一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺，用来替代现有的堆焊耐磨板生产工艺。所述方法为：利用重力铸造双浇注系统复合浇注工艺，采用特殊的激冷材料将进入型腔内的金属液的温度场进行调整，使得先进入的第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大，远离部分相对温度梯度较小；当第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大部分已形成固相、远离的相对温度梯度较小部分表面处于固-液或液相时，将第二种金属液浇入型腔剩余空间，使两种金属液实现冶金结合而未发生混料。该工艺在保证耐磨层金属具有优良的冶金质量的同时，有效的降低了基材对耐磨层合金成分的稀释作用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺，用来替代现有的堆焊耐磨板生产工艺。所述方法为：利用重力铸造双浇注系统复合浇注工艺，采用特殊的激冷材料将进入型腔内的金属液的温度场进行调整，使得先进入的第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大，远离部分相对温度梯度较小；当第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大部分已形成固相、远离的相对温度梯度较小部分表面处于固-液或液相时，将第二种金属液浇入型腔剩余空间，使两种金属液实现冶金结合而未发生混料。该工艺在保证耐磨层金属具有优良的冶金质量的同时，有效的降低了基材对耐磨层合金成分的稀释作用。【专利说明】一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺
本专利技术涉及一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺，用来替代现有的堆焊耐磨板生产工艺。
技术介绍
目前，耐磨复合钢板主要采用自动焊接工艺，将高硬度自保护合金焊丝平均地焊接在在普通低碳钢或低碳低合金钢板基材表面上，复合层数一层至两层以至多层制备成双金属堆焊耐磨板。双金属复合耐磨钢板的堆焊过程是一个非均匀的加热过程，堆焊时产生很大的焊接残余应力，这是堆焊耐磨板的明显特点。复合过程中因为合金收缩比不同，泛起平均横向裂纹，从正面看，裂纹贯穿耐磨层厚度方向，止于熔合线，母板上没有裂纹。通常情况下，单层堆焊将无法达到耐磨层所需的化学成分，为了保证堆焊层具有所需的成分和性能，同时节约贵重金属，应尽量减少母材对堆焊层的稀释作用，往往只能是多层堆焊才能达到上述要求，无形中加大了生产成本，另外堆焊层上下性能不均匀，上层耐磨性高，下层耐磨性低，整体耐磨性达不到要求。近几年来出现了热喷涂及电子束、激光和等离子熔覆技术，但此类方法也存在着诸多问题，例如，热喷涂技术系机械结合，结合强度低，抗冲击性能差，难以适应重载、冲击和高应力、强疲劳等工作条件；电子束、激光和等离子熔覆技术也因成本过高、技术不成熟而未得到推广应用。
技术实现思路
为了解决现有堆焊耐磨板生产工艺的不足，本专利技术提供了一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺。该工艺在保证耐磨层金属具有优良的冶金质量的同时，有效的降低了基材对耐磨层合金成分的稀释作用，并使得耐磨层无任何裂纹产生，耐磨层与基材之间能够实现良好的冶金结合，复合层显微硬度和抗拉强度介于耐磨层与基材之间，复合层区无脆性相产生。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的: 一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺，采用金属液膜连接法保证薄板的复合成功，具体是按以下步骤完成的: 一、利用重力铸造双浇注系统复合浇注工艺，采用特殊的激冷材料将进入型腔内的金属液的温度场进行调整，使得先进入的第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大，远离部分相对温度梯度较小；当第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大部分已形成固相、远离的相对温度梯度较小部分表面处于固-液或液相时，将第二种金属液浇入型腔剩余空间，使两种金属液实现冶金结合而未发生混料，。 本专利技术中，激冷材料需要对金属液的激冷效果明显，且有利于调整温度场分布，例如:将锆砂、钢丸和粘结剂等按照任意配比机械混合即得激冷材料。粘结剂为水玻璃即可。 二、浇注过程中，基材的厚度按照强度性能需求确定浇入的金属液量，以保证先浇入第一种金属液的高度。根据耐磨板的尺寸和厚度，判断耐磨层合金液浇注的时间间隔，基材在后浇入第二种金属液的作用下，在两种材质的界面形成完整清晰且具有一定厚度的冶金复合层。 本专利技术中，依据工况对基材和耐磨层的力学性能的综合需求，生产时可以随时调整耐磨层与基材的化学成分，耐磨层通常采用高铬铸铁或耐磨合金钢等，基材则选用普通低碳钢或低碳低合金钢等。 本专利技术中，判断耐磨层合金液浇注的时间间隔的方法为:通过建立的数学模型预判断，生产现场则通过第一种金属液表面的物相状态判断。 本专利技术中，为迎合特殊工况条件的需求，也可以调整复合板的厚度及外观形状尺寸。如图4所示，长方形耐磨薄板无变形，板体呈平面延伸且厚度均匀，无混料现象发生。如图5所示，双金属复合铸造耐磨薄板产品为多种形状，可根据实际工况需要直接制备相应形状的耐磨板，避免了不必要的切割所耗费的加工工时与成本。 本专利技术中，双金属复合铸造耐磨薄板最小厚度可以控制在20?23mm,其中基材厚度大于10mm，两种材质的界面形成完整清晰且具有一定厚度的冶金复合层，耐磨薄板实物线切割后的端面如图3所示。 本专利技术中，选用二氧化碳硬化水玻璃砂造型，造型时需预留出反变形量，变形量尺寸根据板材的大小与厚度，利用铸造工艺学相关设计原理进行设计。 本专利技术具有如下优点: 一、本专利技术制备的双金属复合铸造耐磨薄板材质相对其他方法有着优良的冶金质量，避免了微观裂纹源的产生； 二、本专利技术直接杜绝了耐磨层宏观裂纹的产生，对磨粒直径和流向无特殊要求； 三、本专利技术可以根据需要一次铸造成所需形状，避免了较大面积堆焊耐磨板按需要形状切割的25?40%板材浪费； 四、本专利技术的耐磨层合金成分均匀，保证了耐磨层的整体耐磨性能； 五、本专利技术可以通过热处理工艺进一步提高力学性能，并能进行热整形，而堆焊耐磨板通常采用冷整形，加剧了板材初始宏观裂纹的增加； 六、根据不同的基材和工况需求选择适宜的合金成分，通过调控两种金属的温度场分布，保证耐磨薄板复合层实现完全的冶金结合的前提下，本专利技术制备的双金属复合耐磨薄板最小厚度可以控制在20?23mm,其中基材厚度大于1mm,耐磨层厚度可跟据需要进行相应设计，并可采取焊接、塞焊、螺栓连接等方式与其他结构进行连； 七、本专利技术与同化学成分的堆焊耐磨板的使用寿命相比提高约为50?80%，而生产成本降低30%左右； 八、可用于水泥、钢铁、电力、造船、风机、矿山机械、化工机械等行业。 【专利附图】【附图说明】 图1是耐磨薄板的双金属复合铸造方法示意图，图中:1是普通低碳钢或低碳低合金钢的浇口，用来浇注和补缩钢液；2是高铬铸铁或耐磨合金钢等的冒口，补缩高铬铸铁或耐磨合金钢液；3是耐磨薄板成型后的高铬铸铁耐磨层部分；4是耐磨薄板成型后的低碳低合金钢基材部分；5是耐磨薄板成型时所需的反变形量；6是激冷材料，用于加速基材冷却，加大温度梯度，防止混料现象发生，具体放置在基材以下，根据铸件大小，通过计算判断放置位置和所需的数量；7是高铬铸铁或耐磨合金钢等的浇口，用来浇注和补缩高铬铸铁或耐磨合金钢液； 图2是图1的下箱俯视图，图中:6是激冷材料，造型时放置于型砂中，其上表面与型腔内表面平齐；8是普通低碳钢或低碳低合金钢的直浇道；9是普通低碳钢或低碳低合金钢的内浇道，开设数量及横截面积根据铸造工艺学相关原理来设计，位置由生产经验判断；10是普通低碳钢或低碳低合金钢的浇口窝；11是双金属耐磨板型腔；12是高铬铸铁或耐磨合金钢等的内浇道，开设数量及横截面积根据铸造工艺学相关原理来设计，位置由生产经验判断；13是高铬铸铁或耐磨合金钢等的直浇道；14是高铬铸铁或耐磨合金钢等的浇口窝。 图3是耐磨薄板实物线切割后的端面图； 图4是长方形耐磨薄板实物图； 图5是多种形状耐磨薄板实物图； 图6是耐磨薄板耐磨层的高铬铸铁显微组织图； 图7是耐磨薄板基材的低碳低合金钢显微组织图； 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双液双金属复合铸造耐磨薄板的生产工艺，其特征在于所述生产工艺步骤如下：利用重力铸造双浇注系统复合浇注工艺，先浇注第一种金属液，采用特殊的激冷材料将进入型腔内的金属液的温度场进行调整，使得先进入的第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大，远离部分相对温度梯度较小；当第一种金属液与激冷材料相接触部分温度梯度较大部分已形成固相、远离的相对温度梯度较小部分表面处于固‑液或液相时，将第二种金属液浇入型腔剩余空间，使两种金属液实现冶金结合，得到由基材和耐磨层构成的双金属复合铸造耐磨薄板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永长，荣守范，张敬强，李星逸，郭继伟，
申请(专利权)人：佳木斯大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23