矿山机械设备锰钢铸件铸造工艺改进分析

崔亚迪　孙文翰

摘 要：随着市场中各行各业对矿石原料需求在日益的增加，伴随矿石不断地被开采，现阶段矿石开采的难度也更加凸显。为了满足市场对矿石的需求，只有从采掘矿石设备着手，提高其使用质量。矿山机械设备的关键部件主要是铸造而成的，只有通过改进矿山机械设备的铸造工艺才能最终提高矿石的采掘量，满足需求。提高矿山机械设备性能主要是提高其耐磨性，文章就锰钢铸件耐磨性的铸造工艺进行分析，为矿山机械设备铸件的铸造提供一定的帮助，进而满足市场对这种矿石的需求。

关键词：矿山机械设备；锰钢；耐磨性；铸造工艺

全球矿业的发展伴随着全世界整体经济的飞速发展也取得了很大的进步，在各种矿石（如：铁矿石，铜矿石以及其他金属矿石等）需求量日益增加的情况下，带动了矿山机械设备的需求，与此同时带动了相关铸件的需求量。在激烈的市场竞争情况下，这就对铸件的铸造工艺提出了更高的要求。一般碳钢和锰钢是矿山机械设备用到最多的铸件材质，主要是利用其耐磨性。为了提高铸件的铸造工艺，必须从提高其耐磨性进行分析。

目前，我国在衬板、磨球等耐磨件的生产铸造方面取得了很大的进步，已经接近了发达国家的技术水平。其中矿山机械设备用到的耐磨铸件有种类有许多，但以非锰系耐磨合金钢、奥氏体耐磨锰钢和耐磨白口铸铁这三种铸件用到的最多。下面我们就详细介绍一下这三种耐磨铸件。

1 介绍矿山机械设备铸件耐磨性种类

1.1 介绍非锰系耐磨合金钢

随着矿山机械设备性能要求的不断提高，非锰系耐磨合金钢 开始问世，并得到了广大用户的认可。因非锰系耐磨合金钢是一种低碳高合金，其主要是用于制作球磨机的耐磨衬板。非锰系耐磨合金钢的使用寿命非常凸显，通过大量的试验得出其使用寿命可达到高锰钢使用寿命的1.8～2倍，这样在很大程度上提高了球磨机的使用寿命和使用效率。在提高矿山机械使用性能方面，要从提高合金钢热处理工艺和改进铸造工艺入手。在各相关部门的共同开发下，高耐磨性、高强度中碳耐磨合金（其中：硬度为55HRC的合金钢和硬度为50HRC的合金钢）得以迅速发展，使耐磨合金钢不仅大大提高了耐磨性，还在一定程度上加强了其韧性和硬度。

1.2 介绍奥氏体耐磨锰钢

奥氏体耐磨锰钢是矿山机械设备中应用非常广泛的材质，主要是因其具有强度高、耐磨性好、硬化度高、容易加工和韧性高的优良特点。其主要用于制作矿山机械设备中的湿式球磨机衬板、旋回式破碎机衬板、圆锥式破碎机和破碎壁、锤式破碎机锤头等。其中我国采用的最主要耐磨锰钢材料就是Mn13，而少数比较发达的国家主要是采用Mn13Cr2奥氏体耐磨锰钢，相比较之下奥氏体耐磨锰钢具有耐磨性能更好和强度更高的特点。P和Si的含量直接关系到锰钢技术的发展，尤其是对P的含量要求比较严格（要求在0.04%以下）。在铸造过程中所要面临的最大问题就是在提高锰钢的耐磨性的同时还能降低其冲击韧性。

1.3 介绍耐磨白口铸铁

在全球范围内应用最为广泛的是耐磨铸铁要属铬系白口铸铁，目前在技术发展方面最为成熟和质量能达到很高程度的耐磨白口铸铁就是高铬耐磨铸铁（其中为Cr26、Cr15）。伴随科学技术的不断成熟，人们开始研发低铬耐磨铸铁和铬硅耐磨铸铁并得以生产，比较而言，高铬耐磨铸铁的耐磨性能远不如低铬耐磨铸铁和铬硅耐磨铸铁的耐磨性能，低铬耐磨铸铁和铬硅耐磨铸铁的市场前景非常可观。以磨球为例，其发展方向：在满足耐磨的前提下，还要保证不变形，不开裂等铸造工艺要求。整体铸造要向着高耐磨、环保、节能、高质量方向发展。随着科技的进步，铸造工艺已经步入产业化、自动化和大型化。

2 提高矿山机械设备中锰钢铸件耐磨性铸造工艺

锰钢已经成为矿山机械设备铸件中应用相当广泛的材料，在矿石采掘方面对机械设备使用性能的高要求主要体现在机械设备铸件的耐磨性方面。因此，为了提高锰钢的耐磨性，就要对矿山机械设备铸件的铸造工艺进行改进。下面介绍两种改进的方法。

2.1 加加强锰钢的热处理工艺

为了使锰钢能达到自身韧性和强度高的铸件使用标准，需要对锰钢进行一定的热处理（热处理可以使锰钢实现单一奥氏体组织）。与一般的碳钢件相比较而言，锰钢的导热性能不好，通过试验得出一般碳钢的导热性是锰钢导热性的三倍，因此要通过更为严格的热处理工艺对其进行改进。锰钢在热处理时容易出现开裂和变形等质量问题，因此采用竖装衬板装置的方法，并对其进行必要的预热处理，防止锰钢因热胀冷缩而发生变形或开裂。

对于壁厚较厚的锰钢铸件而言，要进行大约3小时左右的预热处理，并使其缓慢地加热到650℃左右。这样可以将锰钢内部一半以上的奥氏体发生分解。在分解过程中，分解产物为碳化物和铁元素，并形成少量晶粒是在允许范围之内的奥氏体晶粒细化。随后将锰钢通过热处理的方法加热到1100℃左右，并保持这种状态为6小时。在加热过程中一定要注意温度不能过高，否则会导致铸件发生脱碳现象，而保温的时间并不是一成不变的，要根据锰钢的厚度进行计算，其主要采用25mm/h的计算方法，以确保组织的碳化物溶解充分。再进行预热和加热两个处理过程，之后采取迅速的水冷冷却方式，主要是起到韧性处理功能。若要采用水韧处理，要保证入水的温度在1000℃左右，入水时要进行三次以上的摆动。在此过程中，为了防止水的温度过高，采用循环水注入进行冷却。水韧处理要在450℃的情况下保持8小时左右，以便得到奥氏体，这样会使锰钢的强度提高，主要是使屈服强度提高，最终达到提高锰钢的整体耐磨性能。在水韧处理的过程中一定要在控制温度的高低，一旦温度大于450℃，碳化物就会变大变粗，成为针状，这种分布却恰好降低了锰钢的韧性，进而不能使锰钢达到高耐磨的性能。

2.2 改善锰钢铸件的致密度

锰钢耐磨性能的好坏在一定程度上取决于铸件的致密程度，在铸造工艺的过程中，要充分地考虑到以下幾点：（1）铸件在铸造工艺过程中，为了保证锰钢耐磨性，必须严格按照“三低操作（三低操作主要是铸件低温出钢、低温铸造、低温配模）”的方法进行操作。（2）对于壁厚大于40mm的锰钢铸件，必须严格按照铸造工艺的相关规范进行采用冒口易割片的方法来达到补缩的目的，同时配合外冷铁的使用，这样能够在很大程度上提高锰钢的致密性。而对于壁厚小于40mm的锰钢铸件，宜采用同时凝固的铸造工艺技术，同时也要配合外冷铁的使用，在此过程中可以采用发热保温冒口，此冒口在保证锰钢的耐磨性的同时。还能提高锰钢铸件的成品率。（3）对于形状简单且批量生产的铸件在铸造时，尽可能地采用金属型挂砂铸造工艺，此方法可以在最短的时间内最大效率地完成大批量耐磨性锰钢的铸造。

3 结束语

有待改进的矿山机械设备铸件的铸造工艺有很多方面，其中最为凸显、最为重要的就是其耐磨性铸造工艺的改进。文章主要是针对锰钢铸件在铸造过程中，从热处理工艺和致密度两方面进行如何加强锰钢的耐磨性的提高。还有很多的方法等待着我们去开发和研制，希望能够通过我们的共同努力，为矿山机械设备的铸件铸造工艺做出应有的贡献。

参考文献

[1]鲁云.大型矿山机械铸件铸造工艺分析[J].宁夏机械，2010（4）.

[2]高瞻.厚壁大型高锰钢耐磨铸件的制造工艺[J].梅山科技，2008（1）.

[3]吴霞.高锰钢的热处理[J].热处理技术与装备，2009（2）.