本發(fā)明涉及一種鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板及其制備方法，屬于金屬材料鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)冶金工業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用于礦山、冶金、水泥等行業(yè)的球磨機(jī)向大型化發(fā)展，保護(hù)球磨機(jī)筒體的襯板既要有良好的耐磨性，也要有較好的韌性，以適應(yīng)較復(fù)雜工況下的沖擊力。目前，國(guó)內(nèi)襯板的材質(zhì)多使高錳鋼和低合金耐磨鋼，但在實(shí)際工況下單一材質(zhì)的襯板不能滿足較寬范圍的沖擊載荷，使用受到了較大的局限。高錳鋼沒有在高沖擊狀態(tài)下使用時(shí)，應(yīng)用在球磨機(jī)上不能形成硬質(zhì)層的條件，加工硬化不能充分發(fā)揮，致其耐磨性不理想，使用壽命降低。低合金鋼具有較高的硬度、良好的韌性、較好的耐磨性等特點(diǎn)，但其生產(chǎn)較大型球磨機(jī)襯板工藝復(fù)雜，耗時(shí)費(fèi)工，成本比較高，影響其全面推廣應(yīng)用。為了發(fā)揮不同耐磨材料的優(yōu)良性能，雙合金耐磨襯板利用不同金屬進(jìn)行在不同部位的復(fù)合，讓襯板發(fā)揮出更加優(yōu)良的耐磨性與高的硬度和韌性。
中國(guó)發(fā)明專利CN1962122A所公布的是一種雙液雙合金耐磨襯板的制備方法，其耐磨層與基體層都采用貝氏體鋼，由于貝氏體鋼在熱處理過(guò)程中，其相變不易控制，生產(chǎn)體積小板體薄的襯板，能夠容易控制組織相變，使組織與性能較好匹配，但生產(chǎn)體積大板體厚的襯板，板體熱處理的淬透性不能很好的控制，導(dǎo)致耐磨層厚度不均，很難兼顧耐磨層與基體層的組織和性能。中國(guó)發(fā)明專利CN105856725A提出一種雙合金貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板的制備方法，其基體層為65Mn彈簧鋼，耐磨層為中碳低合金貝氏體鋼，采用雙液雙金屬分層鑄造工藝，但文中只提出耐磨層的熱處理方法，沒有考慮基體層鑄造后組織應(yīng)力是否均勻，所提出的雙層板體奧氏體化溫度相差過(guò)大，基體層與耐磨層不能分離進(jìn)行熱處理，導(dǎo)致基體層與耐磨層過(guò)度界面處組織應(yīng)力不均勻，在實(shí)際應(yīng)用中容易產(chǎn)生裂紋，并且在生產(chǎn)較大球磨機(jī)襯板時(shí)，耐磨層與基體層板體較大，熱處理過(guò)程耐磨層相變難以控制，對(duì)熱處理設(shè)備要求較高。
本發(fā)明采用中碳低合金硅錳鋼和基體高猛鋼的鑲嵌結(jié)合使襯板發(fā)揮出更加優(yōu)良的耐磨性，在高錳鋼加工硬化不完全的情況下，鑲嵌中碳低合金硅錳鋼貝氏體-馬氏體復(fù)相組織具有良好的綜合力學(xué)性能，能夠抵抗磨料對(duì)高錳鋼表面的高應(yīng)力沖擊，減少了高猛鋼基體的磨損，提高了高錳鋼形成硬質(zhì)層的能力；在持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高應(yīng)力沖擊工況下，高錳鋼加工硬化層會(huì)產(chǎn)出較大的組織應(yīng)力，可能出現(xiàn)金屬表面裂紋或硬質(zhì)層脫落，由于鑲嵌中碳低合金硅錳鋼在磨損表面的輔助，能夠抵抗較大的高應(yīng)力沖擊，使高錳鋼硬質(zhì)層受到高應(yīng)力沖擊相對(duì)減少，降低了基體材料的磨損，提高了襯板的利用率，減少了維修次數(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板，包括帶孔基體、嵌體，基體為高韌性耐沖擊金屬，嵌體為高硬度耐磨金屬，將嵌體鑲固在帶孔基體的孔型結(jié)構(gòu)中，嵌體與帶孔基體高度比為1:2.4~1:4，帶孔基體表面分布的孔的直徑為12~52mm。
優(yōu)選的，所述嵌體組分按重量百分比為：C：0.5%~0.6%，Si：2.0%~2.2%，Mn：2.5%~2.8%，P≤0.03%，S≤0.03%，F(xiàn)e及不可避免的雜質(zhì)；所述基體為高錳鋼。優(yōu)選的，嵌體為圓錐體或圓柱體。
本發(fā)明的另一目的在于提供所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）熔煉及澆鑄：在中頻感應(yīng)爐中分別進(jìn)行熔煉，分別鑄造帶孔基體和嵌體，帶孔基體的澆鑄溫度為1580~1600℃，嵌體按照合金成分配比熔煉后澆鑄溫度為1480~1550℃，澆鑄完成后覆砂進(jìn)行保溫；
（2）退火：待步驟（1）得到的兩種鑄坯在砂箱內(nèi)的溫度低于200℃后開箱，待鑄坯空冷至室溫，進(jìn)行表面清砂去應(yīng)力退火，退火溫度為500~550℃，保溫3~4小時(shí)后隨爐冷卻，待冷卻至300~350℃出爐空冷；
（3）熱處理：
將步驟（2）退火后的帶孔基體鑄坯加熱至1050~1100℃，保溫2~3h后，出爐入水，在水中繞不同的方向進(jìn)行移動(dòng)，水的體積為帶孔基體預(yù)制體體積的8倍以上，待冷卻至室溫取出得到帶孔基體；
將步驟（2）退火后的嵌體鑄坯加熱至900~920℃，保溫0.5~1.5h后，交替水冷-空冷處理，水冷5~10s，空冷7~15s，交替進(jìn)行，冷卻至300~330℃，再保溫2~3h，然后冷卻至室溫，得到貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體；
（4）鑲嵌：將步驟（3）得到的貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體鑲固入步驟（3）得到的帶孔基體中，并通過(guò)輔助方式進(jìn)行加固，得到鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板。
優(yōu)選的，步驟（4）所述輔助方式為焊接或粘接。
本發(fā)明的有益效果：
（1）本發(fā)明有效的發(fā)揮材料本身的優(yōu)勢(shì)，提高襯板抗沖擊性、耐磨性、適宜高中低不同的沖擊載荷，有效的減少高錳鋼加工硬化效果不明顯時(shí)發(fā)揮不出材料的特性及加工硬化組織應(yīng)力過(guò)大使基體材料產(chǎn)生較大的缺陷。
（2）本發(fā)明有效的減少了高錳鋼的用料，且在復(fù)雜沖擊載荷工況下，貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體能夠抵擋復(fù)雜的沖擊載荷，更有效的減少高錳鋼基體的磨損。
（3）本發(fā)明提高了襯板的使用壽命，減少維修次數(shù)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，降低了成本，襯板嵌體硬度為55~57HRC，沖擊韌性13~15J/cm2，帶孔基體的硬度為45~46HRC，沖擊韌性19~21J/cm2，普通筒體高錳鋼襯板不間斷使用時(shí)長(zhǎng)在4~5月，此種鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板不間斷使用時(shí)長(zhǎng)在6~7月。
附圖說(shuō)明
圖1 為本發(fā)明鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1-嵌體，2-帶孔基體。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板，如圖1所示，帶孔基體厚度為300mm，帶孔基體表面分布的孔的直徑為12mm，孔底面直徑為8mm，孔深75mm，嵌體高度為75mm，嵌體為上大下小的圓柱體，上圓直徑為10mm，下圓直徑為6mm，帶孔基體和嵌體的組分及重量百分比如表1所示，嵌體中剩余部分為鐵及不可避免雜質(zhì)。
表1
本實(shí)施例所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）熔煉及澆鑄：根據(jù)嵌體與帶孔基體的成分進(jìn)行配料，在中頻感應(yīng)爐中分別進(jìn)行熔煉，并針對(duì)上述帶孔基體和嵌體尺寸要求分別制成砂型，之后分別澆鑄成帶孔基體和上大下小的圓柱形嵌體的鑄件，帶孔基體的澆鑄溫度為1580℃，上大下小的圓柱形嵌體的澆鑄溫度為1480℃，澆鑄完成后在砂箱內(nèi)覆砂進(jìn)行保溫；
（2）退火：待步驟（1）得到的兩種鑄坯在砂箱內(nèi)溫度低于200℃后，打開砂箱空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清砂去應(yīng)力退火，退火溫度為500℃，保溫3小時(shí)后隨爐冷卻，待冷卻至300℃出爐空冷；
（3）熱處理：
將步驟（2）退火后的帶孔基體鑄坯加熱至1050℃，保溫2h后，然后出爐盡快入水，讓帶孔基體預(yù)制體在水中繞不同的方向進(jìn)行移動(dòng)，并且水的體積為帶孔基體預(yù)制體體積的10倍，待冷卻至室溫取出得到帶孔基體；
將步驟（2）退火后的嵌體鑄坯加熱至900℃，保溫0.5h后，直接進(jìn)行交替水冷-空冷處理，水冷5s，再空冷7s，交替進(jìn)行，冷卻至300℃，保溫箱保溫2h，取出空冷至室溫，得到上大下小圓柱形貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體；
（4）鑲嵌：將步驟（3）得到的上大下小的圓柱形貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體鑲固入步驟（3）得到的帶孔基體的孔中，并通過(guò)焊接的輔助方式進(jìn)行加固，得到鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板。
本實(shí)施例制備得到的鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板，鑲嵌結(jié)構(gòu)硬度為55HRC，沖擊韌性為13J/cm2；基體層硬度為46HRC，沖擊韌性為19J/cm2，該鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板與普通筒體高錳鋼襯板在同樣的使用條件下不間斷使用，本實(shí)施例制備得到的鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板可以使用6個(gè)月，而普通筒體高錳鋼襯板只能使用4個(gè)月。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板，帶孔基體厚度為300mm，帶孔基體表面分布的孔的直徑為22mm，孔底面直徑為20mm，孔深100mm，嵌體高度為100mm，嵌體為上大下小的圓柱體，上圓直徑為20mm，下圓直徑為18mm，帶孔基體和嵌體的組分及重量百分比如表2所示，嵌體中剩余部分為鐵及不可避免雜質(zhì)。
表2
本實(shí)施例所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）熔煉及澆鑄：根據(jù)嵌體與帶孔基體的成分進(jìn)行配料，在中頻感應(yīng)爐中分別進(jìn)行熔煉，并針對(duì)上述帶孔基體和嵌體尺寸要求分別制成砂型，之后分別澆鑄成帶孔基體和上大下小的圓柱形嵌體的鑄件，帶孔基體的澆鑄溫度為1590℃，上大下小的圓柱形嵌體的澆鑄溫度為1500℃，澆鑄完成后在砂箱內(nèi)覆砂進(jìn)行保溫；
（2）退火：待步驟（1）得到的兩種鑄坯在砂箱內(nèi)溫度低于200℃后，打開砂箱空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清砂去應(yīng)力退火，退火溫度為520℃，保溫3.5小時(shí)后隨爐冷卻，待冷卻至320℃進(jìn)行出爐空冷；
（3）熱處理：
將步驟（2）退火后的帶孔基體鑄坯加熱至1100℃，保溫2.5h后，然后出爐盡快入水，讓帶孔基體預(yù)制體在水中繞不同的方向進(jìn)行移動(dòng)，并且水的體積要求在帶孔基體預(yù)制體體積8倍以上，待冷卻至室溫取出得到帶孔基體；
將步驟（2）退火后的嵌體鑄坯加熱至910℃，保溫1h后，直接進(jìn)行交替水冷-空冷處理，水冷8s，再空冷12s，交替進(jìn)行，冷卻至320℃，保溫箱保溫2.5h，取出空冷至室溫，得到上大下小圓柱形貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體；
（4）鑲嵌：將步驟（3）得到的上大下小圓柱形貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體鑲固入步驟（3）得到的帶孔基體的孔中，并通過(guò)熔焊的輔助方式進(jìn)行加固，得到鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板。
本實(shí)施例制備得到的鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板，耐磨層硬度為57HRC，沖擊韌性為15J/cm2；基體層硬度為45HRC，沖擊韌性為20J/cm2；該鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板與普通筒體高錳鋼襯板在同樣的使用條件下不間斷使用，本實(shí)施例制備得到的鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板可以使用7個(gè)月，而普通筒體高錳鋼襯板只能使用5個(gè)月。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板，帶孔基體厚度為300mm，帶孔基體表面分布的孔的直徑為52mm，孔底面直徑為50mm，孔深125mm，嵌體高度為125mm，嵌體為上大下小的圓柱體，上圓直徑為51mm，下圓直徑為49mm，帶孔基體和嵌體的組分及重量百分比如表3所示，嵌體中剩余部分為鐵及不可避免雜質(zhì)。
表3
本實(shí)施例所述鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）熔煉及澆鑄：根據(jù)嵌體與帶孔基體的成分進(jìn)行配料，在中頻感應(yīng)爐中分別進(jìn)行熔煉，并針對(duì)上述帶孔基體和嵌體尺寸要求分別制成砂型，之后分別澆鑄成帶孔基體和圓錐形嵌體的鑄件，帶孔基體的澆鑄溫度為1600℃，嵌體澆鑄溫度為1550℃，澆鑄完成后在砂箱內(nèi)覆砂進(jìn)行保溫；
（2）退火：當(dāng)步驟（1）得到的兩種鑄坯在砂箱內(nèi)溫度低于200℃后，打開砂箱空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清砂去應(yīng)力退火，退火溫度為550℃，保溫4小時(shí)后隨爐冷卻，待冷卻至350℃出爐空冷；
（3）熱處理：
將步驟（2）退火后的帶孔基體鑄坯加熱至1080℃，保溫3h后，然后出爐盡快入水，讓帶孔基體預(yù)制體在水中繞不同的方向進(jìn)行移動(dòng)，并且水的體積要求在帶孔基體預(yù)制體體積8倍以上，待冷卻至室溫取出得到帶孔基體；
將步驟（2）退火后的嵌體鑄坯加熱至920℃，保溫1.5h后，直接進(jìn)行交替水冷-空冷處理，水冷10s，再空冷15s，交替進(jìn)行，冷卻至330℃，保溫箱保溫3h，取出水冷至室溫，得到圓錐形貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體；
（4）鑲嵌：將步驟（3）得到的圓錐形貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼嵌體鑲固入步驟（3）得到的帶孔基體的孔中，并通過(guò)研泰耐磨金屬修補(bǔ)劑進(jìn)行粘接的輔助方式進(jìn)行加固，得到鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板。
本實(shí)施例制備得到的鑲嵌雙金屬貝氏體-馬氏體復(fù)相耐磨襯板，耐磨層硬度為56HRC，沖擊韌性為14J/cm2；基體層硬度為46HRC，沖擊韌性為21J/cm2。該鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板與普通筒體高錳鋼襯板在同樣的使用條件下不間斷使用，本實(shí)施例制備得到的鑲嵌貝氏體-馬氏體復(fù)相鋼耐磨襯板可以使用7個(gè)月，而普通筒體高錳鋼襯板只能使用5個(gè)月。