢通，以保證鐵液充型，其合箱形 式如圖3。澆注時應遵循高溫出爐低溫澆注的原則，如果澆注溫度過高，不但容易燒壞冷鐵，而且鐵液收縮率較大，易產(chǎn)生鑄造缺陷，所以澆注溫度不宜過高，一般 選在1380~1420℃之間。澆注后應及時打開砂箱，這樣有利于獲得細小晶料的鑄態(tài)組織。
 
 
       4.3 熱處理工藝
       轉(zhuǎn)子體襯板除需要高的硬度外, 還需一定的韌性相配合, 否則會被高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的慣性力折斷, 所以還要進行淬火加回火來提高其綜合性能。熱處理溫度的確定應以獲得均勻而細小的奧氏體晶粒為原則, 以便淬火后得到細小的馬氏體組織。奧氏體晶粒的長大與淬火溫度成正比,所以選擇的溫度不宜過高,而且淬火后還應及時對工件進行回火處理, 這樣不僅可以消除淬火時產(chǎn)生的應力,還可以得到一定數(shù)量的回火馬氏體。因此既保證了基體的高硬度, 同時又提高了襯板的韌性。具體工藝如圖4 所示
 
        合理的對高鉻鑄鐵的組成成分進行優(yōu)化，并采用科學的熔煉、澆注、熱處理工藝，實現(xiàn)了鑄件的順序凝固，在葉片表面產(chǎn)生了致密而均勻的細小的耐磨晶粒組織，使得耐磨襯板的綜合性能得以顯著的發(fā)揮。在PCL立軸式?jīng)_擊破碎機轉(zhuǎn)子體上應用后，平均壽命可達500 小時以上，充分降低了制砂成本，大大彌補了國產(chǎn)制砂機的不足。

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