本發明涉及材料
技術領域：
，具體的說是一種等溫凝固大型襯板的制備工藝。
背景技術：
：隨著采礦業的發展，采礦業破磨設備越來越趨于大型化，同時破磨設備用襯板材料亦越來越大型化、厚重化。襯板的大型化、厚重化對其制造工藝提出更高、更嚴苛的要求。大型襯板凝固過程中由于單次組織鋼水多，結晶釋放熱能較多，在壁厚較大的位置由于導熱效果差容易集聚大量熱能，結晶速度緩慢，帶來直接結果是易形核原子在液態金屬內快速擴散，在襯板芯部結晶線前端快速集聚，造成后凝固的襯板芯部有益成分缺失。同時，在時間順序上，由于襯板芯部后結晶凝固，凝固收縮是鋼液補充通道被優先凝固的外部結構阻斷，容易造成襯板芯部疏松和微觀孔洞。直接影響襯板芯部組織性能，宏觀表現為襯板芯部耐磨性能差。比如直徑大于10m的大型磨機襯板，其橫截面為梯形結構，采用鉻鉬合金鋼成分，在高度為340mm的梯形橫截面自上而下每隔10mm取樣檢測成分、硬度、沖擊值。結果顯示在距離表面80mm位置出現微觀孔洞；在距離表面100mm位置，提供馬氏體形成的主要元素cr、mo、mn、si等元素較表層約降低3-5%，明顯形成了成分偏析。除去熱處理時淬透性因素，成分偏析是導致大型襯板芯部硬度不高、耐磨性不足的主要原因。不僅是大型襯板制造過程存在上述困擾，其他壁厚較大零件鑄造過程同樣存在上述問題，因此深入研究合理的大型鑄件鑄造工藝、制造表里成分均勻，內部缺陷較少的大型鑄件是我國廣大材料科技工作者的當務之急。技術實現要素：本發明目的是為解決上述技術問題的不足，提供一種等溫凝固大型襯板的制備工藝，采用本發明的計算方法得到冷卻凝固干預條件（內置冷鐵）的外形尺寸及安放位置，實現了大型襯板鑄造過程的等溫凝固。本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種等溫凝固大型襯板的制備工藝，通過設置冷卻凝固干預條件實現大型襯板的等溫凝固，在大型襯板最大厚度位置安放內置冷鐵。所述等溫凝固大型襯板的制備工藝，包括以下步驟：步驟一、首先通過以下算法得內置冷鐵的質量：式中：———鋼液溫度損失系數，一般取0.58-0.62；———本體鋼液的結晶釋放熱能，j；———內置冷鐵熔化吸收熱能，j；式中：c———鋼液的比熱容，一般取450j/kg.℃；———本體鋼液的質量，kg；———鋼液的澆鑄溫度，℃；———本體鋼液完全液相溫度，℃；式中：c———內置冷鐵的比熱容，一般取450j/kg.℃；———內置冷鐵的液相溫度，一般取1535-1539℃；———室溫；式中：c———內置冷鐵的比熱容，一般取450j/kg.℃；———純鐵的熔點，一般取1535-1539℃；———溫度系數，每種元素對應固定值；———鋼液中組元i的實際質量分數，%；———c、si、mn、p、s、al、cr等元素；———鋼中氮、氫、氧等氣體對純鐵熔點的綜合影響的溫度系數，℃步驟二、基于鋼液在“模具型腔內各向導熱速率相同原則”和“最小尺寸方向熱能可以滿足冷鐵熔融原則”確定內置冷鐵的形狀尺寸，；即基于以下公式計算求得內置冷鐵的外形尺寸和內置冷鐵的安放位置；式中：———內置冷鐵的長度尺寸，m；———零件的長度尺寸，m；———冷鐵的密度，kg/m3；———零件的最小厚度，m；步驟三、通過上述公式（1）-（5）制作內置冷鐵，并將其穩妥安放在模型型腔內。澆鑄成分合格的鋼液，即可實現大型襯板的等溫凝固。將澆鑄完成后的大型襯板在型腔內保溫至室溫后開箱。對大型襯板進行清砂處理。根據大型襯板材料特性進行熱處理。有益效果是：1、本發明等溫凝固大型襯板制備方法中，采用本發明的計算方法得到冷卻凝固干預條件（內置冷鐵）的外形尺寸及安放位置，該計算方法得理論計算依據是熱量守恒定律；實現了大型襯板鑄造過程的等溫凝固，保證了大型襯板內外成分均勻、芯部補縮充分、微觀缺陷少。2、本發明成本低，制作過程中無新設備添加及原有設備改進需求。凝固干預條件（內置冷鐵）外形尺寸、安放位置算法通用性強，不僅適用于大型襯板的制造，其他厚大鑄件也可以適用；等溫凝固效果好，零件組織致密，成分均勻。附圖說明圖1是本發明的實施例1中襯板內置冷鐵示意圖；圖2是本發明的實施例1中襯板在a-a處的剖面圖；圖3是本發明的實施例2中襯板內置冷鐵示意圖；圖4是本發明的實施例2中襯板在b-b處的剖面圖；圖中標記是：1、內置冷鐵。具體實施方式本發明的實施例僅用以說明而非限定本發明的技術方案。本發明中內置冷鐵的算法具有原創性，不僅適用在大型襯板的生產制造，對其他厚大鑄件生產同樣適用。具體零部件的替換應涵蓋在本發明的所要求保護。實施例1本實施例制備的大型襯板用在直徑10.3m的半自磨機上，襯板外形最大尺寸為340mm*960mm*1980mm，單重2.35t，材料為合金鋼，具體成分如下表：表1：實施例1襯板成分表根據公式（1）-（5）計算求得上述材料的完全液相溫度為1478℃，在室溫20℃、1580℃出鋼澆鑄，內置冷鐵的質量為91.8kg；凝固干預條件（內置冷鐵）外形尺寸為長度796mm，半徑68mm；安放位置為襯板的中心位置。本實施例的大型襯板制備方法包括以下步驟：根據上述計算結果準備尺寸、成分合格的內置冷鐵，并通過直徑約5mm的細鋼筋將其固定在模型的正中心位置；澆鑄成分合格，出鋼溫度1580℃的熔融鋼液，模型內保溫至室溫，開箱清砂；對清砂后的襯板進行電爐加熱。箱式電阻加熱爐加熱，30℃/h加熱至360℃保溫1h，80℃/h加熱至650℃，保溫1h，100℃/h加熱至980℃快速入水淬火處理。由上述制備方法所制得大型襯板，芯部硬度可達到hrc42，較未采取等溫凝固的襯板芯部硬度hrc37有明顯提高，觀察芯部微觀組織，無氣孔等微觀缺陷。該襯板應用在鉬礦球磨機上，使用壽命是未采取等溫凝固處理的襯板的1.3倍，達到4個月。實施例2本實施例制備的大型襯板是顎式破碎機上用的大型襯板，襯板最大外形尺寸為1557mm*1256mm*197mm，單重2.12t，材料為高猛鋼，具體成分如下表：表2：實施例2襯板成分表csimnpscr0.9~1.30.3-0.811.0-14.0≤0.045≤0.041.5-2.5根據公式（1）-（5）計算求得上述材料的完全液相溫度為1395℃，在室溫20℃、1550℃出鋼澆鑄，內置冷鐵的質量為125kg；凝固干預條件（內置冷鐵）外形尺寸為長度1080mm、半徑68.5mm。考慮寬度（1256mm）方向因素，在內置冷鐵總質量不變情況下，由原來的一根長度為1080mm、半徑為68.5mm的內置冷鐵更換為兩根長度1080mm、半徑為48.5mm的內置冷鐵在寬度（1256mm）方向均勻擺放。本實施例的大型襯板制備方法包括以下步驟：根據上述計算結果準備尺寸、成分合格的內置冷鐵，并通過直徑約5mm的細鋼筋將其在寬度（1256mm）方向均勻擺放；澆鑄成分合格，出鋼溫度1550℃的熔融鋼液，模型內保溫至室溫，開箱清砂；對清砂后的襯板進行水淬處理：箱式電阻加熱爐加熱，30℃/h加熱至500℃保溫1h，80℃/h加熱至1050℃，保溫兩小時，快速如水水淬處理。由上述制備方法所制得大型襯板，表面和芯部硬度均達到hb220，較未采取等溫凝固的襯板芯部硬度hb185有明顯提高，觀察芯部微觀組織，無氣孔等微觀缺陷。該襯板應用在鉬礦顎式破碎機上，使用壽命是未采取等溫凝固處理的襯板的1.2倍，達到72天。當前第1頁12