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矿山机械设备铸件铸造工艺分析 中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司一胡琳 摘要 nUUUUll llU 学术 市场对如铁矿石、铜矿石等需求量不断增大，与矿产资源的开采难度越来越大．构成了矿产开采中最突出的矛盾，对于矿产开采企业来说 只有不断增强矿产的开采能力，提高矿山机械设备质量，提高机械铸件铸造工艺，才能保证矿产开采量，满足市场需求。本文通过对矿山机 械设备铸件铸造耐磨性的探讨分析，重点提出如何加强锰钢铸件耐磨性，保证机械设备铸件的质量，具有一定的借鉴和参考价值。 随着社会经济的快速发展，全球范围内的 矿业经济也取得了长足的进步。对于铁矿石， 铜矿石以及其他金属矿石的需求量激增，带动 了市场对于矿山机械设备铸件的需求，这也大 大增加了对铸件铸造工艺的要求。而矿山机械 铸件在铸造时往往采用的材质是碳钢或锰钢， 这些材质的铸件在进行铸造时，需要注意的最 大问题是铸件的耐磨性，所以想要提升铸件的 铸造工艺，首先是铸件的耐磨性得到提升。 1．矿山机械设备铸件耐磨性种类 随着我国经济的发展，我国在机械设备的 耐磨铸件铸造方面取得了快速发展，其中一些 如磨球、衬板等耐磨铸件甚至出口海外，技术 水平己经达到了国际先进水平。矿山机械的耐 磨铸件有许多种，最主要的有一下几类。 1．1奥氏体耐磨锰钢。在矿山机械设备 中奥氏体锰钢有非常广泛的应用，它有韧性高、 容易加工和硬化和强度高耐磨性好的特点。在 铸件应用中如圆锥式破碎机和破碎壁、旋回式 破碎机衬板、锤式破碎机锤头和湿式矿山球磨 机衬板都会广泛的应用奥氏体锰钢。Mnl3系列 是最重要的耐磨锰钢材料，而在一些技术发达 的国家一般会采用强度更高和耐磨性能更好的 的Mn13Cr2奥氏体耐磨锰钢。在发展中锰钢技 术进步取决于si和P的含量，其中P的含量 甚至要求在<0．04％，在铸造时最主要的工艺问 题是如何在不降低冲击韧性的前提下，提高锰 钢的耐磨性。 1．2耐磨白口铸铁。在耐磨铸件中，耐磨 铸铁的主流是铬系白口铸铁，在国内外应用也 是最为广泛。Crl5、Cr26型耐磨白口铸铁是高 铬耐磨铸铁，是现在质量最好和技术最为成熟 的一种。随着技术的不断研发，铬硅耐磨铸铁 和低铬耐磨铸铁也得到了研发和生产，其耐磨 性能优于高铬耐磨铸铁，未来的市场前景更好。 在未来发展中以磨球为例，需要满足耐磨，不 开裂，不变形等诸多铸造工艺要求，要朝着节 能、环保、高质量、高耐磨性方向发展。铸造 工艺也不断大型化，产业化和自动化。 1．3非锰系耐磨合金钢 随着开采技术要求的不断提升，非锰系 耐磨合金钢得到了研发和推广应用。主要使 用在矿山机械设备中湿式球磨机衬板。这是 一种低碳高合金铸钢衬板，非常适合用于湿 式球磨机中。在应用试验中非猛系耐磨合金 钢的使用寿命是高锰钢衬板的两倍，这样的 效果大大提升了球磨机的使用效率和说明， 将来在应用中会不断扩大和推广。在未来工 艺提升中，需要不断的提高铸造工艺和合金 钢热处理工艺优化上。技术的不断进步，高 强度、高耐磨性中碳耐磨合金取得了快速的 发展，硬度50 HRC的合金钢，Ⅱkn达到200 J／C nl。；硬度55 HRC的合金钢，a kn达到 100 5／C II12，使得耐磨合金钢不仅耐磨性得 到了巨大的提高，硬度和韧性也得到了加强。 2．提高矿山机械中锰钢铸件耐磨性铸 造工艺 在矿山机械设备铸件中，锰钢的使用已经 相当广泛，由于矿山开采时对于机械设备的强 度要求极高，表现在设备铸件方面就是机械设 备的耐磨性，所以就如何提高锰钢的耐磨性， 分析如何加强矿山机械设备的铸件铸造工艺。 2．1铸造时改善锰钢铸件的致密度。铸件 的致密程度极大的影响到了锰钢的耐磨性能， 所以在进行铸造时，工艺方面应该做一下几个 方面的考虑，第一，对于锰钢壁厚大于四十毫 米的铸件，必须严格按照规范采用冒口易割片 来达到补缩的目的，这样配合外冷铁的使用， 能够大大加强锰钢的致密度，对于壁厚小于 四十毫米的锰钢铸件，采用的是同时凝固的工 艺技术，此时也需要配合外冷铁。这其中可以 考虑使用发热保温冒口，这种冒口可以提高锰 钢铸件的出品率，保证锰钢的耐磨性。第二， 对于成批量，且形状较为简单的铸件在铸造时， 尽量使用的工艺技术是金属型挂砂工艺，这样 可以在最短时间，最大效率完成耐磨性锰钢铸 造。第三，在铸件铸造工艺时，需要严格的遵 守“三低操作”，三低主要指的是，铸件低温 配模，低温铸造，低温出钢。这是保证铸件锰 钢耐磨性的关键和基础。 2．2铸造时加强锰钢的热处理工艺。锰 钢进行热处理的目的主要在于，通过热处理 实现锰钢的单一奥氏体组织，加强锰钢自身 的硬度和韧性，达到铸件的使用标准。锰钢 相对于一般的碳钢铸件来说，导热性能较差， 大约只有碳钢的三分之一左右。所以热处理 工艺比一般的碳钢要求更高，更严。考虑到 在进行热处理时，锰钢可能会出现变形或者 开裂的质量问题，衬板在装置时需要采用竖 装，并对锰钢进行预热处理，防止热涨冷缩 导致锰钢变形开裂。 首先，对于厚壁的锰钢铸件，要缓慢的 加热到650℃，并进行3个小时的预处理， 此时已经可以使部分的奥氏体发生分解，分 解量可以达到一半以上。这个过程会导致分 解物存在铁元素和碳化物，形成奥氏体晶粒 细化，少量的晶粒是在允许范围之内的。其 次，通过预热处理之后，加热到1100℃，保 持6小时左右。这个过程需要注意不能使温 度过高导致铸件脱碳，所以保温的时间要决 定于锰钢的壁厚，根据25mm／h进行计算， 保证组织的碳化物溶解。再次，通过预热和 加热的两个过程，需要进行迅速的水冷， 进行水韧处理。锰钢在水韧处理时，入水的 温度大约是1000摄氏度，入水经过三次以 上的摆动，过程中注入冷却循环水，防止水 的温度太高。最后，水韧处理要保持8小时 450℃。之后会得到奥氏体，这样就会形成 猛钢的高强度，增加锰钢的屈服强度，从而 加强锰钢的整体耐磨性能。其中需要注意的 是对于水韧的温度把握和控制一定要精确到 位。温度高于450℃，碳化物会变得粗大， 形成针状，这种分布降低了锰钢的韧性，不 能达到良好的耐磨性能。 3．总结： 在矿山机械设备中铸件铸造工艺中，需 要提升和加强的方面有很多，其中耐磨性是 其中重要的部分，文章通过对矿山耐磨性铸 件的介绍分类，提出锰钢铸件在铸造时通过 改善锰钢的致密度和加强热处理工艺，加强 锰钢的耐磨性能，其实还有很多其他的工艺 改造，如改善锰钢的晶粒度，对锰钢的表面 脱碳处理，都能提高锰钢的耐磨性能。 参考文献： [1]鲁云．大型矿山机械铸件铸造工艺 分析[J]．宁夏机械，2010(04) [2]高瞻．厚壁大型高锰钢耐磨铸件的 制造工艺[J]．梅山科技，2008(01) [3]吴霞．高锰钢的热处理[J]．热处理 技术与装备，2009(02) [4]宋量．矿山耐磨铸件的生产和应用 [N]．中国建材报，2009(09) 中国机械Machine China 225