[发明专利]一种等温凝固大型衬板的制备工艺

说明书

本发明涉及一种等温凝固大型衬板的制备工艺，通过设置冷却凝固干预条件实现大型衬板的等温凝固，在大型衬板最大厚度位置安放内置冷铁。制备工艺，包括以下步骤：首先通过计算得内置冷铁的质量；然后基于钢液在“模具型腔内各向导热速率相同原则”和“最小尺寸方向热能可以满足冷铁熔融原则”确定内置冷铁的形状尺寸，计算求得内置冷铁的外形尺寸和内置冷铁的安放位置；制作内置冷铁，并将其稳妥安放在模型型腔内；浇铸成分合格的钢液，即可实现大型衬板的等温凝固。本发明保证了大型衬板内外成分均匀、芯部补缩充分、微观缺陷少。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的说是一种等温凝固大型衬板的制备工艺。

背景技术

随着采矿业的发展，采矿业破磨设备越来越趋于大型化，同时破磨设备用衬板材料亦越来越大型化、厚重化。衬板的大型化、厚重化对其制造工艺提出更高、更严苛的要求。大型衬板凝固过程中由于单次组织钢水多，结晶释放热能较多，在壁厚较大的位置由于导热效果差容易集聚大量热能，结晶速度缓慢，带来直接结果是易形核原子在液态金属内快速扩散，在衬板芯部结晶线前端快速集聚，造成后凝固的衬板芯部有益成分缺失。同时，在时间顺序上，由于衬板芯部后结晶凝固，凝固收缩是钢液补充通道被优先凝固的外部结构阻断，容易造成衬板芯部疏松和微观孔洞。直接影响衬板芯部组织性能，宏观表现为衬板芯部耐磨性能差。

比如直径大于10m的大型磨机衬板，其横截面为梯形结构，采用铬钼合金钢成分，在高度为340mm的梯形横截面自上而下每隔10mm取样检测成分、硬度、冲击值。结果显示在距离表面80mm位置出现微观孔洞；在距离表面100mm位置，提供马氏体形成的主要元素 Cr、Mo、Mn、Si等元素较表层约降低3-5％，明显形成了成分偏析。除去热处理时淬透性因素，成分偏析是导致大型衬板芯部硬度不高、耐磨性不足的主要原因。

不仅是大型衬板制造过程存在上述困扰，其他壁厚较大零件铸造过程同样存在上述问题，因此深入研究合理的大型铸件铸造工艺、制造表里成分均匀，内部缺陷较少的大型铸件是我国广大材料科技工作者的当务之急。

发明内容

本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种等温凝固大型衬板的制备工艺，采用本发明的计算方法得到冷却凝固干预条件(内置冷铁)的外形尺寸及安放位置，实现了大型衬板铸造过程的等温凝固。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种等温凝固大型衬板的制备工艺，通过设置冷却凝固干预条件实现大型衬板的等温凝固，在大型衬板最大厚度位置安放内置冷铁。

所述等温凝固大型衬板的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、首先通过以下算法得内置冷铁的质量：

λQ_本＝Q_冷 (1)

式中：λ——钢液温度损失系数，一般取0.58-0.62；

Q_本——本体钢液的结晶释放热能，单位为J；

Q_冷——内置冷铁熔化吸收热能，单位为J；

Q_本＝cm_本(t_浇-t_本液) (2)

式中：c——钢液的比热容，一般取450J/(Kg.℃)；

m_本——本体钢液的质量，单位为Kg；

t_浇——钢液的浇铸温度，单位为℃；

t_本液——本体钢液完全液相温度，单位为℃；