[发明专利]一种厚大高锰钢衬板的水冷消失模铸造方法

说明书

技术领域

本发明属于机械零件制造技术领域，具体涉及一种厚大高锰钢衬板的水冷消失模铸造方法。

背景技术

磨机是冶金矿山、建材、发电等行业常用的粉磨设备。半自磨机以磨球和物料为介质，靠筒体的旋转将磨球和物料提升到一定的高度，然后抛落下来产生强烈冲击、研磨和磨削作用使矿石被磨碎。磨球和矿石对磨机筒壁产生强烈的冲击力和摩擦，衬板是磨机中保护磨机和带动磨球对物料进行研磨和粉碎的重要部件。球磨机衬板工作环境恶劣，直径4-5m的半自磨机衬板的主要失效形式是大能量多次冲击下的断裂、屈服变形和磨料磨损。虽然高锰钢衬板在使用过程中受到强烈冲击作用能充分发挥其加工硬化特性，具有较好的耐磨性。但对于波谷高度大于120mm，其波峰厚度达到180～200mm的高锰钢衬板，采用消失模干砂铸造时，衬板心部冷却速度低、凝固速度慢，有大量的碳化物存在，并且晶粒粗大，柱状晶发达，甚至出现穿晶组织，即使通过加入合金元素提高其淬透性，但晶粒粗大仍然使其韧性较低，使用过程中衬板发生断裂。因此，为了保证磨机的正常安全运行，提高衬板的冲击韧性，避免衬板断裂成为高锰钢衬板制造的首要要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚大高锰钢衬板的水冷消失模铸造方法，提高衬板的冲击韧性、耐磨性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种厚大高锰钢衬板的水冷消失模铸造方法，包括铸造工艺过程和热处理工艺过程，铸造工艺过程采用消失模铸造工艺，在真空砂箱内的负压环境以及砂箱工作台的水平二维振动协同作用下对造型后的消失模进行金属液的浇注，在浇注后立即开启真空砂箱上的水冷却系统，并维持真空砂箱的负压环境以及砂箱工作台的水平二维振动直至铸件完全凝固，在开启真空砂箱的水冷却系统后，观察浇口中金属液的液位，并及时进行补浇。

进一步的，所述的水冷却系统为设置在真空砂箱框内的水冷却管道系统，并且水冷却管道系统中的管道从下到上直径逐渐减小。

所述水冷却系统包括至少两层水冷却管道系统，在相邻的两层水冷却管道系统中，下层冷却管道的直径为上层冷却管道直径的1.5~2倍。

进一步的，所述真空砂箱中负压环境的压力值为-0.05～-0.06MPa。

进一步的，所浇注的金属液的温度为1450-1460℃。

进一步的，在消失模浇注金属液后，真空砂箱内的负压环境和砂箱工作台的水平二维震动维持时间为8~12分钟。

进一步的，开启真空砂箱的水冷却系统对铸件的冷却时间为15~20分钟。

进一步的，所述的热处理工艺过程为：将经过铸造工艺过程成型的衬板铸件放入炉中，以80℃/小时的升温速度升至700℃，保温3小时，然后升温至1080℃，保温8小时后，将衬板铸件淬入水中进行淬火，淬火后即可得到厚大高锰钢衬板的成品。

进一步的，在淬火时，铸件和水的体积比为1:10。

进一步的，所成型的衬板的波谷厚度为120~135mm。

进一步的，按照重量百分数，所浇注的金属液的化学成分中，C：1.1%、Mn：11.5%，其余的成分按规格要求配比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的方法加工的厚大高锰钢衬板心部韧性好，冲击韧性≥150J/cm²，屈服强度大于630MPa，可以抵抗物料的强烈冲击和塑性流变；表层初始硬度≥HBS240，抗冲击性和耐磨性能优异，使用性能优良。

2、本发明在传统的消失模铸造方法的基础上，对浇注过程进行改进，在浇注的同时，通过真空砂箱内的负压和砂箱工作台的水平二维振动相协同，细化晶粒，提高衬板的致密度；在真空砂箱上设置2~3层水冷却系统，并且，冷却管道直径从下到上逐渐减小，这样可以形成强制冷却的顺序凝固，在铸件凝固过程中强制水冷，消除衬板心部的碳化物，进一步提高衬板的致密度和细化晶粒，使衬板的冲击韧性和屈服强度提高，同时，晶粒细化能增加高锰钢组织中位错密度，提高其加工硬化效果，使其耐磨性提高。

3、本发明在浇注后，维持真空砂箱的负压和水平二维振动至铸件完全凝固，可以防止金属液的反喷和飞溅。

4、本发明在传统的高锰钢衬板成分的基础上，降低碳含量，控制锰含量，利用消失模表面增碳，提高衬板表面初始硬度及工作过程中的加工硬化效果，提高其耐磨性。

附图说明

图1是对各实施例所加工的衬板进行性能测试的测试数据。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例，对本发明所述的加工方法作进一步的说明。

实施例1