高铬铸铁材质的耐磨衬板铸造工艺是怎样的?
高铬铸铁(High Chromium Cast Iron, HCCI)是制造砖机耐磨衬板的首选材料,其硬度通常可达 HRC 60 以上。然而,高铬铸铁属于脆性材料,收缩率大,铸造过程中极易产生裂纹和气孔。
因此,其铸造工艺的核心在于:“熔炼要透、浇注要稳、冷却要缓、热处理是关键”。
以下是高铬铸铁耐磨衬板的详细铸造工艺流程:
一、 熔炼工艺:化学成分的精准控制
这是决定耐磨性的根本。
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化学成分设计:
- 碳 (C):2.2% - 3.2%。碳与铬结合形成 型碳化物(硬度极高)。
- 铬 (Cr):15% - 26%。铬含量越高,碳化物越多,耐磨性越好,但铸造难度越大。
- 碳铬比 (C/Cr):这是一个关键指标,通常控制在 4:1 到 8:1 之间。
- 钼 (Mo):1.0% - 2.0%。钼是必须添加的元素,用于提高淬透性,防止铸件截面中心出现珠光体(软点)。
- 铜 (Cu):0.5% - 1.0%。辅助提高淬透性。
- 硅 (Si) 和 锰 (Mn):严格控制在 0.8% 以下。硅过高会降低冲击韧性,导致易裂。
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熔炼设备:
- 必须使用中频感应电炉。
- 原材料必须使用优质废钢和高碳铬铁,严禁使用含硫、磷高的生铁。
二、 造型工艺:选择合适的模具
根据衬板的形状和批量选择:
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消失模铸造 (Lost Foam) —— 推荐
- 优势:衬板形状通常不规则,消失模可以制作出复杂的内腔和外形,无分型面,尺寸精度高。
- 注意:泡沫模型必须烘干,防止发气量大导致气孔。
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树脂砂铸造 (Resin Sand)
- 优势:砂型强度高,耐火性好,适合大件。
- 注意:需涂刷高耐火度的锆英粉涂料,防止粘砂。
三、 浇注工艺:防止裂纹与气孔
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浇注温度:
- 1400℃ - 1460℃。
- 温度过低:流动性差,容易浇不足,且容易产生冷隔。
- 温度过高:收缩量增大,极易产生热裂,且晶粒粗大。
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浇注系统设计:
- 底注式:铁水从底部平稳上升,防止卷入气体。
- 过滤网:必须使用陶瓷过滤网,去除熔渣(夹渣会导致衬板在使用中剥落)。
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冷铁的应用:
- 在衬板的厚大部位(如安装孔周围)放置外冷铁。
- 目的:加快冷却速度,使组织致密,防止缩松。
四、 冷却与开箱:防裂的 “生死线”
高铬铸铁对温度变化非常敏感,开箱时间是成败的关键。
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严禁高温开箱:
- 普通灰铸铁可以高温开箱,但高铬铸铁必须在砂型中冷却至 200℃ 以下(甚至室温)才能开箱。
- 如果在 400℃-600℃ 脆性区开箱,遇到冷空气,衬板会瞬间炸裂。
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保温坑 / 箱:
- 对于大型衬板,开箱后应立即放入保温箱或热砂坑中,进行缓冷(随炉冷却),这是消除铸造应力、防止裂纹最有效的方法。
五、 热处理工艺:赋予灵魂
铸态下的高铬铸铁是不能直接使用的,因为此时基体主要是奥氏体,硬度低,耐磨性差。必须通过热处理转化为马氏体。
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去应力退火(可选):
- 如果铸件形状极其复杂,先在 500-600℃ 保温,消除铸造应力,防止后续淬火开裂。
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高温淬火 (Quenching) —— 核心步骤:
- 加热温度:950℃ - 1050℃。
- 保温时间:2-4 小时(视壁厚而定)。
- 冷却方式:风冷或喷雾冷却(通常不需要水冷,以免炸裂)。
- 目的:将奥氏体转变为马氏体,并析出二次碳化物。
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低温回火 (Tempering):
- 温度:200℃ - 250℃。
- 保温:2-4 小时。
- 目的:消除淬火应力,提高韧性,稳定尺寸。
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