精品文檔-下載后可編輯高沖擊韌度耐磨鑄鋼件的制造工藝優化【摘要】針對各種工程、采礦、掘進等機械用耐磨耗材（球磨機襯板、破碎機錘頭、額板、挖掘機斗齒等）的服務條件和性能要求，優化出了一種制造高沖擊韌度耐磨鑄鋼件的工藝流程

【關鍵詞】鑄鋼；消失模；微合金；熱處理

各種工程、采礦、掘進等機械用耐沖擊、耐磨耗材是在采掘作業中磨損最嚴重的零件，因而屬于一種用量大、消耗快的易損件。目前各工礦企業大多仍采用采用高錳鋼系列材料作為耐磨耗材，由于其在復雜的作業環境中中直接與礦石、砂土、巖石等接觸，工作條件十分惡劣，導致使用壽命短，更換頻繁，高錳鋼在耐沖擊、耐磨方面的表現并不盡如人意。因此，急需開發一種新的耐沖擊、耐磨鑄鋼件制造工藝，以減少金屬磨損、維護成本，提高經濟效益。

1優化材料結構設計

從工礦企業用高沖擊韌度耐磨鑄鋼件的失效形式可以看出，有的零件沒有磨損多少，就發生斷裂，造成斷裂的原因除了跟材料本身的質量有關系外，還跟鑄鋼件的設計結構有很大關系。拿挖掘機斗齒舉例，斗齒結構主要包括斗齒的安裝角度、斗齒形狀等。因此在安裝和設計斗齒時，要根據具體的工作環境選用不同形狀的斗齒和安裝角度，這樣才可以最大限度的提高挖掘機的工作效率。例如，針對礦山類挖掘設計斗齒時，應當設計安裝角度小，截面較厚，長度較短的斗齒，目的是提高斗齒的沖擊韌度，使之在作業過程中不發生斷裂。對于主要進行沙土類挖掘選用斗齒時，由于斗齒不會受到較大的沖擊載荷，因此可以選用安裝角度大、截面較薄、齒形較扁長的斗齒，有利于沙土的挖掘效率。近年來，根據不同的工況開發出了一系列斗齒結構，如A型、C型、P型、F型和H型等，總而言之，在斗齒材料質量一定的情況下，通過優化設計斗齒結構，可以提高斗齒的強度和使用壽命。

2合理選擇熔鑄材料

目前廣泛應用的耐磨材料主要有三大類：（1）高錳鋼，（2）低中合金耐磨鋼，（3）高鉻鑄鐵。根據耐磨鑄鋼件的失效形式，選用的材料要具有較高的強度、硬度以及良好的韌性配合。為了克服高錳鋼在低沖擊載荷條件下耐磨性差，在低沖擊應力的工況工作時，存在屈服強度低，易折斷等缺點。各國在高錳鋼的強韌化方面做了大量工作，國內外廣泛開展了替代材料的研究開發。

近年來，通過分析影響高強度耐磨鑄鋼的強韌性、淬透性、淬硬性和耐磨性的相關因素，成功開發了微合金高強度耐磨鑄鋼（含碳量一般在0.15%～0.29%之間，以保證材料有足夠的硬度），該種合金已成功應用于生產實踐中，并取得了顯著的性價比。

微合金高強度耐磨鑄鋼是以硅、錳為基礎，通過添加合金元素Cr、Mo、V、Nb、W、Ti、N、稀土等以及其它微量元素而發展起來的。該材料性能優良、適應性強，主要用于高沖擊韌度耐磨鑄件的生產。其合金系統由成分簡單的單一錳系、硅系、鉻系、鉻錳系到成分復雜的鉻、錳、硅、鉬、其他微量元素的多元復合系統。微合金高強度耐磨鑄鋼具有較好的強韌性，低、中沖擊載荷下的耐磨性優于高錳鋼，研究結果表明，實踐表明微合金高強度耐磨鑄鋼制造的斗齒具有高的硬度、強度和優良的韌性、焊接性。

3采用消失模鑄造工藝

消失模鑄造也稱熔模鑄造，是采用泡沫模型代替金屬或木模，造型后模樣不取出，得到一個實體型腔與鑄件形狀完全相似的泡沫模型鑲在型腔內，形成“實型”型腔，而不是傳統的“空腔”型腔，經澆注、落砂、清理后得到一個高精度的鑄件。用消失模鑄造工藝來生產鑄鋼件，和普通的砂型鑄件相比，在鑄件的表面粗糙度和尺寸精度，以及消除某些鑄造缺陷方面，都有其優越性。已被國內外鑄造界譽為“21世紀的鑄造方法”、“鑄造的綠色工程”。消失模鑄造的主要優點：

（1）鑄件精度高，消失模鑄造是一種加工余量小，精確成形的新工藝，該工藝無需取出木樣，無分型面，無砂芯，因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，并減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。

（2）設計靈活，為鑄件結構設計提供了充分的自由度。原先分為幾個零件裝配而成的結構，可以通過由幾個泡沫塑料模黏合后鑄造而成。原先需要加工形成的孔、槽可以不用砂芯而直接鑄造出來，大大節約了機械加工，制造成本和清砂處理。

（3）無傳統鑄造中的砂芯，采用干砂充填緊實，靠干砂的流動充填模樣的空腔形成鑄件的內腔及孔。對于內腔復雜的鑄件可將泡沫塑料模樣分成幾個預發泡成形，然后粘接成整體模樣。因此，不會出現傳統砂型鑄造中因砂芯尺寸不準確或下芯位置不準確等原因而造成廢品。

4優化熱處理工藝

合理的設計、正確的選材如果沒有恰當的熱處理工藝保證，也會使高強度耐磨鑄鋼件過早失效。選擇合理的熱處理工藝對高強度耐磨鑄鋼件的使用壽命有較大的影響。如熱處理工藝中針對不同材料的性能要求選擇合適的方法（如普通熱處理、表面熱處理、形變熱處理、真空熱處理等）、工藝參數等，這樣才能使鑄鋼件在保證不發生斷裂的前提下獲得最好的耐磨性。如采用高溫同溶預處理球化退火對低碳低合金鋼鑄件進行預先熱處理，其工藝為：隨爐至700℃×lh～1050℃X5h隨爐冷至880℃出爐空冷。再經不同溫度的淬火和回火（淬火回火工藝為：920℃保溫15s水淬。220℃回火35s）。磨損實驗結果表明：微合金高強度耐磨鑄鋼件的使用壽命高于高錳鋼，與進口的國外材料相當。

5對斗齒表面進行強化處理

微合金高強度耐磨鑄鋼件本身具有很高的強韌性，再通過對其表面進行表面強化技術，既使鑄鋼件材料具有高的耐磨性，而且具有良好的塑韌性。目前常采用的表面強化技術主要有錘擊、噴丸、炸藥爆炸、堆焊等方法。

6結論

結果表明，采用全新的工藝制造流程后，高沖擊韌度耐磨鑄鋼件的組織為馬氏體、貝氏體和奧氏體復相組織，力學性能為強度（σb）≥1650MPa，沖擊韌度≥12