大型矿山机械铸件铸造工艺分析

王志强

（晋煤集团宏圣科威公司，山西晋城048000）

1 矿山机械设备特性铸件耐磨材料种类

1.1 非锰系列耐磨合金钢

随着矿山机械设备的不断改进，相对应的机械使用性能也得到了极大的提高，非锰系列耐磨合金钢逐渐被开采。从非锰系列耐磨合金钢本身的特性进行分析，非锰系列耐磨合金钢最大特点是具有很长的使用寿命。而且还是高锰钢使用寿命的2倍，通过非锰系列耐磨合金钢的使用，可以在很大程度上提高球磨机的使用寿命和使用效率。但是在进行工艺处理的过程中，还需要根据实际的情况，来进行相应的改善，使合金钢的硬度耐性都能够得到进一步地改善，使其实用性能够得到进一步地加强。从我国当前的工艺来看，已经开发出了硬度为55RHC的合金钢和硬度为50RHC的合金钢，并得到了迅速的发展，在实际使用的过程中，也得到了非常充分地应用[1]。

1.2 奥氏体制磨锰钢

在进行矿山开采的过程中，可以将奥氏体制磨锰钢应用到矿山开采设备中，其耐磨性非常好，具有很高的硬度和韧性，以及很强的实用性。在矿山机械设备中大多器件都是以奥氏体制磨锰钢为原材料制成的，例如：实施球磨机衬板、回旋式破碎机衬板、圆锥式破碎机和破碎壁等，这些都是矿山机械设备中重要的组成部分。而从目前我国的使用情况来看，Mn13耐磨合金钢的应用最为广泛，但是一些发达国家使用最多的是Mn13Cr2奥氏耐磨合金钢，相较而言，奥氏耐磨合金钢的性能更好，由此可见，我国还需要加强奥氏耐磨合金钢的制作工艺，提高其耐磨的特性[2]。

1.3 耐磨白日铸铁

目前在全球的范围内，耐磨白日铸铁的使用非常广泛，而铬系白日铸铁使用率最高，现在高铬系白日铸铁的制造工艺和技术发展最为成熟。随着科学技术的不断发展和完善，人们已经研发出来了低铬耐磨铸铁和铬硅耐磨铸铁，这两种铬系耐磨铸铁不论是从耐磨性能，还是从硬度来看，都要高于高铬系耐磨铸铁，而且成产制作成本也比较低，具有很强的实用性，同时也具有很好的发展前景。例如：在矿山开采的设备中，对磨球耐磨性有着非常高的要求，而且还要在耐磨性基础之上，保证其不会出现开裂的情况。因此，对整体的制造质量就提出了更高的要求。而随着科技的进步，铸造工艺已经进入了一个产业化、自动化和大型化的发展模式[3]。

2 矿山机械设备中锰钢铸件耐磨铸造工艺

2.1 铸造工艺体系分析

从目前的铸造工艺来看，锰钢已经成为了矿山机械设备材料中不可或缺的一个部分，在其中的很多铸件中，都是以锰钢为原材料进行制造。之所以大多铸件以锰钢为原料进行铸造，主要是由于锰钢本身具有高耐磨的性质，而矿山机械设备在进行实际工作的过程中，所接触到的矿石原材料都比较坚硬，对设备的耐磨性有着非常高的要求，而锰钢正好符合这一点的要求。那么为了能够进一步提高锰钢的耐磨性，加强机械设备的实际使用性能，就需要对矿山机械设备的铸造工艺进行一定的改善，并进行一定的完善。从目前所应用到的技术中，使用最为广泛、也最为成熟的就是锰钢热处理工艺。为了能够使锰钢能够达到一定的韧性和一个比较高的使用标准，可以通过一定的工艺对锰钢进行热处理，降低锰钢中的碳含量，加强锰钢的硬度。而与一般的碳钢件相比较，锰钢的导热性能需要采用相应的工艺与热处理技术相结合，来进行进一步地处理[4]。

2.2 导热性能分析

通常，碳钢导热性是锰钢导热性的3倍，所以对铸造工艺的要求相当高。猛钢进行热处理时会存在一些问题，如变形、开裂等。对于壁过厚的，一般要进行预热处理，且时间还要长达3 h左右，当温度加热到650℃左右时，标钢内部奥氏体的一半会发生分解。在此过程，会产生铁元素、碳化物，还会在许可范围内，奥氏体晶粒细化会有少量形成。之后当温度加热到1 100℃左右，维持6 h左右。

在加热过程中温度过高，标钢可能会导致铸件发生脱碳的现象，根据锰钢的厚度能够对保温的时间进行计算，主要采用25 mm/h的计算方法，这样能够确保组织的碳化物能够充分溶解。再进行预热和加热两个操作之后，需要采取迅速冷却的方法，这样能够起到韧性处理的作用。如果想要水韧处理的方式，则要确保入水的温度需要保持在1 000℃左右，在入水时要进行三次以上的摆动。在整个过程中，需要采取循环水注入的方式进行冷却，这样能够防止水温过高。水韧处理要在450℃的情况下保持8 h左右，这样能够提高锰钢的强度，最终达到提高锰钢的整体耐磨性能。

在水切处理的过程中，对于温度的控制要十分精准，当温度大于450℃时，会使得碳化物发生变化，这样会降低锰钢的韧性，不能使锰钢达到高耐磨的性能。

2.3 改善锰钢铸件的致密度分析

铸件的致密程度在一定程度上能够决定钙钢耐磨性能的好坏，在铸造工艺的过程中，需要充分地考虑到以下几点：第一，为了保证锤钢耐磨性，铸件在铸造工艺过程中，必须严格按照“三低操作”（三低操作主要是铸件低温配模、低温铸造、低温出钢）的方法进行操作。第二，对于壁厚小于40 mm的锰钢铸件，配合外冷铁的使用，可以采用同时凝固的铸造工艺技术，这样能够将锰钢铸件的成品率提高。对于壁厚大于40 mm的锰钢铸件，必须严格按照相关的铸造工艺规范进行操作，配合外冷铁的使用，采用冒口易割片的方法来达到补缩的目的，在一定程度上，这样能够将锰钢的致密性提高。第三，在铸造时，对于形状简单且批量生产的铸件，需要尽可能地采用金属型挂砂铸造工艺，使得耐磨性锰钢的铸造能够在最短的时间内最大效率地完成[5]。

3 结语

大型矿山机械铸件的铸造工艺十分重要，很多环节都需要优化，最重要的在于耐磨性铸造工艺优化。采用多种不同的方式加强铸造工艺的整体结构，能够使矿山机械铸造的效率得到全面提升。

[1]张凯，高菲，宗国锋，等.槽帮钢铸造工艺的研究[J].现代制造技术与装备，2011（5）：126.

[2]曹喜波.矿车碰头座铸造工艺改进[J].山东煤炭科技，2011（2）：78.

[3]尚显光，管红艳，郑喜平，等.采煤机滑靴铸造工艺的数值模拟[J].热加工工艺，2013（17）：31.

[4]张宏伟，王艳丽，郑喜平，等.计算机数值模拟在截割齿座铸造工艺上的应用[J].煤矿机械，2016（1）：26.

[5]李清，丁书召，辛辉，等.机床滑枕铸造工艺数值模拟与优化[J].铸造技术，2017（2）：169.