专利名称：贝氏体合金抗磨铸球、衬板和生产工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抗磨合金铸铁球、衬板和该铸球、衬板的生产工艺，以及铸造该铸铁球或衬板的设备。
目前，国内外生产的抗磨球或衬板材质主要有以下几种一是低合金白口铸铁球或衬板，这种材质的铸球或衬板硬度高，破碎率大，虽然采取热处理后韧性有所改善，但整体性能仍然较差。目前该铸球或衬板占领的市场比较大。二是高铬铸铁(又称高合金铸铁)，这种材质的铸球或衬板，不但生产成本高，而且对热处理温度及时间要求严格。若掌握不严，易产生大量的热裂及破碎。这种铸球或衬板的售价一般在6500-7300元/吨，且吨水泥耗球一般在80-100克，它的市场占领面相对较小。三是球墨铸铁(包括中锰球铁及其它类型的球铁)，这种材质的铸球或衬板，对石墨球化的要求较高，若控制不好，该铸球的整体性能也难以保证。四是碳钢锻打球或衬板，这种材质的球或衬板，由于生产成本较高，销售市场较小。从目前国内外生产的抗磨铸球或衬板的组织来看，多数为球光体十碳化物或奥氏体十碳化物。由于生产条件和技术水平的制约，贝氏体组织的铸球或衬板的生产方法，目前还未见报道。
本发明的目的是为了克服上述不足，而发明的具有较高硬度，较好的耐磨性，较高强度和韧性的贝氏体合金抗磨铸球或衬板，以及该铸球或衬板合理的生产工艺，特别是利用铸球或衬板自身的铸造热量进行热处理，一次性生产出合格贝氏体组织铸球或衬板的工艺及生产该铸球或衬板的金属模铸造设备。
本发明所述的贝氏体合金铸球或衬板的化学成分(按重量计％)为C2.2～3.7；Si0.6～1.9；Mn0.5～1.7；Cu0.4～1.0Re0.11～0.15；Sn0.1～0.4；Bi0.03～0.06；Mo0.2～0.6 S.＜0.2 P＜0.2其余Fe对于本合金铸球或衬板碳、硅含量的选定，主要着眼于改善铸造性能，消除铸造缺陷，获得健全铸件以保证有高的机械性能。从改善铸造性能的角度出发，碳、硅含量的确定，是使铁水有较好的流动性，防止铸球或衬板产生铸造缺陷。由于硅是促进石墨化的元素，为了防止本铸球或衬板在结晶过程中有较多的石墨析出，在保证铁水流动性的前提下，本铸球或衬板的含硅量不易过高，因此把本铸球或衬板的含碳量控制在2.2～3.7％，含硅量控制在0.6～1.9％。
本铸球或衬板中锰的主要作用，一是消除硫的有害作用，二是促进碳化物的形成，以提高本铸球或衬板的硬度及耐磨性能。
磷对一般的铸铁都是有害元素，极易偏析。尽管它能形成磷共晶组织，具有较高的硬度，及较好的耐磨性，但它严重降低铸球的塑性和韧性，因此本铸球中磷的含量控制在0.2％以下。
硫与磷一样，在铸铁中被视为有害元素，尽管它与磷的有害作用机理不同，在本铸球或衬板中同样要控制其含量，也要求它含量在0.2％以下。
本铸球或衬板中多元合金的加入，主要使本铸球或衬板合金化，以提高本铸球或衬板的塑性和韧性，保证其热处理性能，以提高铸球或衬板的强度和硬度。例如铜、钼的加入，可以显著地细化组织，提高基体的塑性，钼还能促进碳化物的形成。锡的加入，可以提高基本的韧性，减少热裂及破碎。铋的加入可以提高基体的热处理性能。本铸球或衬板中适当保留部分稀土元素，它有脱硫、去气、净化铁水等作用，同时它也能促进碳化物的生成。因此，通过合金化强化基体组织可更加发挥本铸球或衬板的性能潜力，以满足对机械性能的要求。
本铸球或衬板不但它的化学成分有独特之处，它的生产工艺同样具有与现有技术不同的特征。本铸球或衬板的生产工艺为铸铁的熔化可以用冲天炉，也可以用电炉。其铁水的出炉温度应控制在1460℃以上，以便对铁水进行合金化及变质处理。在铁水出炉后，先向铁水内加入铜、铋、锡、钼多元合金，使铁水合金化。加入上述多元合金时，最好将该多元合金进行预热，其预热温度为400-600℃。使铁水合金化后，在铁水中再加入铁水重量的0.5-1.2％的稀土合金，对铁水进行变质处理，使本铸球或衬板在凝固过程中产生大量的人工晶核，析出的石墨呈弥散状分布，以提铸球或衬板基体的机械性能。经变质处理后的铁水进行保温、打渣处理，然后进行合模浇注。其浇注温度最好保持在1400℃以上。对铸球或衬板的浇注可以采用金属型，也可以采用砂型。若用金属型，在浇注之前对模具进行预热，喷涂涂料，然后进行合模浇注，浇注后待铸球或衬板冷却到960～1050℃开模，将出模的铸球或衬板进行淬火处理，使铸球或衬板的温度降至800-900℃，然后保温1-3.5小时。经过保温处理可以使第一次淬火，铸件内由奥氏体转变成的部分珠光体再转变成奥氏体。并且消除铸件的内应力。经过保温之后的铸球或衬板，再进行第二次淬火，使铸件的温度降至500-760℃，并保温2-4小时。此次淬火的目的是将铸件中的奥氏体转变成贝氏体。然后将铸球或衬板在空气中冷却至300-400℃，保温4-5小时。此次保温处理，就是对铸球或衬板进行回火处理，它的目的就是消除铸球或衬板的内应力，稳定铸球或衬板的机械性能，最后将铸球或衬板空冷至室温即可。以上所说的铸球或衬板的淬火，可以是向铸球或衬板上喷洒淬火液体介质，也可以将铸球或衬板浸泡在淬火液体介质中。这里所说的淬火用液体介质最好是用盐水、清水或碱水等。这样就制成了贝氏体合金抗磨铸球或衬板。
若用砂型进浇注，待铸球或衬板冷却后开箱、清砂，将制取的铸球或衬板再加热到800-900℃，保温1-3.5小时，使铸球或衬板的基体奥氏体化，然后再将铸球或衬板淬火至500-760℃，保温2-4小时，再空冷至300-400℃，保温4-5小时。最后空冷至室温即可。用砂型铸出的铸球或衬板的等温淬火原理与金属型铸球或衬板的淬火原理相同，这里也就不再一一赘述了。用砂型铸造的铸球或衬板经等温淬火后所得到产物同样也是贝氏体合金抗磨铸球或衬板。
将制取的铸球或衬板经金相分析后确认，它的金相组织为贝氏体十多元碳化物。在基体中存在的石墨以弥散状分布。经测试本铸球或衬板的硬度HRC47-60。抗疲劳冲击值(次数)≥20000次。本铸球的抗疲劳冲击值的标准及试验方法，是按前西德的标准和方法进行的，前西德试验方法及标准为以Φ70mm球为标准，在4.6M的高度，自由下落在铁砧上7000次，不开裂、不破碎、不变形为合格。
图1是本贝氏体合金抗磨铸球或衬板放大200倍的金相组织；图2是本贝氏体合金抗磨铸球或衬板放大600倍的金相组织。
经以上配比及工艺制取的贝氏体合金抗磨铸铁球或衬板具有硬度高，耐磨性好，抗疲劳冲击性能好，工艺简单、破碎率小，成本低等优点，特别是经金属型铸造出的铸球或衬板，它利用铸球或衬板的铸造余热，对铸球或衬板进行热处理，它可以大量的节约能源，降低铸球或衬板的生产成本。据试验证明每生产一吨贝氏体合金抗磨铸球或衬板，可节电96.7％，节约能源97.4％，降低成本400-500元，按生产1000吨的生产规模，可减少投资76.5％。另外，在热处理工序中，铸球或衬板的保温处理可以用保温窑炉代替传统工艺所使用的盐浴炉，此项就可节约设备投资2万多元。再者说，利用铸球或衬板自身的铸造的热量，对铸球或衬板进行热处理，获得贝氏体组织状态，它还能缩短热处理周期，降低劳动强度，以及减少铸造废料和热处理废气对环境的污染。
为了利用铸球或衬板的铸造余热对它进行处理，这时铸球或衬板应采用金属型浇注。实现铸球或衬板金属型浇注的铸造设备为定模固定安装在铸机床身的一端部，动模安装在铸机床身的导轨上，本金属型的动模和定模采用垂直分型。其直浇道，横浇道、型腔分别设在动模和定模上。这里所说的型腔，铸球为球型，铸衬板为衬板的形状。为了便于铸型在浇注时排气，在其中一个铸模上设有排气孔或两个铸模上都设有排气孔。为了便于开模和合模，在铸机床身的另一端固定安装有动模的合模机构，这样就构成了本铸造设备。
本铸造设备由铸机床身，定模、动模及合模机构组成，其设备的结构简单，制造成本较低。由于本铸造设备采用垂直分型，其合模、开模以及浇注和取出铸件的操作都比较简便，为铸球或铸衬板提供了一种理想的铸造设备，由于本铸型的排气孔开设合理，可以有效地防止铸球或衬板产生铸造缺陷，实现无冒口浇注，提高铁水的利用率。
图3是本铸造设备主视图图4是本铸造设备的俯视图图5是图3的A－A剖视图。
下面结合附图对本铸造设备进行详细地说明本铸机的床身(1)是本铸造设备的支承基础，它的上表面带有导轨，其定模(2)就固定安装在它的一端，动模(5)安装在铸机床身(1)的导轨上，动模(5)在铸机床身(1)的滑动，实现动模(5)与定模(2)的开模和合模。本铸造设备的合模机构固定安装铸机床身(1)的另一端。本铸造设备的合模机构的具体结构形式为它可以是在铸机床身(1)的另一端固定安装的一个支架(8)，在支架(8)上端的凹槽内安装有一个手轮(7)，在手轮(7)的螺纹孔内安装有一个丝杠(6)，丝杠(6)的一端与动模(5)的后端固定连接构成。为了实现动模(5)自动开合，手轮(7)可以由动力装置带动，这时，手轮(7)可以是皮带轮，也可以是齿轮，以便与动力装置连接。本铸造设备的合模机构的结构形式还可以是在铸机床身(1)的另一端固定安装一个支架(8)，在支架(8)上安装一个双作用缸，该双作用缸可以是气缸，也可以是液压缸。该双作用缸的活塞杆的前端与动模(5)的后端固定连接构成，用双作用缸来控制动模(5)的开模与合模。本铸造设备的定模(2)和动模(5)可以用耐热铸铁制造，也可以用耐热钢或其它耐热合金制造。本铸造设备的定模(2)和动模(5)采用垂直分型，其直浇道(4)、横浇道(10)、型腔(3)分别设在定模(2)和动模(5)上，以两侧对称为最佳，这样也有利于分型和取出铸件。型腔(3)的排气孔(9)，可以设在动模(5)上，也可以设在定模(2)上，还可以是定模和动模上都设有排气孔(9)。排气孔(9)的位置应设在型腔(3)的上端。为了便于排气，防止铸造缺陷的产生，排气孔(9)由型腔的上端部向斜上方延伸，也可以从型腔的上端垂直上升，以便浇注时，型腔(3)中的空气从排气孔(9)中迅速排出，铸造出合格的铸球或衬板。
权利要求
1.贝氏体合金抗磨铸球、衬板，其特征在于它的化学成分(重量％)为C2.2-3.7；Si0.6-1.9；Mn0.5-1.7；Re0.11-0.15；Bi0.03-0.06；Sn0.1-0.4；Cu0.4-1.0；Mo0.2-0.6S＜0.2；P＜0.2；其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的贝氏体合金抗磨铸球、衬板的生产工艺，其特征在于首先把经预热的合金元素放入出炉温度为1460℃以上的铁水中熔化，然后加入0.5-1.2％的稀土合金进行变质处理，经变质处理后的铁水进行保温、打渣、浇注，待铁水冷却凝固后获得铸态铸球或衬板，将该铸球或衬板进行等温淬火及回火处理后，就获得贝氏体合金抗磨铸球或衬板。
3.根据权利要求2所述的贝氏体合金抗磨铸球、衬板的生产工艺，其特征在于本铸球或衬板用金属模浇注，浇注前金属模进行预热，喷涂涂料，然后合模浇注，浇注后待该铸球或衬板冷却到960-1050℃时开模，将得到的铸球或衬板进行淬火，使其温度降至800-900℃，保温1.0-3.5小时，再进行二次淬火，使温度降到500-760℃，保温2-4小时，然后再空冷至300-400℃，保温4-5小时，使其空冷至室温，即获得贝氏体合金抗磨铸球或衬板。
4.根据权利要求2所述的贝氏体合金抗磨铸球、衬板的生产工艺，其特征在于本铸球或衬板用砂型浇注，待浇注的铸球或衬板冷却后进行清砂、清理，将铸出的铸球或衬板再加热到800-900℃，保温1.0-3.5小时，进行淬火使其温度降至500-760℃，保温2-4小时，然后空冷至300-400℃，保温4-5小时，使之空冷至室温，即获得贝氏体合金抗磨铸球或衬板。
5.根据权利要求3所述的贝氏体合金抗磨铸球、衬板的铸造设备，其特征在于在铸机床身(1)的一端固定有定模(2)，动模(5)安装在铸机床身(1)的导轨上，在铸机床身(1)的另一端固定安装有动模(5)的合模机构，在定模(2)和动模(5)上设有直浇道(4)、横浇道(10)，型腔(3)及排气孔(9)。
6.根据权利要求5所述的贝氏体合金抗磨铸球、衬板的铸造设备，其特征在于动模(5)的合模机构为在铸机床身(1)的另一端固定安装有一个支架(8)，支架(8)上端的凹槽内安装有一个中心螺纹孔内装有丝杠(6)的手轮(7)，丝杠(6)的一端与动模(5)固定连接。
7.根据权利要求5所述的贝氏体合金抗磨铸球、衬板的铸造设备，其特征在于动模(5)的合模机构为在铸机床身(1)的另一端固定安装有一个支架(8)，在支架(8)上端安装一个双作用缸，双作用缸活塞杆的前端与动模(5)固定连接。
全文摘要
本发明涉及的是一种抗磨铸球、衬板和生产工艺及设备。该铸球、衬板的成分(％)为C2.2-3.7；Si0.6-1.9；Mn0.5-1.7；多元合金0.8-2.4；S＜0.2；P＜0.2；其余为Fe。该铸球、衬板在浇注前用稀土合金进行变质处理，使石墨成弥散状。该铸球浇注后进行等温淬火处理及回火处理，将基体组织变成为贝氏体十多元碳化物，使该基体有较高的硬度和良好的抗磨性及抗疲劳冲击性能，特别是采用垂直分型的金属模浇注，使热处理可以利用铸件的铸造热量完成，它可以大大地节约能源。
文档编号C22C37/00GK1117529SQ94110760
公开日1996年2月28日 申请日期1994年8月26日 优先权日1994年8月26日
发明者孔繁印 申请人:孔繁印