礦山機械設備錳鋼鑄件鑄造工藝改進分析

崔亞迪　孫文翰

摘 要：隨著市場中各行各業對礦石原料需求在日益的增加，伴隨礦石不斷地被開采，現階段礦石開采的難度也更加凸顯。為了滿足市場對礦石的需求，只有從采掘礦石設備著手，提高其使用質量。礦山機械設備的關鍵部件主要是鑄造而成的，只有通過改進礦山機械設備的鑄造工藝才能最終提高礦石的采掘量，滿足需求。提高礦山機械設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行分析，為礦山機械設備鑄件的鑄造提供一定的幫助，進而滿足市場對這種礦石的需求。

關鍵詞：礦山機械設備；錳鋼；耐磨性；鑄造工藝

全球礦業的發展伴隨著全世界整體經濟的飛速發展也取得了很大的進步，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，帶動了礦山機械設備的需求，與此同時帶動了相關鑄件的需求量。在激烈的市場競爭情況下，這就對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械設備用到最多的鑄件材質，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行分析。

目前，我國在襯板、磨球等耐磨件的生產鑄造方面取得了很大的進步，已經接近了發達國家的技術水平。其中礦山機械設備用到的耐磨鑄件有種類有許多，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。下面我們就詳細介紹一下這三種耐磨鑄件。

1 介紹礦山機械設備鑄件耐磨性種類

1.1 介紹非錳系耐磨合金鋼

隨著礦山機械設備性能要求的不斷提高，非錳系耐磨合金鋼 開始問世，并得到了廣大用戶的認可。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的耐磨襯板。非錳系耐磨合金鋼的使用壽命非常凸顯，通過大量的試驗得出其使用壽命可達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的使用壽命和使用效率。在提高礦山機械使用性能方面，要從提高合金鋼熱處理工藝和改進鑄造工藝入手。在各相關部門的共同開發下，高耐磨性、高強度中碳耐磨合金（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械設備中應用非常廣泛的材質，主要是因其具有強度高、耐磨性好、硬化度高、容易加工和韌性高的優良特點。其主要用于制作礦山機械設備中的濕式球磨機襯板、旋回式破碎機襯板、圓錐式破碎機和破碎壁、錘式破碎機錘頭等。其中我國采用的最主要耐磨錳鋼材料就是Mn13，而少數比較發達的國家主要是采用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度更高的特點。P和Si的含量直接關系到錳鋼技術的發展，尤其是對P的含量要求比較嚴格（要求在0.04%以下）。在鑄造過程中所要面臨的最大問題就是在提高錳鋼的耐磨性的同時還能降低其沖擊韌性。

1.3 介紹耐磨白口鑄鐵

在全球范圍內應用最為廣泛的是耐磨鑄鐵要屬鉻系白口鑄鐵，目前在技術發展方面最為成熟和質量能達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）。伴隨科學技術的不斷成熟，人們開始研發低鉻耐磨鑄鐵和鉻硅耐磨鑄鐵并得以生產，比較而言，高鉻耐磨鑄鐵的耐磨性能遠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前景非常可觀。以磨球為例，其發展方向：在滿足耐磨的前提下，還要保證不變形，不開裂等鑄造工藝要求。整體鑄造要向著高耐磨、環保、節能、高質量方向發展。隨著科技的進步，鑄造工藝已經步入產業化、自動化和大型化。

2 提高礦山機械設備中錳鋼鑄件耐磨性鑄造工藝

錳鋼已經成為礦山機械設備鑄件中應用相當廣泛的材料，在礦石采掘方面對機械設備使用性能的高要求主要體現在機械設備鑄件的耐磨性方面。因此，為了提高錳鋼的耐磨性，就要對礦山機械設備鑄件的鑄造工藝進行改進。下面介紹兩種改進的方法。

2.1 加加強錳鋼的熱處理工藝

為了使錳鋼能達到自身韌性和強度高的鑄件使用標準，需要對錳鋼進行一定的熱處理（熱處理可以使錳鋼實現單一奧氏體組織）。與一般的碳鋼件相比較而言，錳鋼的導熱性能不好，通過試驗得出一般碳鋼的導熱性是錳鋼導熱性的三倍，因此要通過更為嚴格的熱處理工藝對其進行改進。錳鋼在熱處理時容易出現開裂和變形等質量問題，因此采用豎裝襯板裝置的方法，并對其進行必要的預熱處理，防止錳鋼因熱脹冷縮而發生變形或開裂。

對于壁厚較厚的錳鋼鑄件而言，要進行大約3小時左右的預熱處理，并使其緩慢地加熱到650℃左右。這樣可以將錳鋼內部一半以上的奧氏體發生分解。在分解過程中，分解產物為碳化物和鐵元素，并形成少量晶粒是在允許范圍之內的奧氏體晶粒細化。隨后將錳鋼通過熱處理的方法加熱到1100℃左右，并保持這種狀態為6小時。在加熱過程中一定要注意溫度不能過高，否則會導致鑄件發生脫碳現象，而保溫的時間并不是一成不變的，要根據錳鋼的厚度進行計算，其主要采用25mm/h的計算方法，以確保組織的碳化物溶解充分。再進行預熱和加熱兩個處理過程，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，入水時要進行三次以上的擺動。在此過程中，為了防止水的溫度過高，采用循環水注入進行冷卻。水韌處理要在450℃的情況下保持8小時左右，以便得到奧氏體，這樣會使錳鋼的強度提高，主要是使屈服強度提高，最終達到提高錳鋼的整體耐磨性能。在水韌處理的過程中一定要在控制溫度的高低，一旦溫度大于450℃，碳化物就會變大變粗，成為針狀，這種分布卻恰好降低了錳鋼的韌性，進而不能使錳鋼達到高耐磨的性能。

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，在鑄造工藝的過程中，要充分地考慮到以下幾點：（1）鑄件在鑄造工藝過程中，為了保證錳鋼耐磨性，必須嚴格按照“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）”的方法進行操作。（2）對于壁厚大于40mm的錳鋼鑄件，必須嚴格按照鑄造工藝的相關規范進行采用冒口易割片的方法來達到補縮的目的，同時配合外冷鐵的使用，這樣能夠在很大程度上提高錳鋼的致密性。而對于壁厚小于40mm的錳鋼鑄件，宜采用同時凝固的鑄造工藝技術，同時也要配合外冷鐵的使用，在此過程中可以采用發熱保溫冒口，此冒口在保證錳鋼的耐磨性的同時。還能提高錳鋼鑄件的成品率。（3）對于形狀簡單且批量生產的鑄件在鑄造時，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間內最大效率地完成大批量耐磨性錳鋼的鑄造。

3 結束語

有待改進的礦山機械設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。文章主要是針對錳鋼鑄件在鑄造過程中，從熱處理工藝和致密度兩方面進行如何加強錳鋼的耐磨性的提高。還有很多的方法等待著我們去開發和研制，希望能夠通過我們的共同努力，為礦山機械設備的鑄件鑄造工藝做出應有的貢獻。

參考文獻

[1]魯云.大型礦山機械鑄件鑄造工藝分析[J].寧夏機械，2010（4）.

[2]高瞻.厚壁大型高錳鋼耐磨鑄件的制造工藝[J].梅山科技，2008（1）.

[3]吳霞.高錳鋼的熱處理[J].熱處理技術與裝備，2009（2）.