[发明专利]一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磨盘的制备，特别涉及一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，该方法制作的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘，由原生柱状硬质相和高韧性金属基体相两部分组成，具有基体金属的高强度和高韧性，又具有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高压和强烈磨损。

背景技术

磨盘是研磨机上的一种磨具，主要在电力、矿山、水泥、化工、煤炭等部门的立磨中使用，用于煤炭、矿石、水泥生/熟料等的粉磨。磨盘的耐磨性和韧性直接影响其使用寿命。当前用于制作磨盘的材料主要为高合金钢和铸铁等材料：高合金钢虽然具有韧性好，但硬度较低，因此抗磨性能差，而且采用了价格很贵的稀有合金元素，所以产品成本也高；而采用铸铁材料，虽然耐磨性得到了保证，但究其韧性差的弊病，常在使用过程中发生脆性断裂，导致生产企业停工停产。虽然也有一些复合材料用于制作磨机磨盘，但仍未达到良好的使用效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，该方法制备的柱状硬质相复合耐磨磨盘，通过对合金粉芯进行原位复合生成高耐磨的硬质相，且硬质相与高韧性基体相界面实现了冶金结合，具有高耐磨性和高韧性，解决了目前行业中存在的耐磨性和韧性难以调和的技术难题。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种原生柱状硬质相复合耐磨磨盘的制备方法，其特征在于，该方法制得的耐磨磨盘由高硬度柱状合金硬质相和高韧性基体金属两部分通过浇铸复合而成，具体包括下列步骤：

步骤一，将合金粉芯丝材编制成近似磨盘形状骨架，并通过绑扎和焊接的方法进行整体固定，磨盘形状骨架占实际磨盘总体积的50％～80％；

步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨盘铸型；

步骤三，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到磨盘铸型的型腔内；快速将编制的磨盘形状骨架放入充有高温基体金属钢液的浇铸型腔中，利用高温基体金属钢液的热量，对编制的合金粉芯丝材骨架进行铸渗、烧结或溶化，合金粉芯丝材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短程扩散，在原位生成高度弥散的高硬度柱状合金硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的复合耐磨磨盘。

采用本发明的方法制备的原生柱状硬质相复合耐磨磨盘具有以下优点：

1、由于采用合金粉芯丝材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温作用下，合金粉芯丝材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在基体金属中的宏观上呈柱/带状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与韧性有机统一，可有效地避免疲劳磨损，且复合材料抗拉性能和抗压性能好。本发明的方法制备的复合耐磨磨盘的整体性能优良，显著优于合金钢、铸铁和陶瓷材料制备的磨盘(或复合磨盘)。

2、合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。

3、由于合金粉芯丝材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷，内部组织性能优良，明显优于一般的粉末冶金方法制备耐磨复合材料的组织结构。

4、本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

5、柱状硬质相为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织致密且无明显缺陷，避免了像组合式磨盘在研磨过程中出现的开裂现象和使用过程中的脱落现象。

6、根据使用工矿，柱状硬质相在基体中的比例可调，且由于合金粉芯丝材柔软性好，易于机械化编制成各种形状并分布均匀的丝材骨架；

7、根据不同的使用要求，可调整柱状硬质相的直径以及分布形式，合金粉芯丝材直径可从毫米级向微米级调整，获得组织分布更均匀、耐磨性能更优良的产品；

8、其使用寿命可比高合金钢、铸铁或陶瓷材料制成的磨盘(或复合磨盘)寿命提高5-10倍。

附图说明

图1为合金粉芯丝材结构示意图；

图2是柱状硬质相复合耐磨磨盘制备工艺示意图；

图3经浇铸得到耐磨复合磨盘的示意图；

图4为图3中A的局部放大图；

图5是磨盘耐磨复合材料的金相组织图；