礦山機(jī)械設(shè)備錳鋼鑄件鑄造工藝改進(jìn)分析

崔亞迪　孫文翰

摘 要：隨著市場(chǎng)中各行各業(yè)對(duì)礦石原料需求在日益的增加，伴隨礦石不斷地被開(kāi)采，現(xiàn)階段礦石開(kāi)采的難度也更加凸顯。為了滿足市場(chǎng)對(duì)礦石的需求，只有從采掘礦石設(shè)備著手，提高其使用質(zhì)量。礦山機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部件主要是鑄造而成的，只有通過(guò)改進(jìn)礦山機(jī)械設(shè)備的鑄造工藝才能最終提高礦石的采掘量，滿足需求。提高礦山機(jī)械設(shè)備性能主要是提高其耐磨性，文章就錳鋼鑄件耐磨性的鑄造工藝進(jìn)行分析，為礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的鑄造提供一定的幫助，進(jìn)而滿足市場(chǎng)對(duì)這種礦石的需求。

關(guān)鍵詞：礦山機(jī)械設(shè)備；錳鋼；耐磨性；鑄造工藝

全球礦業(yè)的發(fā)展伴隨著全世界整體經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展也取得了很大的進(jìn)步，在各種礦石（如：鐵礦石，銅礦石以及其他金屬礦石等）需求量日益增加的情況下，帶動(dòng)了礦山機(jī)械設(shè)備的需求，與此同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)鑄件的需求量。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況下，這就對(duì)鑄件的鑄造工藝提出了更高的要求。一般碳鋼和錳鋼是礦山機(jī)械設(shè)備用到最多的鑄件材質(zhì)，主要是利用其耐磨性。為了提高鑄件的鑄造工藝，必須從提高其耐磨性進(jìn)行分析。

目前，我國(guó)在襯板、磨球等耐磨件的生產(chǎn)鑄造方面取得了很大的進(jìn)步，已經(jīng)接近了發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平。其中礦山機(jī)械設(shè)備用到的耐磨鑄件有種類(lèi)有許多，但以非錳系耐磨合金鋼、奧氏體耐磨錳鋼和耐磨白口鑄鐵這三種鑄件用到的最多。下面我們就詳細(xì)介紹一下這三種耐磨鑄件。

1 介紹礦山機(jī)械設(shè)備鑄件耐磨性種類(lèi)

1.1 介紹非錳系耐磨合金鋼

隨著礦山機(jī)械設(shè)備性能要求的不斷提高，非錳系耐磨合金鋼 開(kāi)始問(wèn)世，并得到了廣大用戶的認(rèn)可。因非錳系耐磨合金鋼是一種低碳高合金，其主要是用于制作球磨機(jī)的耐磨襯板。非錳系耐磨合金鋼的使用壽命非常凸顯，通過(guò)大量的試驗(yàn)得出其使用壽命可達(dá)到高錳鋼使用壽命的1.8～2倍，這樣在很大程度上提高了球磨機(jī)的使用壽命和使用效率。在提高礦山機(jī)械使用性能方面，要從提高合金鋼熱處理工藝和改進(jìn)鑄造工藝入手。在各相關(guān)部門(mén)的共同開(kāi)發(fā)下，高耐磨性、高強(qiáng)度中碳耐磨合金（其中：硬度為55HRC的合金鋼和硬度為50HRC的合金鋼）得以迅速發(fā)展，使耐磨合金鋼不僅大大提高了耐磨性，還在一定程度上加強(qiáng)了其韌性和硬度。

1.2 介紹奧氏體耐磨錳鋼

奧氏體耐磨錳鋼是礦山機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛的材質(zhì)，主要是因其具有強(qiáng)度高、耐磨性好、硬化度高、容易加工和韌性高的優(yōu)良特點(diǎn)。其主要用于制作礦山機(jī)械設(shè)備中的濕式球磨機(jī)襯板、旋回式破碎機(jī)襯板、圓錐式破碎機(jī)和破碎壁、錘式破碎機(jī)錘頭等。其中我國(guó)采用的最主要耐磨錳鋼材料就是Mn13，而少數(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家主要是采用Mn13Cr2奧氏體耐磨錳鋼，相比較之下奧氏體耐磨錳鋼具有耐磨性能更好和強(qiáng)度更高的特點(diǎn)。P和Si的含量直接關(guān)系到錳鋼技術(shù)的發(fā)展，尤其是對(duì)P的含量要求比較嚴(yán)格（要求在0.04%以下）。在鑄造過(guò)程中所要面臨的最大問(wèn)題就是在提高錳鋼的耐磨性的同時(shí)還能降低其沖擊韌性。

1.3 介紹耐磨白口鑄鐵

在全球范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是耐磨鑄鐵要屬鉻系白口鑄鐵，目前在技術(shù)發(fā)展方面最為成熟和質(zhì)量能達(dá)到很高程度的耐磨白口鑄鐵就是高鉻耐磨鑄鐵（其中為Cr26、Cr15）。伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷成熟，人們開(kāi)始研發(fā)低鉻耐磨鑄鐵和鉻硅耐磨鑄鐵并得以生產(chǎn)，比較而言，高鉻耐磨鑄鐵的耐磨性能遠(yuǎn)不如低鉻耐磨鑄鐵和鉻硅耐磨鑄鐵的耐磨性能，低鉻耐磨鑄鐵和鉻硅耐磨鑄鐵的市場(chǎng)前景非?？捎^。以磨球?yàn)槔?，其發(fā)展方向：在滿足耐磨的前提下，還要保證不變形，不開(kāi)裂等鑄造工藝要求。整體鑄造要向著高耐磨、環(huán)保、節(jié)能、高質(zhì)量方向發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步，鑄造工藝已經(jīng)步入產(chǎn)業(yè)化、自動(dòng)化和大型化。

2 提高礦山機(jī)械設(shè)備中錳鋼鑄件耐磨性鑄造工藝

錳鋼已經(jīng)成為礦山機(jī)械設(shè)備鑄件中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的材料，在礦石采掘方面對(duì)機(jī)械設(shè)備使用性能的高要求主要體現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備鑄件的耐磨性方面。因此，為了提高錳鋼的耐磨性，就要對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)。下面介紹兩種改進(jìn)的方法。

2.1 加加強(qiáng)錳鋼的熱處理工藝

為了使錳鋼能達(dá)到自身韌性和強(qiáng)度高的鑄件使用標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)錳鋼進(jìn)行一定的熱處理（熱處理可以使錳鋼實(shí)現(xiàn)單一奧氏體組織）。與一般的碳鋼件相比較而言，錳鋼的導(dǎo)熱性能不好，通過(guò)試驗(yàn)得出一般碳鋼的導(dǎo)熱性是錳鋼導(dǎo)熱性的三倍，因此要通過(guò)更為嚴(yán)格的熱處理工藝對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。錳鋼在熱處理時(shí)容易出現(xiàn)開(kāi)裂和變形等質(zhì)量問(wèn)題，因此采用豎裝襯板裝置的方法，并對(duì)其進(jìn)行必要的預(yù)熱處理，防止錳鋼因熱脹冷縮而發(fā)生變形或開(kāi)裂。

對(duì)于壁厚較厚的錳鋼鑄件而言，要進(jìn)行大約3小時(shí)左右的預(yù)熱處理，并使其緩慢地加熱到650℃左右。這樣可以將錳鋼內(nèi)部一半以上的奧氏體發(fā)生分解。在分解過(guò)程中，分解產(chǎn)物為碳化物和鐵元素，并形成少量晶粒是在允許范圍之內(nèi)的奧氏體晶粒細(xì)化。隨后將錳鋼通過(guò)熱處理的方法加熱到1100℃左右，并保持這種狀態(tài)為6小時(shí)。在加熱過(guò)程中一定要注意溫度不能過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致鑄件發(fā)生脫碳現(xiàn)象，而保溫的時(shí)間并不是一成不變的，要根據(jù)錳鋼的厚度進(jìn)行計(jì)算，其主要采用25mm/h的計(jì)算方法，以確保組織的碳化物溶解充分。再進(jìn)行預(yù)熱和加熱兩個(gè)處理過(guò)程，之后采取迅速的水冷冷卻方式，主要是起到韌性處理功能。若要采用水韌處理，要保證入水的溫度在1000℃左右，入水時(shí)要進(jìn)行三次以上的擺動(dòng)。在此過(guò)程中，為了防止水的溫度過(guò)高，采用循環(huán)水注入進(jìn)行冷卻。水韌處理要在450℃的情況下保持8小時(shí)左右，以便得到奧氏體，這樣會(huì)使錳鋼的強(qiáng)度提高，主要是使屈服強(qiáng)度提高，最終達(dá)到提高錳鋼的整體耐磨性能。在水韌處理的過(guò)程中一定要在控制溫度的高低，一旦溫度大于450℃，碳化物就會(huì)變大變粗，成為針狀，這種分布卻恰好降低了錳鋼的韌性，進(jìn)而不能使錳鋼達(dá)到高耐磨的性能。

2.2 改善錳鋼鑄件的致密度

錳鋼耐磨性能的好壞在一定程度上取決于鑄件的致密程度，在鑄造工藝的過(guò)程中，要充分地考慮到以下幾點(diǎn)：（1）鑄件在鑄造工藝過(guò)程中，為了保證錳鋼耐磨性，必須嚴(yán)格按照“三低操作（三低操作主要是鑄件低溫出鋼、低溫鑄造、低溫配模）”的方法進(jìn)行操作。（2）對(duì)于壁厚大于40mm的錳鋼鑄件，必須嚴(yán)格按照鑄造工藝的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行采用冒口易割片的方法來(lái)達(dá)到補(bǔ)縮的目的，同時(shí)配合外冷鐵的使用，這樣能夠在很大程度上提高錳鋼的致密性。而對(duì)于壁厚小于40mm的錳鋼鑄件，宜采用同時(shí)凝固的鑄造工藝技術(shù)，同時(shí)也要配合外冷鐵的使用，在此過(guò)程中可以采用發(fā)熱保溫冒口，此冒口在保證錳鋼的耐磨性的同時(shí)。還能提高錳鋼鑄件的成品率。（3）對(duì)于形狀簡(jiǎn)單且批量生產(chǎn)的鑄件在鑄造時(shí)，盡可能地采用金屬型掛砂鑄造工藝，此方法可以在最短的時(shí)間內(nèi)最大效率地完成大批量耐磨性錳鋼的鑄造。

3 結(jié)束語(yǔ)

有待改進(jìn)的礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的鑄造工藝有很多方面，其中最為凸顯、最為重要的就是其耐磨性鑄造工藝的改進(jìn)。文章主要是針對(duì)錳鋼鑄件在鑄造過(guò)程中，從熱處理工藝和致密度兩方面進(jìn)行如何加強(qiáng)錳鋼的耐磨性的提高。還有很多的方法等待著我們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)和研制，希望能夠通過(guò)我們的共同努力，為礦山機(jī)械設(shè)備的鑄件鑄造工藝做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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