大型礦山機(jī)械鑄件鑄造工藝分析

王志強(qiáng)

（晉煤集團(tuán)宏圣科威公司，山西晉城048000）

1 礦山機(jī)械設(shè)備特性鑄件耐磨材料種類

1.1 非錳系列耐磨合金鋼

隨著礦山機(jī)械設(shè)備的不斷改進(jìn)，相對(duì)應(yīng)的機(jī)械使用性能也得到了極大的提高，非錳系列耐磨合金鋼逐漸被開采。從非錳系列耐磨合金鋼本身的特性進(jìn)行分析，非錳系列耐磨合金鋼最大特點(diǎn)是具有很長(zhǎng)的使用壽命。而且還是高錳鋼使用壽命的2倍，通過(guò)非錳系列耐磨合金鋼的使用，可以在很大程度上提高球磨機(jī)的使用壽命和使用效率。但是在進(jìn)行工藝處理的過(guò)程中，還需要根據(jù)實(shí)際的情況，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的改善，使合金鋼的硬度耐性都能夠得到進(jìn)一步地改善，使其實(shí)用性能夠得到進(jìn)一步地加強(qiáng)。從我國(guó)當(dāng)前的工藝來(lái)看，已經(jīng)開發(fā)出了硬度為55RHC的合金鋼和硬度為50RHC的合金鋼，并得到了迅速的發(fā)展，在實(shí)際使用的過(guò)程中，也得到了非常充分地應(yīng)用[1]。

1.2 奧氏體制磨錳鋼

在進(jìn)行礦山開采的過(guò)程中，可以將奧氏體制磨錳鋼應(yīng)用到礦山開采設(shè)備中，其耐磨性非常好，具有很高的硬度和韌性，以及很強(qiáng)的實(shí)用性。在礦山機(jī)械設(shè)備中大多器件都是以?shī)W氏體制磨錳鋼為原材料制成的，例如：實(shí)施球磨機(jī)襯板、回旋式破碎機(jī)襯板、圓錐式破碎機(jī)和破碎壁等，這些都是礦山機(jī)械設(shè)備中重要的組成部分。而從目前我國(guó)的使用情況來(lái)看，Mn13耐磨合金鋼的應(yīng)用最為廣泛，但是一些發(fā)達(dá)國(guó)家使用最多的是Mn13Cr2奧氏耐磨合金鋼，相較而言，奧氏耐磨合金鋼的性能更好，由此可見，我國(guó)還需要加強(qiáng)奧氏耐磨合金鋼的制作工藝，提高其耐磨的特性[2]。

1.3 耐磨白日鑄鐵

目前在全球的范圍內(nèi)，耐磨白日鑄鐵的使用非常廣泛，而鉻系白日鑄鐵使用率最高，現(xiàn)在高鉻系白日鑄鐵的制造工藝和技術(shù)發(fā)展最為成熟。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，人們已經(jīng)研發(fā)出來(lái)了低鉻耐磨鑄鐵和鉻硅耐磨鑄鐵，這兩種鉻系耐磨鑄鐵不論是從耐磨性能，還是從硬度來(lái)看，都要高于高鉻系耐磨鑄鐵，而且成產(chǎn)制作成本也比較低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，同時(shí)也具有很好的發(fā)展前景。例如：在礦山開采的設(shè)備中，對(duì)磨球耐磨性有著非常高的要求，而且還要在耐磨性基礎(chǔ)之上，保證其不會(huì)出現(xiàn)開裂的情況。因此，對(duì)整體的制造質(zhì)量就提出了更高的要求。而隨著科技的進(jìn)步，鑄造工藝已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)產(chǎn)業(yè)化、自動(dòng)化和大型化的發(fā)展模式[3]。

2 礦山機(jī)械設(shè)備中錳鋼鑄件耐磨鑄造工藝

2.1 鑄造工藝體系分析

從目前的鑄造工藝來(lái)看，錳鋼已經(jīng)成為了礦山機(jī)械設(shè)備材料中不可或缺的一個(gè)部分，在其中的很多鑄件中，都是以錳鋼為原材料進(jìn)行制造。之所以大多鑄件以錳鋼為原料進(jìn)行鑄造，主要是由于錳鋼本身具有高耐磨的性質(zhì)，而礦山機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行實(shí)際工作的過(guò)程中，所接觸到的礦石原材料都比較堅(jiān)硬，對(duì)設(shè)備的耐磨性有著非常高的要求，而錳鋼正好符合這一點(diǎn)的要求。那么為了能夠進(jìn)一步提高錳鋼的耐磨性，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用性能，就需要對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備的鑄造工藝進(jìn)行一定的改善，并進(jìn)行一定的完善。從目前所應(yīng)用到的技術(shù)中，使用最為廣泛、也最為成熟的就是錳鋼熱處理工藝。為了能夠使錳鋼能夠達(dá)到一定的韌性和一個(gè)比較高的使用標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)一定的工藝對(duì)錳鋼進(jìn)行熱處理，降低錳鋼中的碳含量，加強(qiáng)錳鋼的硬度。而與一般的碳鋼件相比較，錳鋼的導(dǎo)熱性能需要采用相應(yīng)的工藝與熱處理技術(shù)相結(jié)合，來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步地處理[4]。

2.2 導(dǎo)熱性能分析

通常，碳鋼導(dǎo)熱性是錳鋼導(dǎo)熱性的3倍，所以對(duì)鑄造工藝的要求相當(dāng)高。猛鋼進(jìn)行熱處理時(shí)會(huì)存在一些問(wèn)題，如變形、開裂等。對(duì)于壁過(guò)厚的，一般要進(jìn)行預(yù)熱處理，且時(shí)間還要長(zhǎng)達(dá)3 h左右，當(dāng)溫度加熱到650℃左右時(shí)，標(biāo)鋼內(nèi)部奧氏體的一半會(huì)發(fā)生分解。在此過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生鐵元素、碳化物，還會(huì)在許可范圍內(nèi)，奧氏體晶粒細(xì)化會(huì)有少量形成。之后當(dāng)溫度加熱到1 100℃左右，維持6 h左右。

在加熱過(guò)程中溫度過(guò)高，標(biāo)鋼可能會(huì)導(dǎo)致鑄件發(fā)生脫碳的現(xiàn)象，根據(jù)錳鋼的厚度能夠?qū)Ρ氐臅r(shí)間進(jìn)行計(jì)算，主要采用25 mm/h的計(jì)算方法，這樣能夠確保組織的碳化物能夠充分溶解。再進(jìn)行預(yù)熱和加熱兩個(gè)操作之后，需要采取迅速冷卻的方法，這樣能夠起到韌性處理的作用。如果想要水韌處理的方式，則要確保入水的溫度需要保持在1 000℃左右，在入水時(shí)要進(jìn)行三次以上的擺動(dòng)。在整個(gè)過(guò)程中，需要采取循環(huán)水注入的方式進(jìn)行冷卻，這樣能夠防止水溫過(guò)高。水韌處理要在450℃的情況下保持8 h左右，這樣能夠提高錳鋼的強(qiáng)度，最終達(dá)到提高錳鋼的整體耐磨性能。

在水切處理的過(guò)程中，對(duì)于溫度的控制要十分精準(zhǔn)，當(dāng)溫度大于450℃時(shí)，會(huì)使得碳化物發(fā)生變化，這樣會(huì)降低錳鋼的韌性，不能使錳鋼達(dá)到高耐磨的性能。

2.3 改善錳鋼鑄件的致密度分析

鑄件的致密程度在一定程度上能夠決定鈣鋼耐磨性能的好壞，在鑄造工藝的過(guò)程中，需要充分地考慮到以下幾點(diǎn)：第一，為了保證錘鋼耐磨性，鑄件在鑄造工藝過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照“三低操作”（三低操作主要是鑄件低溫配模、低溫鑄造、低溫出鋼）的方法進(jìn)行操作。第二，對(duì)于壁厚小于40 mm的錳鋼鑄件，配合外冷鐵的使用，可以采用同時(shí)凝固的鑄造工藝技術(shù)，這樣能夠?qū)㈠i鋼鑄件的成品率提高。對(duì)于壁厚大于40 mm的錳鋼鑄件，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的鑄造工藝規(guī)范進(jìn)行操作，配合外冷鐵的使用，采用冒口易割片的方法來(lái)達(dá)到補(bǔ)縮的目的，在一定程度上，這樣能夠?qū)㈠i鋼的致密性提高。第三，在鑄造時(shí)，對(duì)于形狀簡(jiǎn)單且批量生產(chǎn)的鑄件，需要盡可能地采用金屬型掛砂鑄造工藝，使得耐磨性錳鋼的鑄造能夠在最短的時(shí)間內(nèi)最大效率地完成[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

大型礦山機(jī)械鑄件的鑄造工藝十分重要，很多環(huán)節(jié)都需要優(yōu)化，最重要的在于耐磨性鑄造工藝優(yōu)化。采用多種不同的方式加強(qiáng)鑄造工藝的整體結(jié)構(gòu)，能夠使礦山機(jī)械鑄造的效率得到全面提升。

[1]張凱，高菲，宗國(guó)鋒，等.槽幫鋼鑄造工藝的研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2011（5）：126.

[2]曹喜波.礦車碰頭座鑄造工藝改進(jìn)[J].山東煤炭科技，2011（2）：78.

[3]尚顯光，管紅艷，鄭喜平，等.采煤機(jī)滑靴鑄造工藝的數(shù)值模擬[J].熱加工工藝，2013（17）：31.

[4]張宏偉，王艷麗，鄭喜平，等.計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬在截割齒座鑄造工藝上的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2016（1）：26.

[5]李清，丁書召，辛輝，等.機(jī)床滑枕鑄造工藝數(shù)值模擬與優(yōu)化[J].鑄造技術(shù)，2017（2）：169.