钢铁环类耐磨铸件及其制作方法.pdf

钢铁环类耐磨铸件及其制作方法，属于轧辊铸造领域，目的是解决现有技术存在的成本高、辊面质量不足的问题，该铸件包括内外两层，内层为低合金、低硬度、高强度的金属材料，外层为高合金、高硬度、高耐磨性的金属材料；其直径范围为Φ1700～Φ2200mm；其制作方法包括a.在离心托盘上根据设计的直径固定金属铸型模具和上下端盖；b.从上端盖的金属液注入口处注入液态金属，先离心浇注外层，再离心浇注内层，制作环类耐磨铸件；步骤b中，外层的浇注温度为1280～1450℃，内层的浇注温度为1300～1500℃，外层与内层的浇注间隔时间为20～60分钟。本发明可广泛应用于冶金、建材行业，以满足对大型耐磨铸件的需求。

1、  钢铁环类耐磨铸件，其特征在于，所述铸件包括内外两层，内层为低合金、低硬度、高强度的金属材料，外层为高合金、高硬度、高耐磨性的金属材料。

2、  如权利要求1所述钢铁环类耐磨铸件，其特征在于，所述铸件的直径范围为Φ1700～Φ2200mm。

3、  如权利权利要求1或2所述钢铁环类耐磨铸件，其特征在于，所述外层为高铬铸铁、高铬铸钢、合金半钢、合金球墨铸铁中的任一种金属材料。

4、  如权利要求3所述钢铁环类耐磨铸件，其特征在于，所述内层为低合金球墨铸铁、球墨铸钢中的任一种金属材料。

5、  钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在离心托盘上根据设计的直径固定金属铸型模具和上下端盖；
b.从上端盖的金属液注入口处注入液态金属，先离心浇注外层，再离心浇注内层，制作环类耐磨铸件。

6、  如权利要求5所述钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，所述步骤b中，离心机的转速按如下公式选取：
n²＝179000×G÷D
其中：n——离心机转速，即铸型转速，单位：转/分钟
G——重力系数，取值100～140
D——铸型内径，单位：cm。

7、  如权利要求6所述钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，所述步骤b中，外层的浇注温度为1280～1450℃。

8、  如权利要求7所述钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，所述步骤b中，内层的浇注温度为1300～1500℃。

9、  如权利要求8所述钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，所述步骤b中，外层与内层的浇注间隔时间为20～60分钟。

10、  如权利要求9所述钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，所述步骤b中，外层与内层在高速旋转的离心状态下凝固成型，并在步骤b之后，还包括退火、正火、回火工序。

钢铁环类耐磨铸件及其制作方法
技术领域
本发明属于轧辊铸造领域，特别涉及一种钢铁环类耐磨铸件及其制作方法。
背景技术
大型钢、铁金属环类耐磨铸件的应用领域及服役条件不同，对其工作层硬度、耐磨性、耐高温性能及装配要求均有不同，目前国内采用卧式离心复合铸造技术生产的大型钢、铁环类产品，其直径都在Φ1500以下。
目前国内企业生产此类大型的钢、铁环类产品，都是选用价格昂贵的高合金金属材料，采用传统的常法整体铸造方式，首先其生产材料成本高，辊面夹渣缺陷较为突出，辊面硬度、均匀性及其耐磨性能也不及离心复合产品，同时其内层部位硬度高，塑性指标相对也低许多，无法满足大过盈量的装配要求，装配开裂的事故时有发生。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的成本高、辊面质量不足的问题，提供一种复合的钢铁环类耐磨铸件及其制作方法，可以实现外层高合金、高硬度、高耐磨性能，内层低合金、低硬度、高强度、良好的塑性及韧性指标，有效降低生产成本，提高耐磨铸件与锻轴的装配组合性能。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
钢铁环类耐磨铸件，包括内外两层，内层为低合金、低硬度、高强度的金属材料，外层为高合金、高硬度、高耐磨性的金属材料。
所述铸件的直径范围为Φ1700～Φ2200mm。
所述外层为高铬铸铁、高铬铸钢、合金半钢、合金球墨铸铁中的任一种金属材料。
所述内层为低合金球墨铸铁、球墨铸钢中的任一种金属材料。
钢铁环类耐磨铸件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在离心托盘上根据设计的直径固定金属铸型模具和上下端盖；
b.从上端盖的金属液注入口处注入液态金属，先离心浇注外层，再离心浇注内层，制作环类耐磨铸件。
所述步骤b中，离心机的转速按如下公式选取：
n²＝179000×G÷D
其中：n——离心机转速，即铸型转速，单位：转/分钟
      G——重力系数，取值100～140
      D——铸型内径，单位：cm。
所述步骤b中，外层的浇注温度为1280～1450℃。
所述步骤b中，内层的浇注温度为1300～1500℃。
所述步骤b中，外层与内层的浇注间隔时间为20～60分钟。
所述步骤b中，外层与内层在高速旋转的离心状态下凝固成型，并在步骤b之后，还包括退火、正火、回火工序。
本发明采用内层、外层不同金属材料的复合结构，使外层可以满足高硬度、高耐磨性能，内层可以满足低硬度、高强度、良好的塑性及韧性指标，而且可以避免现有技术整体采用高合金金属材料所带来的高成本问题，可以制作直径大于1500mm，而达到1700～2200mm；采用本发明的方法，可以解决内外层金属的良好冶金结合，同时防止外层的高合金、高碳化物向内层芯部的扩散，实现外层高合金、高硬度、高耐磨性能，内层低合金、低硬度、高强度、良好的塑性及韧性指标，从而有效提高使用寿命，降低生产成本。
可见，采用本发明的结构和方法，可以降低钢铁环类耐磨铸件的成本，提高其性能，延长其使用寿命，可广泛应用于冶金、建材行业，以满足对大型耐磨铸件的需求。
附图说明
图1是本发明中铸件的结构及制作方法示意图；
图中标号：1是离心托盘，2是金属铸型模具，3是上端盖，4是外层，5是内层，6是下端盖，7是金属液注入口。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，钢铁环类耐磨铸件包括所述铸件包括内外两层，内层5为低合金、低硬度、高强度的金属材料制成，外层4为高合金、高硬度、高耐磨性的金属材料制成。
上述铸件的直径范围为Φ1700～Φ2200mm，如Φ1700mm、Φ1800mm、Φ1900mm、Φ2000mm、Φ2100mm、Φ2200mm。
上述外层4为高铬铸铁、高铬铸钢、合金半钢、合金球墨铸铁中的任一种金属材料；上述内层5为低合金球墨铸铁、球墨铸钢中的任一种金属材料。
钢铁环类耐磨铸件的制作方法包括如下步骤：
先用中频或工频感应电炉将内层及外层的金属材料熔炼。
再将金属铸型模具2采用厢式烘模窑进行烘干，温度在350～500℃范围内。
在离心托盘1上根据设计的直径固定金属铸型模具2、上端盖3和下端盖6，并选用锆砂涂料、石英砂涂料、高铝覆膜涂料中的一种进行覆层涂料。
启动离心机，按如下公式确定转速驱动离心托盘：
n²＝179000×G÷D
其中：n——铸型转速，单位：转/分钟
      G——重力系数，取值100～140
      D——铸型内径，单位：cm。
从上端盖3的金属液注入口7先注入外层所用的液态金属，以浇注外层，并控制其浇注温度1280～1450℃，具体浇注温度的取值依据所采用的上述金属材料的液相线温度不同而确定，一般取值范围：T_L+50～100℃，其中T_L为液相线温度。
间隔20～60分钟，具体时间值依据外层厚度和不同金属材料的固相线温度而定，一般取值范围：T_s-50～100℃，其中T_s为固相线温度。
继续从上端盖3的金属液注入口7再注入内层所用的液态金属，以浇注内层，并控制其浇注温度1300～1500℃，具体浇注温度的取值依据所采用的上述金属材料的液相线温度不同而确定，一般取值范围：T_L+50～100℃。
在高速旋转的离心状态下，使内层、外层凝固成型。
依据不同金属材料和产品设计要求，还可以包括退火、正火、回火等热处理及机加工步骤。