一種抗磨鑄鐵材料及制備其的方法和其制成的螺旋葉護板的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種抗磨鑄鐵材料及制備其的方法和其制成的螺旋葉護板。一種抗磨鑄鐵材料，由以下質量百分比的化學成分組成：C2.0～3.3％，Si≤1.2％，Mn≤2.0％，Cr23～30％，Ni0.8～1.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，V0.3～0.5％，Ti0.08～0.12％，余量為Fe。該鑄鐵材料的淬透性、韌性和耐磨性都比較好，其中添加了Ni、V、Ti三種合金元素不僅進一步提高了該材料的耐磨性，而且增強了該材料的強度、淬透性和韌性。該材料的制備方法簡單，操作方便，利于該材料的生產、應用及推廣。通過上述抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板具有良好的沖擊韌性和耐磨性，應用在螺旋葉片上使螺旋葉片整體的耐磨性和沖擊韌性明顯提高了，增加了螺旋葉片和螺旋總成的使用壽命，節約了成本。
【專利說明】一種抗磨鑄鐵材料及制備其的方法和其制成的螺旋葉護板

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬材料及制備的方法和應用，具體涉及一種抗磨鑄鐵材料及制 備其的方法和其制成的螺旋葉護板。

【背景技術】
[0002] 隨著技術水平不斷的提高，人們對于抗磨鑄鐵材料的耐磨性、強度、韌性、可塑性 等要求也越來越高。傳統的，耐磨鋼韌性較好，但其耐磨性較差；而高鉻鑄鐵材料（例如：
[0003] KmTBCr26)的耐磨性能優異，但由于其單一鉻（Cr)合金化使鑄鐵的淬透性和韌性 不足，在鑄造及熱處理時裂紋傾向大，使用中也易發生早期掉塊和裂斷。
[0004] 在選礦領域中，物料的螺旋攪拌和螺旋輸送設備，特別是螺旋直徑大于1米的設 備廣泛應（例如，選礦超細磨用塔式磨機、磨礦用分級機、粒狀物料螺旋輸送機等）。進行螺 旋攪拌和螺旋輸送的工況一般比較復雜惡劣，既有泥沙的沖蝕磨損，同時又有石塊等大型 塊物體的沖鑿作用，由于螺旋葉片需經拉伸焊接等加工（與旋轉軸形成螺旋總成），其材質 要求一定延伸率和焊接性，而此類材質耐磨性都相對較低，至使螺旋葉片在使用中易磨損 而造成整個螺旋總成報廢。


【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種淬透性、韌性和耐磨性均較好的一種抗磨鑄 鐵材料。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種抗磨鑄鐵材料，由以下質量百分比的 化學成分組成：C 2. 0 ?3. 3%，Si 彡 1. 2%，Mn 彡 2. 0%，Cr 23 ?30%，Ni 0· 8 ?1. 2%， P 彡 0· 05%，S 彡 0· 05%，V 0· 3 ?0· 5%，Ti 0· 08 ?0· 12%，余量為 Fe。
[0007] 本發明一種抗磨鑄鐵材料的有效化學成分是基于KmTBCr26而設計，進一步確定 了 Ni的范圍并新加入V、Ti元素，其依據及限定含量范圍的理由如下：
[0008] 從生產實踐中，我們發現采用KmTBCr26生產的高鉻襯板，經常發生熱裂現象，特 別是收縮受阻時。而當鑄件壁太厚或壁厚不勻時，殘留應力會很大，又極易發生冷裂，所以 此類白口鑄鐵件在鑄造和熱處理時裂紋傾向都較大。另外由于KmTBCr26鑄件雖然在滑動 接觸的磨料磨損條件下有很高的耐磨性；但由于其韌性差，在高角度沖擊磨損下就會因應 力積累而疲勞剝落，甚至斷裂破碎。例如，我們用此材質生產的一種螺旋葉護板，其外形鑄 造時會收縮受阻，而壁相對較厚且壁厚不勻，所以鑄造和熱處理時經常產生裂紋缺陷；實踐 使用中也易發生早期掉塊和裂斷。
[0009] Ni-方面可以進一步提高高鉻白口鑄鐵的淬透性，使其得到更耐磨的馬氏體和 M7C3共晶碳化物組織。更重要的是對于大截面高鉻白口鑄鐵，鎳（Ni)的加入能有效細化晶 粒、抑制珠光體形成（珠光體白口鑄鐵熱裂傾向最大），增加其韌性，從而大大降低裂紋傾 向。但鎳也是石墨化元素，并增加殘余奧氏體的數量，過多的鎳會使該材料的耐磨性有所降 低。因此該材料中限定鎳的質量百分比為0.8?1.2%。
[0010] 本發明新加入V、Ti元素，對KmTBCr26生產的鑄件其淬透性和韌性加以改善，并進 一步提高其耐磨性。
[0011] V是強烈的碳化物形成元素，形成最耐磨的MC型碳化物，VC硬度可達HV2800,且彌 散分布，強化基體；釩（V)可使粗大的柱狀晶細化，又是增加白口化傾向和淬透性的元素， 幾方面都能強化該材料耐磨性；在該材料中添加釩的質量百分比為0. 3?0. 5%。
[0012] Ti更是強烈的碳化物形成元素，而且TiC更穩定，不溶解，TiC硬度可達HV3200， 彌散分布，強化基體，提高耐磨性。在該材料中添加鈦的質量百分比為0. 08?0. 12%。
[0013] 本發明還提供了一種工藝簡單的制備上述一種抗磨鑄鐵材料的方法，包括以下步 驟：
[0014] (1)、將除V、Ti以外的各種投爐料按上述組成和熔煉工藝要求依次加入到中頻爐 中熔化；
[0015] (2)、將細顆粒的釩鐵、鈦鐵加入鐵水包內，用沖入法加入V、Ti元素。
[0016] (3)、當鐵液達到1490°C?1520°C時出爐，出爐時在鐵水包內或流鐵槽內加稀土 硅和硅鈣進行孕育處理；
[0017] (4)、待鐵液達到1370°C?1400°C時進行澆注。
[0018] (5)、對澆注后鑄件進行保溫冷卻。
[0019] 進一步的是，對上述鑄件進行950°C?970°C吹風正火處理，再進行270°C?290°C 回火處理。
[0020] 本發明要解決的另一個技術問題是提供了一種沖擊韌性和耐磨性很好的一種抗 磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板。
[0021] 本發明要解決其另一個技術問題所采用的技術方案是：一種抗磨鑄鐵材料制成的 螺旋葉護板，該護板是由上述一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋形板塊。
[0022] 進一步的是，所述板塊下側設有臺階，用于與螺旋葉片配合安裝。
[0023] 進一步的是，所述板塊上設有通孔，用于與螺旋葉片固定。
[0024] 進一步的是，所述板塊上側設有傾斜向上的臺階，使得該板塊形成外厚內薄的板， 耐磨效果更好。
[0025] 進一步的是，對該護板進行950°C?970°C吹風正火處理，再進行270°C?290°C回 火處理。
[0026] 本發明的有益效果是：該抗磨鑄鐵材料基于KmTBCr26,但是其中添加了 Ni、V、Ti 三種合金元素不僅進一步提高了該材料的耐磨性，而且增強了該材料的強度、淬透性和韌 性，使其同時具有較好的淬透性、韌性和耐磨性。通過制備該抗磨鑄鐵材料的工藝步驟可以 看出，該材料的制備方法簡單，操作方便，利于該材料的生產、應用及推廣。通過上述抗磨鑄 鐵材料制成的螺旋葉護板具有良好的沖擊韌性和耐磨性，與KmTBCr26材料制成的護板相 比該護板表面平均硬度更高，相同條件下磨損量為KmTBCr26材料制成的護板的80%以下， 在螺旋葉片上安裝由該抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，使螺旋葉片整體的耐磨性和沖擊 韌性明顯提高了，增加了螺旋葉片和螺旋總成的使用壽命，節約了成本；該護板還具有機構 簡單、安裝方便等優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板的實施結構示意圖；
[0028] 圖2為圖1中螺旋葉護板的橫截面剖視圖；
[0029] 圖3為該螺旋葉護板在螺旋葉片上的應用視圖；
[0030] 圖4為圖3中螺旋葉護板應用的橫截面剖視圖；
[0031] 圖中標記為：板塊1、臺階11、斜臺階12、通孔13、螺旋葉片2、螺栓3。

【具體實施方式】
[0032] -種抗磨鑄鐵材料，由以下質量百分比的化學成分組成：C 2.0?3. 3%， Si 彡 1·2%，Μη 彡 2.0%，Cr 23 ?30%，Ni 0.8 ?1·2%，Ρ 彡 0.05%，S 彡 0.05%，V 0.3 ? 0· 5%，Ti 0· 08 ?0· 12%，余量為 Fe。
[0033] 控制化學成分的質量百分含量，不僅使該材料同時擁有良好的淬透性、韌性和耐 磨性，還可以提高抗磨材料的力學性能。
[0034] 本發明的最主要的改進點是在材料中進一步確定了 Ni的范圍并新加入了 V、Ti， 通過V、Ti細化晶粒，固溶強化基體組織，進一步改善和提高材料的綜合性能。V、Ti均是 強碳化物形成元素，在鑄鐵中，當V > 0. 1 %時，鑄鐵中即析出碳化物VC，其顯微硬度高達 HV2800 (鉻合金碳化物M7C3顯微硬度只有HV1300-1800);在鑄鐵中，Ti形成碳化物TiC，顯 微硬度高達HV3200。這些碳化物不僅硬度高，而且和基體組織結合緊密，在磨料磨損過程 中既不會破碎也不會變形，具有優良的抗磨性能。V、Ti的加入可以起到微合金化的作用， 降低稀土變質劑的加入量，以利節約成本費用。同時，V、Ti可以提高冶煉時鐵水的流動性。 而且，V、Ti鐵合金可以采用釩鈦生鐵進行替換并冶煉，可以大大降低生產成本。V、Ti可以 全面的提高鑄鐵材料的綜合使用性能，使用壽命比不加 V、Ti合金的鑄件提高30%以上。
[0035] 實施例1
[0036] 抗磨鑄鐵材料，由以下質量百分比的化學成分組成：C 2. 1%，Si 0.8%，Μη 0.7%，Cr 25.2%，Ni 0·9%，Ρ 0.05%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.42%，余量為 Fe 和不可 避免的雜質。
[0037] 本實施例抗磨鑄鐵材料的制備方法：
[0038] (1)、按該實施例中的材料成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要 求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內加熱溶化，溶清 后再加入鎮板、娃鐵和猛鐵；（2)、將細顆粒的f凡鐵、欽鐵加入鐵水包內，用沖入法加入V、 Ti元素；（3)、調節成分至合適范圍（質量百分比的化學成分組成：C 2.1%，Si 0.8%，Μη 0.7%，Cr 25.2%，Ni 0·9%，Ρ 0.05%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.42%，余量為 Fe 和不可 避免的雜質）后，溫度升至1505°C出爐，出爐時在鐵水包內或流鐵槽內加稀土硅和硅鈣進 行孕育處理；（4)、待鐵液達到1397°C時進行澆注；（5)對澆注后鑄件進行保溫冷卻，清除冒 口、飛邊、披縫等；（6)鑄件在熱處理爐中退火處理后進行機加工；（7)鑄件在熱處理爐內升 溫到961°C吹風正火處理，再在溫度289°C下進行回火處理。
[0039] 實施例2
[0040] 抗磨鑄鐵材料，由以下質量百分比的化學成分組成：C 2.2%，Si 0.8%，Μη 0.6%，Cr 25.4%，Ni 0·9%，Ρ 0.045%，S 0.049%，Ti 0· 10%，V 0.38%，余量為 Fe 和不 可避免的雜質。
[0041] 本實施例抗磨鑄鐵材料的制備方法：
[0042] (1)、按該實施例中的材料成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要 求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內加熱溶化，溶清 后再加入鎮板、娃鐵和猛鐵；（2)、將細顆粒的f凡鐵、欽鐵加入鐵水包內，用沖入法加入V、 Ti元素；（3)、調節成分至合適范圍（質量百分比的化學成分組成：C 2. 2%，Si 0.8%，Μη 0.6%，Cr 25.4%，Ni 0·9%，Ρ 0.045%，S 0.049%，Ti 0· 10%，V 0.38%，余量為 Fe 和不 可避免的雜質）后，溫度升至1492°C出爐，出爐時在鐵水包內或流鐵槽內加稀土硅和硅鈣 進行孕育處理；（4)、待鐵液達到1373°C時進行澆注；（5)對澆注后鑄件進行保溫冷卻，清除 冒口、飛邊、披縫等；（6)鑄件在熱處理爐中退火處理后進行機加工；（7)鑄件在熱處理爐內 升溫到969°C吹風正火處理，再在溫度281°C下進行回火處理。
[0043] 下面結合附圖對發明一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板作進一步說明。
[0044] 如圖1、2所示，一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，是由所述的一種抗磨鑄鐵 材料制成的螺旋形板塊1。
[0045] 具體的，所述板塊1下側設有臺階11 ;所述板塊1上設有通孔13 ;所述板塊1上側 設有傾斜向上的斜臺階12 ;如圖1、2、3、4所示。
[0046] 從圖3、4中可以看出，該護板通過臺階11與螺旋葉片2配合，并安裝在螺旋葉片 2的上表面；螺栓3穿過該護板上所設的通孔13,把該護板固定在螺旋葉片2上。板塊1上 側設有傾斜向上的斜臺階12,使得該板塊1形成外厚內薄的護板，沖擊韌性和耐磨性更好。
[0047] 實施例3
[0048] -種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板選用本發明中的一種抗磨鑄鐵材料，由以 下質量百分比的化學成分組成：C 2.1%，Si 0.9%，Μη 0.8%，Cr 25.5%，Ni 0.9%，P 0· 045%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.44%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0049] 本實施例一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板的制造過程：
[0050] (1)、按該實施例中的材料成分要求，制定配料方案；將各種投爐料按熔煉工藝要 求依次加入到中頻爐中熔化，即通電后，依次將生鐵、廢鋼、鉻鐵投入爐內加熱溶化，溶清 后再加入鎮板、娃鐵和猛鐵；（2)、將細顆粒的f凡鐵、欽鐵加入鐵水包內，用沖入法加入V、 Ti元素；（3)、調節成分至合適范圍（質量百分比的化學成分組成：C 2.1%，Si 0.9%，Μη 0.8%，Cr 25.5%，Ni 0.9%，Ρ 0· 045%，S 0.05%，Ti 0.08%，V 0.44%，余量為 Fe 和不 可避免的雜質）后，溫度升至1518°C出爐，出爐時在鐵水包內或流鐵槽內加稀土硅和硅鈣 進行孕育處理；(4)、待鐵液達到1385°C時進行澆注，把鐵液澆注到制作該護板的模具內； (5)對澆注后鑄件進行保溫冷卻，清除冒口、飛邊、披縫等；(6)鑄件在熱處理爐中退火處理 后進行機加工：板塊1下側表面銑一個與螺旋葉片2厚度一樣的臺階11，在板塊2上鉆兩 個用于固定的通孔13,在板塊1上表面銑一個斜臺階12,使板塊1的螺旋外側厚與螺旋內 側；（7)護板在熱處理爐內升溫到952°C吹風正火處理，再進行272°C回火處理。
[0051] 對比試驗：
[0052] 某Φ 3000選礦塔式磨機用螺旋葉護板：用現有的KmTBCr26材料制做螺旋葉護板 A ;用本發明一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板B ;兩材質護板均采用相同鑄造工藝并同 爐熱處理。
[0053] 磨損方式：濕式攪拌
[0054] 磨球：直徑Φ 16,材質為KmTBCr26,硬度48?52HRC ;
[0055] 磨料：200 目占 60%;
[0056] 螺旋轉速：38轉/分
[0057] 安裝位置：同機雙螺旋，分別安裝螺旋葉護板A和螺旋葉護板B，皆位于螺旋葉片2 最下部第一塊（此處磨損最大）。
[0058] 試驗數據：

【權利要求】
1. 一種抗磨鑄鐵材料，其特征在于，由以下質量百分比的化學成分組成：c 2.0? 3.3%，Si 彡 1·2%，Μη 彡 2.0%，Cr 23 ?30%，Ni 0.8 ?1·2%，Ρ 彡 0.05%，S 彡 0.05%， V 0· 3 ?0· 5%，Ti 0· 08 ?0· 12%，余量為 Fe。
2. 制備權利要求1所述一種抗磨鑄鐵材料的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、將除V、Ti以外的各種投爐料按所述組成和熔煉工藝要求依次加入到中頻爐中熔 化； (2) 、將細顆粒的釩鐵、鈦鐵加入鐵水包內，用沖入法加入V、Ti元素； (3) 、當鐵液達到1490°C?1520°C時出爐，出爐時在鐵水包內或流鐵槽內加稀土硅和 硅鈣進行孕育處理； (4) 、待鐵液達到1370°C?1400°C時進行澆注； (5) 、對澆注后鑄件進行保溫冷卻。
3. 如權利要求2所述的制備一種抗磨鑄鐵材料的方法，其特征在于：對鑄件進行 950°C?970°C吹風正火處理，再進行270°C?290°C回火處理。
4. 一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，其特征在于：由權利要求1所述的一種抗磨 鑄鐵材料所制成的螺旋形板塊（1)。
5. 如權利要求4所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，其特征在于：所述板塊 (1)下側設有臺階（11)。
6. 如權利要求5所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，其特征在于：所述板塊 (1)上設有通孔（13)。
7. 如權利要求6所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，其特征在于：所述板塊 (1)上側設有傾斜向上的斜臺階（12)。
8. 如權利要求4至7中任一項所述的一種抗磨鑄鐵材料制成的螺旋葉護板，其特征在 于：對該護板進行950°C?970°C吹風正火處理，再進行270°C?290°C回火處理。
【文檔編號】C22C37/10GK104120333SQ201410386912
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】丁春明, 黃勇, 蔣興德, 邵玉川, 陳焱 申請人:四川鴻艦重型機械制造有限責任公司