大型礦山機械鑄件鑄造工藝分析

王志強

（晉煤集團宏圣科威公司，山西晉城048000）

1 礦山機械設備特性鑄件耐磨材料種類

1.1 非錳系列耐磨合金鋼

隨著礦山機械設備的不斷改進，相對應的機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行分析，非錳系列耐磨合金鋼最大特點是具有很長的使用壽命。而且還是高錳鋼使用壽命的2倍，通過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的使用壽命和使用效率。但是在進行工藝處理的過程中，還需要根據實際的情況，來進行相應的改善，使合金鋼的硬度耐性都能夠得到進一步地改善，使其實用性能夠得到進一步地加強。從我國當前的工藝來看，已經開發出了硬度為55RHC的合金鋼和硬度為50RHC的合金鋼，并得到了迅速的發展，在實際使用的過程中，也得到了非常充分地應用[1]。

1.2 奧氏體制磨錳鋼

在進行礦山開采的過程中，可以將奧氏體制磨錳鋼應用到礦山開采設備中，其耐磨性非常好，具有很高的硬度和韌性，以及很強的實用性。在礦山機械設備中大多器件都是以奧氏體制磨錳鋼為原材料制成的，例如：實施球磨機襯板、回旋式破碎機襯板、圓錐式破碎機和破碎壁等，這些都是礦山機械設備中重要的組成部分。而從目前我國的使用情況來看，Mn13耐磨合金鋼的應用最為廣泛，但是一些發達國家使用最多的是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，我國還需要加強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，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，現在高鉻系白日鑄鐵的制造工藝和技術發展最為成熟。隨著科學技術的不斷發展和完善，人們已經研發出來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，還是從硬度來看，都要高于高鉻系耐磨鑄鐵，而且成產制作成本也比較低，具有很強的實用性，同時也具有很好的發展前景。例如：在礦山開采的設備中，對磨球耐磨性有著非常高的要求，而且還要在耐磨性基礎之上，保證其不會出現開裂的情況。因此，對整體的制造質量就提出了更高的要求。而隨著科技的進步，鑄造工藝已經進入了一個產業化、自動化和大型化的發展模式[3]。

2 礦山機械設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看，錳鋼已經成為了礦山機械設備材料中不可或缺的一個部分，在其中的很多鑄件中，都是以錳鋼為原材料進行制造。之所以大多鑄件以錳鋼為原料進行鑄造，主要是由于錳鋼本身具有高耐磨的性質，而礦山機械設備在進行實際工作的過程中，所接觸到的礦石原材料都比較堅硬，對設備的耐磨性有著非常高的要求，而錳鋼正好符合這一點的要求。那么為了能夠進一步提高錳鋼的耐磨性，加強機械設備的實際使用性能，就需要對礦山機械設備的鑄造工藝進行一定的改善，并進行一定的完善。從目前所應用到的技術中，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到一定的韌性和一個比較高的使用標準，可以通過一定的工藝對錳鋼進行熱處理，降低錳鋼中的碳含量，加強錳鋼的硬度。而與一般的碳鋼件相比較，錳鋼的導熱性能需要采用相應的工藝與熱處理技術相結合，來進行進一步地處理[4]。

2.2 導熱性能分析

通常，碳鋼導熱性是錳鋼導熱性的3倍，所以對鑄造工藝的要求相當高。猛鋼進行熱處理時會存在一些問題，如變形、開裂等。對于壁過厚的，一般要進行預熱處理，且時間還要長達3 h左右，當溫度加熱到650℃左右時，標鋼內部奧氏體的一半會發生分解。在此過程，會產生鐵元素、碳化物，還會在許可范圍內，奧氏體晶粒細化會有少量形成。之后當溫度加熱到1 100℃左右，維持6 h左右。

在加熱過程中溫度過高，標鋼可能會導致鑄件發生脫碳的現象，根據錳鋼的厚度能夠對保溫的時間進行計算，主要采用25 mm/h的計算方法，這樣能夠確保組織的碳化物能夠充分溶解。再進行預熱和加熱兩個操作之后，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，在入水時要進行三次以上的擺動。在整個過程中，需要采取循環水注入的方式進行冷卻，這樣能夠防止水溫過高。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度，最終達到提高錳鋼的整體耐磨性能。

在水切處理的過程中，對于溫度的控制要十分精準，當溫度大于450℃時，會使得碳化物發生變化，這樣會降低錳鋼的韌性，不能使錳鋼達到高耐磨的性能。

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，在鑄造工藝的過程中，需要充分地考慮到以下幾點：第一，為了保證錘鋼耐磨性，鑄件在鑄造工藝過程中，必須嚴格按照“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）的方法進行操作。第二，對于壁厚小于40 mm的錳鋼鑄件，配合外冷鐵的使用，可以采用同時凝固的鑄造工藝技術，這樣能夠將錳鋼鑄件的成品率提高。對于壁厚大于40 mm的錳鋼鑄件，必須嚴格按照相關的鑄造工藝規范進行操作，配合外冷鐵的使用，采用冒口易割片的方法來達到補縮的目的，在一定程度上，這樣能夠將錳鋼的致密性提高。第三，在鑄造時，對于形狀簡單且批量生產的鑄件，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間內最大效率地完成[5]。

3 結語

大型礦山機械鑄件的鑄造工藝十分重要，很多環節都需要優化，最重要的在于耐磨性鑄造工藝優化。采用多種不同的方式加強鑄造工藝的整體結構，能夠使礦山機械鑄造的效率得到全面提升。

[1]張凱，高菲，宗國鋒，等.槽幫鋼鑄造工藝的研究[J].現代制造技術與裝備，2011（5）：126.

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

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

[4]張宏偉，王艷麗，鄭喜平，等.計算機數值模擬在截割齒座鑄造工藝上的應用[J].煤礦機械，2016（1）：26.

[5]李清，丁書召，辛輝，等.機床滑枕鑄造工藝數值模擬與優化[J].鑄造技術，2017（2）：169.