一种抗磨铸铁材料及制备其的方法和其制成的螺旋叶护板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗磨铸铁材料及制备其的方法和其制成的螺旋叶护板。一种抗磨铸铁材料，由以下质量百分比的化学成分组成：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％，余量为Fe。该铸铁材料的淬透性、韧性和耐磨性都比较好，其中添加了Ni、V、Ti三种合金元素不仅进一步提高了该材料的耐磨性，而且增强了该材料的强度、淬透性和韧性。该材料的制备方法简单，操作方便，利于该材料的生产、应用及推广。通过上述抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板具有良好的冲击韧性和耐磨性，应用在螺旋叶片上使螺旋叶片整体的耐磨性和冲击韧性明显提高了，增加了螺旋叶片和螺旋总成的使用寿命，节约了成本。
【专利说明】一种抗磨铸铁材料及制备其的方法和其制成的螺旋叶护板
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属材料及制备的方法和应用，具体涉及一种抗磨铸铁材料及制 备其的方法和其制成的螺旋叶护板。
【背景技术】
[0002] 随着技术水平不断的提高，人们对于抗磨铸铁材料的耐磨性、强度、韧性、可塑性 等要求也越来越高。传统的，耐磨钢韧性较好，但其耐磨性较差；而高铬铸铁材料（例如：
[0003] KmTBCr26)的耐磨性能优异，但由于其单一铬（Cr)合金化使铸铁的淬透性和韧性 不足，在铸造及热处理时裂纹倾向大，使用中也易发生早期掉块和裂断。
[0004] 在选矿领域中，物料的螺旋搅拌和螺旋输送设备，特别是螺旋直径大于1米的设 备广泛应（例如，选矿超细磨用塔式磨机、磨矿用分级机、粒状物料螺旋输送机等）。进行螺 旋搅拌和螺旋输送的工况一般比较复杂恶劣，既有泥沙的冲蚀磨损，同时又有石块等大型 块物体的冲凿作用，由于螺旋叶片需经拉伸焊接等加工（与旋转轴形成螺旋总成），其材质 要求一定延伸率和焊接性，而此类材质耐磨性都相对较低，至使螺旋叶片在使用中易磨损 而造成整个螺旋总成报废。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种淬透性、韧性和耐磨性均较好的一种抗磨铸 铁材料。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗磨铸铁材料，由以下质量百分比的 化学成分组成：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%，余量为 Fe。
[0007] 本发明一种抗磨铸铁材料的有效化学成分是基于KmTBCr26而设计，进一步确定 了 Ni的范围并新加入V、Ti元素，其依据及限定含量范围的理由如下：
[0008] 从生产实践中，我们发现采用KmTBCr26生产的高铬衬板，经常发生热裂现象，特 别是收缩受阻时。而当铸件壁太厚或壁厚不匀时，残留应力会很大，又极易发生冷裂，所以 此类白口铸铁件在铸造和热处理时裂纹倾向都较大。另外由于KmTBCr26铸件虽然在滑动 接触的磨料磨损条件下有很高的耐磨性；但由于其韧性差，在高角度冲击磨损下就会因应 力积累而疲劳剥落，甚至断裂破碎。例如，我们用此材质生产的一种螺旋叶护板，其外形铸 造时会收缩受阻，而壁相对较厚且壁厚不匀，所以铸造和热处理时经常产生裂纹缺陷；实践 使用中也易发生早期掉块和裂断。
[0009] Ni-方面可以进一步提高高铬白口铸铁的淬透性，使其得到更耐磨的马氏体和 M7C3共晶碳化物组织。更重要的是对于大截面高铬白口铸铁，镍（Ni)的加入能有效细化晶 粒、抑制珠光体形成（珠光体白口铸铁热裂倾向最大），增加其韧性，从而大大降低裂纹倾 向。但镍也是石墨化元素，并增加残余奥氏体的数量，过多的镍会使该材料的耐磨性有所降 低。因此该材料中限定镍的质量百分比为0.8?1.2%。
[0010] 本发明新加入V、Ti元素，对KmTBCr26生产的铸件其淬透性和韧性加以改善，并进 一步提高其耐磨性。
[0011] V是强烈的碳化物形成元素，形成最耐磨的MC型碳化物，VC硬度可达HV2800,且弥 散分布，强化基体；钒（V)可使粗大的柱状晶细化，又是增加白口化倾向和淬透性的元素， 几方面都能强化该材料耐磨性；在该材料中添加钒的质量百分比为0. 3?0. 5%。
[0012] Ti更是强烈的碳化物形成元素，而且TiC更稳定，不溶解，TiC硬度可达HV3200， 弥散分布，强化基体，提高耐磨性。在该材料中添加钛的质量百分比为0. 08?0. 12%。
[0013] 本发明还提供了一种工艺简单的制备上述一种抗磨铸铁材料的方法，包括以下步 骤：
[0014] (1)、将除V、Ti以外的各种投炉料按上述组成和熔炼工艺要求依次加入到中频炉 中熔化；
[0015] (2)、将细颗粒的钒铁、钛铁加入铁水包内，用冲入法加入V、Ti元素。
[0016] (3)、当铁液达到1490°C?1520°C时出炉，出炉时在铁水包内或流铁槽内加稀土 硅和硅钙进行孕育处理；
[0017] (4)、待铁液达到1370°C?1400°C时进行浇注。
[0018] (5)、对浇注后铸件进行保温冷却。
[0019] 进一步的是，对上述铸件进行950°C?970°C吹风正火处理，再进行270°C?290°C 回火处理。
[0020] 本发明要解决的另一个技术问题是提供了一种冲击韧性和耐磨性很好的一种抗 磨铸铁材料制成的螺旋叶护板。
[0021] 本发明要解决其另一个技术问题所采用的技术方案是：一种抗磨铸铁材料制成的 螺旋叶护板，该护板是由上述一种抗磨铸铁材料制成的螺旋形板块。
[0022] 进一步的是，所述板块下侧设有台阶，用于与螺旋叶片配合安装。
[0023] 进一步的是，所述板块上设有通孔，用于与螺旋叶片固定。
[0024] 进一步的是，所述板块上侧设有倾斜向上的台阶，使得该板块形成外厚内薄的板， 耐磨效果更好。
[0025] 进一步的是，对该护板进行950°C?970°C吹风正火处理，再进行270°C?290°C回 火处理。
[0026] 本发明的有益效果是：该抗磨铸铁材料基于KmTBCr26,但是其中添加了 Ni、V、Ti 三种合金元素不仅进一步提高了该材料的耐磨性，而且增强了该材料的强度、淬透性和韧 性，使其同时具有较好的淬透性、韧性和耐磨性。通过制备该抗磨铸铁材料的工艺步骤可以 看出，该材料的制备方法简单，操作方便，利于该材料的生产、应用及推广。通过上述抗磨铸 铁材料制成的螺旋叶护板具有良好的冲击韧性和耐磨性，与KmTBCr26材料制成的护板相 比该护板表面平均硬度更高，相同条件下磨损量为KmTBCr26材料制成的护板的80%以下， 在螺旋叶片上安装由该抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，使螺旋叶片整体的耐磨性和冲击 韧性明显提高了，增加了螺旋叶片和螺旋总成的使用寿命，节约了成本；该护板还具有机构 简单、安装方便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板的实施结构示意图；
[0028] 图2为图1中螺旋叶护板的横截面剖视图；
[0029] 图3为该螺旋叶护板在螺旋叶片上的应用视图；
[0030] 图4为图3中螺旋叶护板应用的横截面剖视图；
[0031] 图中标记为：板块1、台阶11、斜台阶12、通孔13、螺旋叶片2、螺栓3。
【具体实施方式】
[0032] -种抗磨铸铁材料，由以下质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe。
[0033] 控制化学成分的质量百分含量，不仅使该材料同时拥有良好的淬透性、韧性和耐 磨性，还可以提高抗磨材料的力学性能。
[0034] 本发明的最主要的改进点是在材料中进一步确定了 Ni的范围并新加入了 V、Ti， 通过V、Ti细化晶粒，固溶强化基体组织，进一步改善和提高材料的综合性能。V、Ti均是 强碳化物形成元素，在铸铁中，当V > 0. 1 %时，铸铁中即析出碳化物VC，其显微硬度高达 HV2800 (铬合金碳化物M7C3显微硬度只有HV1300-1800);在铸铁中，Ti形成碳化物TiC，显 微硬度高达HV3200。这些碳化物不仅硬度高，而且和基体组织结合紧密，在磨料磨损过程 中既不会破碎也不会变形，具有优良的抗磨性能。V、Ti的加入可以起到微合金化的作用， 降低稀土变质剂的加入量，以利节约成本费用。同时，V、Ti可以提高冶炼时铁水的流动性。 而且，V、Ti铁合金可以采用钒钛生铁进行替换并冶炼，可以大大降低生产成本。V、Ti可以 全面的提高铸铁材料的综合使用性能，使用寿命比不加 V、Ti合金的铸件提高30%以上。
[0035] 实施例1
[0036] 抗磨铸铁材料，由以下质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe 和不可 避免的杂质。
[0037] 本实施例抗磨铸铁材料的制备方法：
[0038] (1)、按该实施例中的材料成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要 求依次加入到中频炉中熔化，即通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热溶化，溶清 后再加入镇板、娃铁和猛铁；（2)、将细颗粒的f凡铁、钦铁加入铁水包内，用冲入法加入V、 Ti元素；（3)、调节成分至合适范围（质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe 和不可 避免的杂质）后，温度升至1505°C出炉，出炉时在铁水包内或流铁槽内加稀土硅和硅钙进 行孕育处理；（4)、待铁液达到1397°C时进行浇注；（5)对浇注后铸件进行保温冷却，清除冒 口、飞边、披缝等；（6)铸件在热处理炉中退火处理后进行机加工；（7)铸件在热处理炉内升 温到961°C吹风正火处理，再在温度289°C下进行回火处理。
[0039] 实施例2
[0040] 抗磨铸铁材料，由以下质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe 和不 可避免的杂质。
[0041] 本实施例抗磨铸铁材料的制备方法：
[0042] (1)、按该实施例中的材料成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要 求依次加入到中频炉中熔化，即通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热溶化，溶清 后再加入镇板、娃铁和猛铁；（2)、将细颗粒的f凡铁、钦铁加入铁水包内，用冲入法加入V、 Ti元素；（3)、调节成分至合适范围（质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe 和不 可避免的杂质）后，温度升至1492°C出炉，出炉时在铁水包内或流铁槽内加稀土硅和硅钙 进行孕育处理；（4)、待铁液达到1373°C时进行浇注；（5)对浇注后铸件进行保温冷却，清除 冒口、飞边、披缝等；（6)铸件在热处理炉中退火处理后进行机加工；（7)铸件在热处理炉内 升温到969°C吹风正火处理，再在温度281°C下进行回火处理。
[0043] 下面结合附图对发明一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板作进一步说明。
[0044] 如图1、2所示，一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，是由所述的一种抗磨铸铁 材料制成的螺旋形板块1。
[0045] 具体的，所述板块1下侧设有台阶11 ;所述板块1上设有通孔13 ;所述板块1上侧 设有倾斜向上的斜台阶12 ;如图1、2、3、4所示。
[0046] 从图3、4中可以看出，该护板通过台阶11与螺旋叶片2配合，并安装在螺旋叶片 2的上表面；螺栓3穿过该护板上所设的通孔13,把该护板固定在螺旋叶片2上。板块1上 侧设有倾斜向上的斜台阶12,使得该板块1形成外厚内薄的护板，冲击韧性和耐磨性更好。
[0047] 实施例3
[0048] -种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板选用本发明中的一种抗磨铸铁材料，由以 下质量百分比的化学成分组成：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%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0049] 本实施例一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板的制造过程：
[0050] (1)、按该实施例中的材料成分要求，制定配料方案；将各种投炉料按熔炼工艺要 求依次加入到中频炉中熔化，即通电后，依次将生铁、废钢、铬铁投入炉内加热溶化，溶清 后再加入镇板、娃铁和猛铁；（2)、将细颗粒的f凡铁、钦铁加入铁水包内，用冲入法加入V、 Ti元素；（3)、调节成分至合适范围（质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe 和不 可避免的杂质）后，温度升至1518°C出炉，出炉时在铁水包内或流铁槽内加稀土硅和硅钙 进行孕育处理；(4)、待铁液达到1385°C时进行浇注，把铁液浇注到制作该护板的模具内； (5)对浇注后铸件进行保温冷却，清除冒口、飞边、披缝等；(6)铸件在热处理炉中退火处理 后进行机加工：板块1下侧表面铣一个与螺旋叶片2厚度一样的台阶11，在板块2上钻两 个用于固定的通孔13,在板块1上表面铣一个斜台阶12,使板块1的螺旋外侧厚与螺旋内 侧；（7)护板在热处理炉内升温到952°C吹风正火处理，再进行272°C回火处理。
[0051] 对比试验：
[0052] 某Φ 3000选矿塔式磨机用螺旋叶护板：用现有的KmTBCr26材料制做螺旋叶护板 A ;用本发明一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板B ;两材质护板均采用相同铸造工艺并同 炉热处理。
[0053] 磨损方式：湿式搅拌
[0054] 磨球：直径Φ 16,材质为KmTBCr26,硬度48?52HRC ;
[0055] 磨料：200 目占 60%;
[0056] 螺旋转速：38转/分
[0057] 安装位置：同机双螺旋，分别安装螺旋叶护板A和螺旋叶护板B，皆位于螺旋叶片2 最下部第一块（此处磨损最大）。
[0058] 试验数据：
【权利要求】
1. 一种抗磨铸铁材料，其特征在于，由以下质量百分比的化学成分组成：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%，余量为 Fe。
2. 制备权利要求1所述一种抗磨铸铁材料的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 、将除V、Ti以外的各种投炉料按所述组成和熔炼工艺要求依次加入到中频炉中熔 化； (2) 、将细颗粒的钒铁、钛铁加入铁水包内，用冲入法加入V、Ti元素； (3) 、当铁液达到1490°C?1520°C时出炉，出炉时在铁水包内或流铁槽内加稀土硅和 硅钙进行孕育处理； (4) 、待铁液达到1370°C?1400°C时进行浇注； (5) 、对浇注后铸件进行保温冷却。
3. 如权利要求2所述的制备一种抗磨铸铁材料的方法，其特征在于：对铸件进行 950°C?970°C吹风正火处理，再进行270°C?290°C回火处理。
4. 一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，其特征在于：由权利要求1所述的一种抗磨 铸铁材料所制成的螺旋形板块（1)。
5. 如权利要求4所述的一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，其特征在于：所述板块 (1)下侧设有台阶（11)。
6. 如权利要求5所述的一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，其特征在于：所述板块 (1)上设有通孔（13)。
7. 如权利要求6所述的一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，其特征在于：所述板块 (1)上侧设有倾斜向上的斜台阶（12)。
8. 如权利要求4至7中任一项所述的一种抗磨铸铁材料制成的螺旋叶护板，其特征在 于：对该护板进行950°C?970°C吹风正火处理，再进行270°C?290°C回火处理。
【文档编号】C22C37/10GK104120333SQ201410386912
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】丁春明, 黄勇, 蒋兴德, 邵玉川, 陈焱 申请人:四川鸿舰重型机械制造有限责任公司