耐磨铸件生产中应予以重视的几点意见

水泥 2010-07-13

　　我在耐磨铸件的研究和生产实践中，发现并总结了一些观点，认为在耐磨铸件生产中，应给予重视。特借助广大读者喜读的《中国建材报》与各位同仁交流意见，望你们在有空时，结合自己公司耐磨件生产，对比一下，在认真总结的基础上，去粗取精，用于生产。本文如能够对提高我国耐磨铸件质量或对相关耐磨企业有所帮助，我会感到十分高兴和欣慰。

　　一、根据耐磨件磨损特点，选择好耐磨材料，是耐磨件使用过程中达到安全、可靠、耐久、经济等效果的前提，也是耐磨件生产中要认真选择的关键技术。

　　选材时要抓住耐磨件的磨料磨损特点，选好相关耐磨材料。根据自己公司耐磨件使用条件，可选用高硬度的高铬铸铁、中铬铸铁，也可选用高强高韧高硬度的合金耐磨钢、双金属复合耐磨材料等。选择相关耐磨材料后，结合耐磨件结构特点和技术要求，在成分设计上要做到进一步优化，并努力做到准确控制成分，减小波动范围。如在高铬铸铁铸件中，根据铸件使用条件，把碳含量设计的最优化（选在共晶点或靠近共晶点处），把硅含量较国标有所增加（1.2%～1.3%），添加极微量的相关合金元素，严格控制氧（≤30ppm）、氧化铁（<0.5%）、氢、氮等含量，严格控制磷硫含量等。采用炉内一次变质处理工艺，添加极微量的相关合金元素，可以显著细化晶粒，改善共晶碳化物的分布、形态、淬透性、耐磨性等，同时大辐度降低高铬铸铁中必须要含有的钼、镍、铜等贵重元素，以达到降低生产成本的目的。又如在中铬铸铁铸件中，要采用价格较为低廉，且能显著提高材料耐蚀性能和耐磨特能的硅以及能显著提高材料淬透性能和耐磨特能的极微量合金化的技术路线，以达到提高材料耐蚀和耐磨性能，同时大辐度降低中铬铸铁中必须要含有的钼、镍、铜等贵重元素，以达到降低生产成本的目的。

　　众所周知，硅易溶于基体组织中。首先它能提高基体组织电极电位，减少碳化物与基体组织电极电位差和电化学腐蚀；其次，硅与氧的亲和力较大，在耐磨铸件表面易形成致密的纯化膜——二氧化硅的氧化膜，以阻止或延缓腐蚀磨损的进程，从而有效提高材料的耐蚀性能；再次，硅的原子半经大于铁，有效地强化了基体组织，从而提高了材料的耐磨性能。

　　硅与铁的亲和力大于铬与铁的亲和力，因此共晶时，由硅置换铬，能有效的增加共晶时铁液中Cr/C比，从而促使Cr/C
小于4的中铬铸铁形成与高铬铸铁相同的M7C3型理想共晶碳化物，能显著提高耐磨特能，同时硅起到增加共晶碳化物的数量和改善其形态和分布，对于提高耐磨性也起到积极作用。

　　硅能够有效改善材料的铸造工艺性能，尤其是流动性，为获得优质铸件创造良好条件。
　　又如高锰钢中采用细净化钢液，在化晶粒技术措施的前提下，高锰钢的含碳量选择应在国标上限或更高些，以提高铸件的耐磨性和使用寿命。

　　二、耐磨材料生产中，要重视并采用净化耐磨材料的工艺措施，以提高和改善耐磨铸件晶界的冶金质量，从而进一步提高耐磨铸件综合力学性能和使用寿命。

　　生产中可以实施的净化工艺措施介绍如下：
　　1.使用干净清洁的炉料和各类铁合金。
　　2.选择优质的耐火炉衬材料。
　　3.熔化过程中采用并加强沉淀脱氧和终脱氧工艺措施。
　　4.熔化过程中采用并加强多次造渣和多次扒渣工艺措施。
　　5.加强炉内一次变质和包内二次变质工艺。
　　6.有条件实施炉外精练工艺，如AOD 、LF法精炼工艺。
　　7.铸造工艺上采用半封闭式浇注系统（即直浇口截面积大于模浇道截面积，内浇口总截面积大于模浇道截面积———挡渣效果好），浇注系统中增设陶磁过滤网等。
　　8.使用干净的铁水包、茶壶包，并保持铁水包的清洁。

　　使耐磨材料中的氧（30ppm以下）、氢、氮等气和硫化物、氧化物（FeO<0.5%）、硅酸盐等夹杂物含量（<0.5%）降低到最低水平。

　　三、耐磨材料生产中要重视并采用细化母材晶粒的工艺措施，从而进一步提高耐磨铸件综合力学性能和使用寿命。
　　细化晶粒是当今金属材料研发的热门技术，也是金属材料研发的主流。就耐磨白口铸铁而言，只有细化晶粒，碳化物（共晶碳化）变细，且分布均匀，才能使脆性较大的抗磨相碳化物在磨损过程中不易产生裂纹的萌生、扩展、剥落，既保护了自己又保护了基体，耐磨性也得到显著提高。高锰钢细化晶粒后（从3级提高到4级后），其耐磨性可提高50%～80%，高铬铸铁可提高30%～50%以上。

　　生产中可以实施的细化工艺措施介绍如下：
　　1.炉内一次变质处理工艺。
　　2.包内二次变质工艺。
　　3.悬浮铸造工艺（有待于进一步研究）。
　　4.添加纳米颗粒（报道的很多，但至今应用于生产并可行的报道还没有，有待于进一步研究）。
　　5.采用震动结晶（机械震动，超声波震动）。
　　6.采用激冷铸型，使耐磨铸件在铸型中加快凝固。

　　金属型、铁模覆砂铸型、壳型+铁豆砂铸型、工作面加外冷铁、铸件热节部位加三维多孔内冷铁等均属于激冷铸型，对铸件晶粒细化将起积极作用。实践证明金属型生产的磨球晶粒较砂型细，其耐磨性也高于砂型，这是众所周知的事情。因此企业生产耐磨铸件过程中，根据自身的实际情况，设法采用各类激冷铸型是十分必要的，应给予足够重视。以目前普遍采用的金属型磨球工艺为例，在批量生产中难以控制铸型模温，从而不同模温下生产出的磨球晶粒就不同，对磨球质量将会带来很大的影响。望各种激冷铸型，应给予重视并早日用于生产。

　　7.严格控制浇注温度。
　　浇注温度对晶粒影响很大，浇注温度越低其晶粒越细，在能够满足充型的前提下，浇注温度应该控制的越低越好。在批量生产中要实现这一点就必须做到科学管理和生产经验相结合。

　　8.优化设计并严格执行再结晶热处理工艺。
　　对高铬、中铬耐磨铸铁、合金耐磨钢、复合材料而言，热处理工艺对再结晶晶粒的影响较大，因此需要优化热处理工艺，并严格执行。关键耐磨铸件建议采用必要的预热处理工艺，既能细化晶粒，又能显著提高铸件的综合性能。

　　四、优化设计并采用适宜的铸造工艺，获得健全耐磨铸件。
　　选择各类耐磨件的铸造工艺，耐磨铸件等企业是最有发言权的，建议采用计算机数字模拟技术和生产经验，优化设计铸造工艺并采用激冷精密铸型，从根本上解决我国耐磨铸件“傻大黑粗”的现状。浇注系统应选用半封闭式浇注系统，并采用陶磁过滤网，冒口采用发热保温冒口或保温冒口等。发热保温冒口，可以进一步提高铸件的补缩能力，提高内部质量（致密度），同时为提高铁水的有效利用率创造良好条件。采用发热保温冒口后，铁水或钢水的有效利用率均能提高到83%～87%，给企业带来良好效益，望各位早日应用。

　　五、根据耐磨铸件的结构特点和使用要求进一步开发复合材料和复合铸造工艺，使耐磨铸件具有高强高韧高硬度的综合力学性能以及安全可靠耐久经济的使用性能。

　　可采用：镶铸双金属复合铸造工艺、双液双金属复合铸造工艺、表面强化合铸造工艺（铸渗，Xwin）。

　　六、严防耐磨材料遗传性。
　　任何一种金属材料，均存在自己固有的遗传性，高铬、中铬耐磨铸铁,耐磨合金钢，高锰钢等材料也不例外，耐磨铸件生产中，应注意如下几点。
　　1.炉料的组成中，母材材料的回炉料所占的比例严格加以限止，一般控制在40%以内。
　　2.加强炉内一次变质工艺和包内二次变质工艺。
　　3.适宜的电磁搅拌和提高适宜的过热度。

　　七、严格的铸件质量检验。
　　要制定符合国情的耐磨铸件质量检验标准，严格执行质量检验，不得使不合格产品出厂。

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