[发明专利]衬套及衬套的制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨零件制造领域，尤其涉及耐磨衬套领域。

背景技术

衬套是常用的耐磨机械零件，工作中需承受强烈的磨损和冲击，服役寿命有限。为有效提高衬套的工作寿命，应根据其工况条件选择合适的材质和加工方法。采用奥氏体锰钢材质可以利用其工作中的冲击，充分发挥奥氏体锰钢的冲击硬化效果。但液态奥氏体锰钢的冷却过程属于中间凝固方式，介于逐层凝固和糊状凝固之间，导致奥氏体晶粒度仅能达到0-2级，晶粒粗大造成高锰钢的力学性能不够高。而且，由于高锰钢原材料成分复杂，杂质含量高，在冶炼过程容易形成气孔和夹杂等缺陷，因而影响到高锰钢性能的发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有高级耐磨属性的衬套。

本发明另一所要解决的技术问题在于，提供一种衬套的制备方法，以获得具高致密度的衬套。

本发明又一所要解决的技术问题在于，提供一种衬套的制备装置，以制得具高级耐磨衬套。

为解决上述技术问题，本发明首先提供一种衬套，其特征在于，以奥氏体锰钢为基体材料，所述基体材料中均匀弥散分布有纳米改性剂，所述纳米材料包括氮化硅、氮化钛、氮化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化锆、硼化硅、硼化锆及稀土氧化物中的至少一种，述纳米材料的含量占衬套总重量的0.01％-0.30％。

进一步地，所述衬套中锰合金含量占衬套总重量的6-18％。

进一步地，所述衬套为筒状。

本发明还提供一种衬套的制备方法，包括：

烘干步骤：以奥氏体锰钢为原材料进行加热烘干，以去除原材料的水分；

冶炼步骤：对烘干后的原材料进行冶炼，并通过造渣和除渣减少金属液的 杂质；

净化步骤：当冶炼获得的钢液到达出炉温度后，将钢液转入内置液态纳米变质剂的浇包中进行纳米变质，以进一步细化晶粒、净化钢液，使纳米改性剂在钢液中达到弥散分布；

离心铸造步骤：将净化后的钢液注入事先在内壁涂装有纳米材料的离心铸造模具中进行离心铸造，铸造过程中实现再次纳米变质及细化晶粒；及

冷却步骤：冷却后取出衬套。

本发明还提供一种衬套的制备装置，包括与卧式或立式离心铸造机连接的底座、固定于所述底座并可随所述底座转动的模具、位于所述模具内部的内垫、位于所述模具外端的外垫、挡在所述外垫外侧的挡板、与所述模具连接的紧固架、及被压入所述紧固架且位于所述挡板外侧的固定块。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：借助将纳米材料加注到液态高锰钢中，细化晶粒，极大改善高锰钢的金相组织和衬套的力学性能。通过加注纳米材料，金属组织晶粒极度细化，钢液纯净，力学性能指标提高，耐磨性更好，起到优化改性的目的。

附图说明

图1是本发明衬套和衬套的制备装置的剖视图。

图2是本发明衬套的制备方法的流程框图。

图3是未加入纳米改性剂的衬套的金相图。

图4是本发明加入纳米改性剂的衬套的金相图。

图5是本发明另一加入纳米改性剂的衬套的金相图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种衬套4，以奥氏体锰钢为基体材料制成筒状体，所述基体材料中均匀弥散分布有纳米改性剂。其中，所述纳米材料包括氮化硅、氮化钛、氮化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化锆、硼化硅、硼化锆及稀土氧化物中的至少一种，述纳米材料的含量占衬套总重量的0.01％-0.30％；所述衬套4中锰合金含量占衬套4总重量的6-18％。

如图2所示，本发明一种衬套的制备方法，包括以下步骤：

烘干步骤：以奥氏体锰钢为原材料进行加热烘干，以去除原材料的水分；

冶炼步骤：对烘干后的原材料进行冶炼，并通过造渣和除渣减少金属液的杂质；

净化步骤：当冶炼获得的钢液到达出炉温度后，将钢液转入内置液态纳米变质剂的浇包中进行纳米变质，以进一步细化晶粒、净化钢液，使纳米改性剂在钢液中达到弥散分布；

离心铸造步骤：将净化后的钢液注入事先在内壁涂装有纳米材料的离心铸造模具中进行离心铸造，铸造过程中实现再次纳米变质及细化晶粒；

冷却步骤：冷却后取出衬套；及

水韧步骤：对冷却后取出的衬套进行水韧处理。