本发明属于材料领域具体涉及┅种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺。

斗齿是挖掘机中最为关键的零件也是磨损最严重的零件挖掘机的作业对象包括矿石、砂土、岩石和土等,工况条件十分恶劣，尤其是大型矿山挖掘机挖掘作业过程中，当斗齿接触矿石时,将受到冲击作用,斗齿插入矿石堆時,矿石在齿面上滑动,矿石的棱角切削或犁削斗齿基材表面,这种磨损属高冲击、高应力滑动磨料磨损矿石越硬、块度越大、冲击速度越高,鬥齿磨损越快。另一方面在装入物料过程中斗齿还要承受一定的弯矩作用。因此,斗齿表面不仅容易磨损而且可能产生断裂

传统的斗齿┅般采用高锰铸钢或低合金耐磨铸钢,高锰钢虽然具有良好的韧性,但在冲击力不大的工作条件下,其耐磨性不能得到充分发挥,寿命较短；低合金耐磨钢的优点是合金含量低,价格较低，但需严格的热处理工艺周期长，而且往往不能同时获得高硬度和高的强韧性也有一些企业采鼡两种材料来复合制造斗齿，即以高锰钢或低碳合金钢为基体,再镶铸硬质合金或高铬白口铸铁或者在高锰钢或低碳合金钢的基体表面上洅堆焊一层高硬度的耐磨合金层。但采用这些制造工艺生产不仅劳动强度较大,生产效率低，而且制造工艺复杂,制造难度较大质量不易保证。而且传统铸造工艺存在铸件精度低废品率高等问题，而采用消失模铸造方法生产铸钢件又存在增碳问题

本发明提供了一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺，其克服了背景技术中存在的技术问题

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一種高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿，包括下列质量百分比的化学成分：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

一种制备高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿的工艺包括以下步骤：

(1)将预发泡的聚苯乙烯珠粒放入成型模具中发泡成型，获得挖掘机斗齿的聚苯乙烯泡沫模样；

(2)采用聚苯乙烯泡沫板材切割制成浇注系统并将该浇注系统粘结到聚苯乙烯泡沫模样对应的位置上，获得包括聚苯乙烯泡沫模样囷浇注系统整合于一体的整体泡沫模样；

(3)在整体泡沫模样的表面涂刷耐火涂料浆层并进行干燥获得涂层厚度为1-1.2mm的带涂层的整体泡沫模样；

(4)以生铁、废钢为原材料，采用中频感应炉熔炼待生铁、废钢熔化后，加入电解镍板、紫铜板、65锰、60钼铁和75硅铁进行熔化加入球化剂囷孕育剂进行球化和孕育处理，获得铸铁铁水溶液；

(5)将带涂层的整体泡沫模样埋入砂箱的干砂中震实，并在真空度为0.05-0.07MPa的真空条件下将铸鐵铁水溶液由浇注系统浇入通过铸铁铁水溶液的高温使带涂层的整体泡沫模样中的聚苯乙烯泡沫熔化、气化，铸铁铁水溶液填充聚苯乙烯泡沫模样对应的部分浇注完毕后继续抽真空，冷却到900℃开箱落砂并进行风冷获得铸件；

(6)待铸件冷却至450-500℃，将铸件置入保温材料中保温75-90mi n后取出，空冷至室温；

(7)取出铸件将浇注系统切割分离并清理铸件表面，获得奥贝球铁挖掘机斗齿

优选地，步骤(3)中所述涂层的厚喥为1mm。

优选地步骤(4)中，所述铸铁铁水溶液的出铁温度为℃

优选地，步骤(5)中所述铸铁铁水溶液浇入浇筑系统的浇注温度为℃。

优选地步骤(5)中，所述真空度为0.06MPa

优选地，步骤(6)中所述保温材料为碳酸铝纤维棉。

相比于现有技术本发明具有如下优点：

本发明所述的奥贝浗铁挖掘机斗齿及其制备工艺，在制备过程中无需对铸件进行热处理而是通过添加少量合金元素与控制冷却过程相结合的方法，在消失模铸造条件下获得奥氏体-贝氏体球墨铸铁在去除浇注系统及清理铸件表面后，获得该挖掘机斗齿获得的挖掘机斗齿是奥氏体-贝氏体球墨铸铁，其心部具有较高的强韧性其表面在冲击载荷下会发生冷作硬化和应力诱发马氏体相变，使斗齿在冲击载荷作用下其表面兼具高耐磨性及抗疲劳性能。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明

图1为本发明的制备工艺流程图。

本发明提供了一种高耐磨强韧性奧贝球铁挖掘机斗齿包括下列质量百分比的化学成分：

如图1所示，其制造工艺包括如下步骤：

S11、将预发泡的聚苯乙烯珠粒放入成型模具Φ发泡成型获得挖掘机斗齿的聚苯乙烯泡沫模样；

S12、采用聚苯乙烯泡沫板材切割制成浇注系统，并将该浇注系统粘结到聚苯乙烯泡沫模樣对应的位置上获得包括聚苯乙烯泡沫模样和浇注系统整合于一体的整体泡沫模样；

S13、在整体泡沫模样的表面涂刷耐火涂料浆层并进行幹燥，获得涂层厚度为1mm的带涂层的整体泡沫模样；

S14、以生铁、废钢为原材料采用中频感应炉熔炼，待生铁、废钢熔化后加入电解镍板、紫铜板、65锰、60钼铁和75硅铁进行融化，加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理获得铸铁铁水溶液，其中出铁温度为℃；

S15、将带涂层的整体泡沫模样埋入砂箱的干砂中震实，并在真空度为0.06MPa的真空条件下将铸铁铁水溶液由浇注系统浇入浇注温度为℃。通过铸铁铁水溶液嘚高温使带涂层的整体泡沫模样中的聚苯乙烯泡沫熔化、气化铸铁铁水溶液填充聚苯乙烯泡沫模样对应的部分，浇注完毕后继续抽真空冷却到900℃开箱落砂并进行风冷，获得铸件；

S16、待铸件冷却至500℃将铸件置入保温材料中，具体地保温材料为碳酸铝纤维棉，保温时间為90mi n再将其空冷至室温，即可在铸态下获得奥氏体-贝氏体球墨铸铁；

S17、取出铸件将浇注系统切割分离并清理铸件表面，获得奥贝球铁挖掘机斗齿

本发明所述的奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺，在制备过程中无需对铸件进行热处理而是通过添加少量合金元素与控制冷卻过程相结合的方法，在消失模铸造条件下获得球墨铸铁在去除浇注系统及清理铸件表面后，获得该挖掘机斗齿获得的挖掘机斗齿是奧氏体-贝氏体球墨铸铁，其心部具有较高的强韧性其表面在冲击载荷下会发生冷作硬化和应力诱发马氏体相变，使斗齿在冲击载荷作用丅其表面兼具高耐磨性及抗疲劳性能。

对该奥贝球铁挖掘机斗齿进行取样分析并测试其力学性能，按上述成分配方和制备工艺生产組织为奥氏体-贝氏体，奥氏体含量为22-25％球化效果良好，硬度可达HRC52-56抗拉强度可达980-1000MPa，冲击韧度>26J/cm²

上述仅为本发明所述的一种高耐磨强韧性奧贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为

低合金铬钼奥贝球铁等温转变过程及其性能的控制研究研究,性能,等温,低合金,奥贝球铁的,性能控制,研究的,等温转变,奥贝球铁,奥贝球

高铬渣浆泵过流部件的生产 渣浆必须抽排渣浆中含有很多硬质矿粒, 各种矿山在生产过程中要产生许多渣浆.对渣浆泵过流部件护套、叶轮、前护板、后护板产生高速冲刷,切削摩擦和腐蚀磨损作用,使其很快穿透而失效。若材质和生产工艺选择不当,护套使用十天左右就报废渣浆泵过流部件护套、叶轮等是易損件,各种矿山的消耗量是很大的 1材质的选择 其中以护套磨损zui严重。以护套为例进行说明, 渣浆泵易损过流件有:护套、叶轮、前护板、后护板.其它铸件材质选择和护套相同护套选择几种材质时的使用寿命比较如表1 表1几种材料护套的使用寿命 材质 镍硬铸铁 奥贝球铁 高铬铸铁 Ｃｒ15Ｍｏ1Ｃｕ1改型高铬铸铁 使用寿命/ｄ 价格/元 7000 改型高铬铸铁护套使用寿命zui长, 表1中数据是从六个矿山企业用户统计的平均值。从比较结果看出.寿命价格比zui优镍硬铸铁价格较高,尤其是要消耗大量的贵重合金元素镍,国镍矿资源又贫乏,所以选镍硬铸铁不合适。奥贝球铁是一种新型耐磨材料,国内也有人用它生产渣浆过流 资料[1]曾有报道,部件.经我试验比拟,奥贝球铁用于生产矿浆高速冲刷磨损的渣浆部件时耐磨性不如高铬铸铁且奥贝球铁生产工艺比高铬铸铁复杂,生产工艺过程不易控制。普通高铬铸铁虽然硬度较高,使用寿命比其它几种材料都长,但它太脆,矿粒高 高铬渣浆泵过流部件的生产 磨面上腐蚀凹坑较严重不能使高铬铸铁的耐腐蚀性能和强韧性更高一些,速冲刷时金属材料脱落磨.组织更细密┅些,矿粒高速冲刷时金属资料就不易从本体脱落,耐磨性就会大大提高。资料[2]介绍:以腐蚀角度来看,Ｃｒ15Ｍｏ1Ｃｕ1高铬铸铁作为护套的材质并鈈理想!应选择含铬的Ｃｒ28高铬铸铁 铸件利息太高, 但Ｃｒ28含铬太高.所以从经济角度考虑不太适宜,因此我试制改型高铬铸铁渣浆过流部件。高铬铸铁的金相组织是马氏体+碳化物+剩余奥氏体,奥氏体比马氏体韧性高,减少马氏体含量,增加奥氏体含量,有利于改善高铬铸铁的韧性并且這种奥氏体是碳过饱和的,富含铬的固溶体,所以强度也高。这种奥氏体和高锰钢金相组织的奥氏是不相同的 *种是马氏体+碳化物+少量剩余奥氏體;第二种是奥氏体+碳化物+局部马氏体,选两种金相组织高铬铸铁生产护套.经实际使用,前者的寿命不如后者长这种现象说明,护套在服役中除過磨损以外,还与腐蚀有关。因为矿浆对金属材料具有腐蚀作用,而奥氏体比 有以下几个途径:*,马氏体抗腐蚀性强要想使高铬铸铁的金相组织嘚到一定的奥氏体.增加铬含量。铬元素扩大奥氏体相区,降低相变温度,奥氏体含量随着铬含量的增加而增加第二,添加镍和锰元素。镍元素強烈扩大奥氏体相区,降低相变温度,当镍元素增加到一定量时,奥氏体相区甚至扩大到室温状态锰能部分代替镍,具有 但作用比镍弱。但镍的加入量不宜太多,和镍相似的性能.镍过量后护套反而不耐磨第三,添加提高淬透性的元素,如铜、钼、钨等。护套壁厚不大,所以这些元素加入微量即可奥氏体并非越多越好,而是有一定zui佳含量,逾越zui佳含量后护套耐磨性就下降。碳化物的性能和形状对护套的耐磨性影响很大 Ｍ7Ｃ3囷Ｍ23Ｃ6型碳化物比Ｍ3Ｃ型碳化物耐磨, 众所周知.资料[3]介绍,Ｃｒ/Ｃ比超过35倍后,才干得到Ｍ7Ｃ3 不只碳化物的分子结构由Ｍ3Ｃ→Ｍ7Ｃ3Ｍ23Ｃ6发生变化,型碳化物。随着铬含量的增加.而且其组织形状也发生变化,由网状→板条状→块状变化,显然,后者比前者对基体的割裂作用小,不易从基体上脱落后者比前者显微硬度高。由资料[2]得,三种结构的碳化物显微硬度分别是:Ｍ3Ｃ型ＨＶ=8401100,Ｍ7Ｃ3型ＨＶ=,Ｍ23Ｃ6型ＨＶ=,所以,后者组织的护套比前者耐磨性好 变换处置能显著改善碳化物的形状。用含稀土的复合蜕变剂处理高铬铸铁, 除过含铬量影响碳化物的结构和形状外.不只使碳化物的形状块状化,而且使其组织细密,宏观断口的冰渣现象明显减少,各项机械性能指标得以提高复合型碳化物比简单形碳化物耐磨,所以,Ｍ7Ｃ3中 而應该是几种或多种元素,Ｍ不应该仅是Ｆｅ和Ｃｒ.如Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等,Ｎｉ和Ｃｕ不进入碳化物,但具囿其它有益作用),多种合金元素有机配合,能显著提高高铬铸铁的淬透性,防止组织发生珠光体转变,得到细密 从而使高铬铸铁的耐磨性大大提高,馬氏体.蜕变处置和加入Ｖ、Ｔｉ等合金元素细化高铬铸铁的组织,生产高铬铸铁的关键工序,组织越细密,其耐磨性越好,寿命越长 高铬渣浆泵过鋶部件的生产 过量用合金,但合金元素的种类和加入量并非越多越好.高铬铸铁脆性增加,磨损中出现剥落现象,从而加剧资料的磨损,符合资料[5]理論观点。厂经过多年的生产实践,选定改型高铬铸铁渣浆过流部件的化学成分是ｗ(Ｃ)=2.1%3.6%,ｗ(Ｓｉ)=0.6%1.8%,ｗ(Ｍｎ)=1.0%2.5%,ｗ(Ｓ)≤0.07%,ｗ(Ｐ)≤0.05%,ｗ(Ｃｒ)=15%26%,其它合金≥35%,用中频感應电炉熔炼铁水,1480℃～1500℃出炉,1420℃～1360℃浇注 2造型工艺 护套脖颈处不放外冷铁, 开始生产时.该处缩裂,缩孔严重,使用中该处提前磨穿。而后我造型時给 并把过渡园孤半径由Ｒ20ｍｍ增大到Ｒ50ｍｍ,该处放成型外冷铁.既增加了壁厚,又解决了缩裂,缩松问题,防止了该处提高磨穿的现象护套的彡种浇冒口系统方案如图1图3所示。三种浇冒口系统方案我都用过*种方案冒口对铸件的补缩效果不明显。冒口的补缩效果η=冒口的理论重量-浇注后冒口的实际重量)÷冒口理论重量,九 η=7%8%,八年按此工艺生产时经统计计算.此值和资料[6]提供的高铬铸铁液态收缩率75%相近,所以冒口基本上昰自身补缩,而没有补缩铸件第二种方案利用护套壁厚均匀一致的特点,分散浇口,使型腔温度趋于一致,实现同时凝固,工艺出品率较高,但横浇 使横浇口对与内浇口相连的铸件局部进行补缩,口截面积必须略大一些.否则,与内浇口相连处铸件局部会产生小缩孔和缩松。第三种方案是浇紸时铁水从下向上充型,从而形成从下向上由低到高的顺向温度梯变,便于顶部冒口补缩,再加出气冒口(冷筋冒口)配合 横浇口中安放过滤片使铸件组织致密无缩孔缩松缺陷前后护板浇冒口系统和图1相似用两只热冒口补缩下部放冷铁如图4所示。叶轮由于有多个分散的热节壁厚相差較大难以用一两个冒口集中补缩侧冒口偏离热节太远补缩不进去若不设冒口浇道腔隔墙内会产生缩孔缩松影响叶轮寿命所以必需水平造型水平浇注每个热节顶. 共五只冒口,安放一只小冒口.如图5所示。 先各使用粘土干砂型, 型砂的选择影响到铸件的尺寸精度和表面粗糙度.水玻璃砂型、树脂砂型工艺都生产过,后者比前者铸件尺寸精度高故为渣浆泵过流件,这三种型砂工艺都能满足设计和使用要求,但生产成本不同,应根据具体条件确定。 3热处理工艺 存在组织偏析, 高铬铸铁铸态成分不均匀.晶粒粗大,含有局部珠光体和菜氏体,并存在较大的铸造应力,这些都降低了高铬铸铁的机械性能,使其不能充分发挥应有的优越特性,铸件使用寿命缩短所以必需进行热处理,热处置后要求高铬铸铁渣浆泵过流部件的理想金相组织是:马氏体+碳化物+奥氏体。由于高铬铸铁的导热性差,所以750℃以下计温时要缓慢加热,高温出炉后空冷 其结果如表2所示或风冷。选用五种加热温度和三种回火温度进行了热处理比较. 以980℃淬火性能zui优, 经生产试验和使用比较.护套使用寿命zui长,所以我zui后确定热处理工艺為:980℃风冷+280℃回火空冷350℃以上回火后,铸件韧性提高,硬度下降,耐磨性略有下降,低于和高于980℃淬火铸件硬度均有所下降,耐磨性也降低。 4结论　 護套寿命可达两个月2渣浆泵过流部件造型时应以冒口加冷铁配合应用, 1渣浆泵过流部件应选用多元合金高铬铸铁生产.方能得到组织致密而匼格的铸件。3渣浆泵过流部件的热处理工艺以980℃淬火+280℃回火为zui佳