上海巍立采用高铬铸铁提高制砂机转子耐磨件寿

时间：2015-01-29作者：上海巍立路桥设备有限公司浏览：11

随着我国基础建设的高速发展，混凝土用量巨大，消耗了大量的**砂石资源。目前，**砂资源日趋匮乏，质量日益下降，而且价格大幅上涨，进而导致混凝土用 砂供需矛盾**，甚至影响了混凝土质量。机制砂和人工混合砂能在一定程度上缓解这一矛盾，并且能有效利用石场开采的废弃物。立轴冲击式破碎机（制砂机） 是机制砂行业中普遍使用的设备，其中转子耐磨件是较容易磨损失效的配件。国产制砂机除了在技术上与国外设备存在巨大差距外，其关键配件的使用寿命严重制约 着该类设备发展。类似国外设备的配件供应不及时外，价格太高，如何在国内有限的材质下，采用合理的铸造工艺，较大限度的提高关键耐磨配件的使用寿命，进而 提高其经济性，已成为制砂机制造商及用户首要解决的问题。目前耐磨材料的种类很多，主要有高锰钢、中锰球铁、低合金白口铁等。低合金白口铁虽然能够适应低 载荷下的冲击，但使用寿命较短不是理想的材质。高锰钢属于奥氏体组织的钢种，在高冲击下易产生加工硬化，因而具有一定的耐磨性能，但对于中低应力下的冲击 则不能发挥出良好的耐磨性，高铬铸铁是继高锰钢之后的*三代耐磨材料，由于其组织中含有理想的M7C3 型共晶碳化物，而且容易得到马氏体组织，与其它耐磨材料相比则显示出较大的优越性，因此得到广泛的应用。但高铬铸铁较脆，在制砂机高速高冲击下容易断裂、 破碎，而且在实际生产中很难把握其形成机理，得到理想状态下的基体组织。针对这种情况，我们在常规工艺的基础上，进行改进并经过相应的热处理，提高其耐磨 性和使用寿命，从而达到良好的经济效益。
 

 
        2制砂机耐磨件的主要失效形式
        转子体是上海巍立制砂机的 关键部件，它大多是由Q345(16Mn)低合金结构钢钢板经焊接构成一空心圆柱体，安装在主轴装置上部轴端，用圆锥内、外套和键连接，从而传递高速重载 大扭矩（其装配图见图1）。其耐磨件衬板主要由1、上保护圈2、分料盘3、抛料头、4、下保护圈5、分料板6、上导流板7、反击板8、下导流板9、铁砧等 组成。其中上保护圈、抛料头、下保护圈等为焊接件。
 
 
       制砂机工作时物料由转子上端的中心落料环进入转子内腔中心，由转子中心的耐磨分料盘将物料均匀地分配到转子的各个加速通道，在通道终端安装有特殊合金材料 的耐磨抛料头。转子在加速通道中将物料快速加速到65~80 米/ 秒的线速度，先撞击高强度抛料头并沿切线方向抛射出去，冲击到涡动破碎腔中的物料垫层、铁砧或折返回来的物料上，产生强烈的自粉碎和撞击粉碎。经研究，转 子体耐磨衬板的受力主要来自随转子体高速旋转的砂石料的摩擦冲蚀及惯性力冲击，砂石料的摩擦属于中低载荷，惯性力冲击随物料的质量大小而增大。如果耐磨衬 板表面硬度较低，在砂石料的冲蚀下，工作面与砂石料间的摩擦力很大，且长时间作用于衬板表面，加之二者发生相对滑动，使衬板表面出现沟槽，并在相邻区域出 现塑性变形，导致叶片表面产生断裂应变，较终形成裂纹而破碎，使衬板报废。由此可知，在低载荷冲击下硬度对耐磨性的影响占主导地位，我们正是利用高铬铸铁 高硬度的特点，对铸造工艺及热处理工艺加以改进，从而满足其工况条件下的使用要求。
 
       3 高铬铸铁衬板的组成成分的优化
       3.1 高锰铸铁的共晶体
       高铬铸铁是以铬为主要合金元素，辅以一定量的其它合金元素而组成的抗磨材料，通常含铬量在12%~35%之间，若含铬量过大基体中会形成很多硬的碳化物， 虽然具有优良的耐磨性能但机械性能特别是延伸性能较差，不宜作为对抗拉强度有一定要求的转字体衬板材料。因此，铬含量应适中。大多数高铬铸铁是属于亚共晶 成分，它们凝固时会先形成奥氏体树枝晶，接着在一定温度范围内同时析出奥氏体和M7C3 型碳化物组成的共晶体，这种M7C3 型碳化物的硬度可达HV1300~1800，足可以抵抗石英(HV900~1280)的磨损。其次这种碳化物分布连续性较差，呈厚片状，（见图2）对基体 的削弱作用小，因而能够使铸铁保持较高的韧性，所以我们在工艺优化的过程中应力争在高铬铸铁中得到以马氏体为基体，分布有M7C3 型碳化物的组织。
 
 
        3.2 碳、铬比例的优化
        一般说来，碳量决定碳化物的数量，同时还直接影响着材质的机械性能，为保证硬度和强度的配合，碳量不宜取过高值。根据文献[2]在满足Cr/C 比在4~8 之间的条件下，取Cr 为13%~18%，则C 取2.5%~3%。在这种情况下，可得到连续韧性基体上均匀分布M7C3，即高铬铸铁衬板具有较高的耐磨性，同时具备很好的韧性。
 
        3.3 锰、钼比例的优化
        高铬铸铁在中低冲击工况条件下的理想抗磨组织为马氏体基体上分布着孤立的杆状碳化物，而想要获得马氏体的基体组织除需要此种材质具有良好的淬透性外，较好 是在铸态下得到奥氏体组织钼对于提高淬透性作用很大，但它的价格比较昂贵，所以采用以锰代钼。根据文献[2]对于壁厚60mm 左右的工件Mn 含量在3%左右，Mo 含量在0.5%左右时,即可完全抑制珠光体，获得单一的奥氏体组织，从而获得较高的淬透性。
 
        3.4 其他合金元素的优化
        铜能提高淬透性，当钼与铜配合使用时提高淬透性的作用更大，但铜在奥氏体中的溶解度有限，故Cu 选择0.8%- 1.2%。硅降低淬透性，但同时它又可提高Ms 点，所以当Mn 含量高时，可适当提高Si 的含量，取0.8%~1.0%。硫降低流动性，与锰的亲合力较大，会消耗一部分锰。磷则形成磷共晶体，降低铸件的韧性，所以铸铁件中应尽量降低其含量。故 S<0.06%，P<0.1%。综上所述，高铬铸铁衬板的组成成分的优化见表1：
 
 
       4 铸造工艺及热处理工艺的优化
       4.1 炉料的熔炼工艺
       用0.25t 中频感应电炉熔化铁液，为降低生产成本和保证铁液质量，在熔炼过程中主要采取以下措施：4.1.1 采用酸性炉衬熔炼。采用此种方式不仅硅砂价格低廉，而且熔化过程中炉衬不易开裂，热稳定性好。同时电阻率比镁砂相对要小，有利于熔化效率的提高。 4.1.2 配料时一定要控制炉料成分保证炉料的质量。4.1.3采用合理的加料顺序。先加少量的铬铁及全部的钼铁，再依次加入其它炉料，但必须保证炉料的紧实，这样 有利于导电和导磁。4.1.4 熔化开始应以小功率送电，然后逐步将功率增大，并随炉料的熔化经常捣料。4.1.5 在铁液浇注前，应将铁液过热到1480℃左右，以不使铁液出现沸腾的“驼峰”现象为准，这有利于铁合金的充分反应而不会卷入大量的氧化性气体。4.1.6 应在出炉前10~15min 用锰铁来预脱氧处理；7~8min用0.25%的硅铁进行初脱氧；2~3min 用0.05%的铝进行终脱氧或在浇注过程中加入少量的稀土硅进行变质处理。
 
       4.2 浇注工艺
       用事先准备好的砂箱进行手工造型，但应注意浇注系统的合理开设及冷铁的使用，严格按工艺图进行。合箱前应仔细检查型腔是否畅通，以保证铁液充型，其合箱形 式如图3。浇注时应遵循高温出炉低温浇注的原则，如果浇注温度过高，不但容易烧坏冷铁，而且铁液收缩率较大，易产生铸造缺陷，所以浇注温度不宜过高，一般 选在1380~1420℃之间。浇注后应及时打开砂箱，这样有利于获得细小晶料的铸态组织。
 
 
       4.3 热处理工艺
       转子体衬板除需要高的硬度外, 还需一定的韧性相配合, 否则会被高速旋转转子的惯性力折断, 所以还要进行淬火加回火来提高其综合性能。热处理温度的确定应以获得均匀而细小的奥氏体晶粒为原则, 以便淬火后得到细小的马氏体组织。奥氏体晶粒的长大与淬火温度成正比,所以选择的温度不宜过高,而且淬火后还应及时对工件进行回火处理, 这样不仅可以消除淬火时产生的应力,还可以得到一定数量的回火马氏体。因此既保证了基体的高硬度, 同时又提高了衬板的韧性。具体工艺如图4 所示
 
        合理的对高铬铸铁的组成成分进行优化，并采用科学的熔炼、浇注、热处理工艺，实现了铸件的顺序凝固，在叶片表面产生了致密而均匀的细小的耐磨晶粒组织，使得耐磨衬板的综合性能得以显着的发挥。在PCL立轴式冲击破碎机转子体上应用后，平均寿命可达500 小时以上，充分降低了制砂成本，大大弥补了国产制砂机的不足。

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