覆砂金属型铸造高锰钢衬板的组织与性能

摘 要：高锰钢的抗冲击破坏能力及抗磨粒磨损性能优异，在水泥、矿山等各类粉碎机械中有着十分广泛的应用，覆砂金属型铸造高锰钢衬板是高锰钢中的一种，其组织与性能明显优于水玻璃砂型铸造高锰钢衬板。在本文中，首先阐述了覆砂金属型铸造高锰钢衬板的工艺设计，随后对其组织与性能进行分析。

关键词：覆砂金属型；高锰钢；组织；性能

前言：在高锰钢铸件，尤其是大型衬板类铸件实际生产中，依然采用砂型铸造加水韧处理，这种传统的生产方式能耗比较高，需要较长的生产周期，对企业的经济效益产生一定的影响，此外，此种铸造方法生产出来的衬板使用寿命相对较短，增加了生产成本。覆砂金属型属于新型的高锰钢衬板铸造方法，通过将几毫米厚的树脂砂黏附在金属型型腔表面，提升高锰钢衬板的性能，减少存在的缺陷，延长衬板的使用寿命，提高企业的经济效益。

一、覆砂金属型铸造高锰钢衬板工艺设计

金属液与铸型之间存在一定的热交换，而覆砂工艺的采用则可以实现强化热交换的目的，将铸件的凝固速率适当的提升。因此，在覆砂金属型铸造工艺中，最为重要的一个参数就是覆砂层的厚度，如果厚度过薄，不仅造型难度提升，同时在过快冷却的影响下，铸件的应力会发生集中，进而导致铸件开裂，如果厚度过厚，那么激冷的效果会非常差。研究人员经过多次的实验之后，将覆砂层的最佳厚度确定为3～5mm，局部拐角处可将厚度提升至5～10mm，依据铸件尺寸的大小，在合理范围内确定最终的覆砂层厚度。

覆砂金属型高锰钢衬板在生产时，冷热需要频繁的交替，而且温度波动的幅度比较大，这就需要抗激热激冷能力及抗热疲劳性能非常强，通常，铸造会选择蠕墨铸铁或球磨铸铁[1]。选择覆砂层的厚度时，应控制在50～100mm范围内，从而有效地降低高锰铁衬板的重量，并且保证蓄热能力符合要求。

铸造衬板时，整体为上下两箱，上箱为衬板背面，造型采用水玻璃砂，下箱为衬板工作面，造型采用覆砂金属型。铸造工艺选择浇冒口合二为一的浇注与补缩系统，实现顺序凝固的温度梯度，从而使冒口的补缩效果良好，同时，衬板的工艺出品率也可以得到有效的保证，降低能源消耗。在上箱处，布置浇冒口主体，下箱处布置冒口座，在易割片冒口颈与衬板型腔连通的作用下，通过保温套，实现浇冒口与冒口座的预制成形。冒口内钢液会逐渐的冷却，为了避免冷却的速度过快，利用水玻璃砂填充冒口座的周围，降低冷却速度。在金属型的地面设置射砂口，与铸件安装孔位置一致，口径为12cm，适当倾斜，与垂直方向之间的夹角为5°。覆砂硬化时需要进行排气，为了提升便利性，需设置数个排气孔，分布在金属型四周，且需要与衬板型腔相同，并在排气孔的内部安装排气塞。

采用热固化的方式进行覆膜砂，从而有效地提升粘结强度，提高溃散性。树脂硬化时，需要加入催化剂，随着催化剂数量的增加，对硬化时间进行合理的调整，通常将时间控制在10min左右。随后进行吹射与硬化，约15min后脱模。

二、覆砂金属型高锰钢衬板的组织与性能

（一）组织

在普通砂型铸造的高锰钢衬板组织中，颗粒状碳化物的数量比较多，晶界及晶内是主要的分布位置，在晶界处，已经形成网状，并呈连续性，经过热处理之后，碳化物基本消失，组织为单一奥氏体，并且相关的组织参数会发生变化。而在覆砂金属型铸造的衬板中，并不存在粗大的晶粒，所有晶粒均比较小，且经过水韧处理处理之后，组织为完全奥氏体组织，碳化物基本不存在，热处理之后，呈明显树枝状且定向排列的晶粒特征消失，且析出的碳化物数量非常少，晶粒大小并未受到影响，具有良好的组织稳定性[2]。

（二）性能

硬度及冲击韧性为高锰钢衬板力学性能分析中的两个重要指标，当这两个指标的数值均比较高时，衬板具有良好的力学性能。在进行硬度分析时，应用布氏硬度分析法，通过公式计算可知，覆砂金属型铸造的衬板铸态硬度平均值为218HB，经过热处理之后，硬度平均值变为198HB，两种硬度平均值比较接近，而这与其组织中无碳化物关系密切。在进行冲击韧性分析时，利用JB-300B摆锤式冲击试验机对样品进行测试，测试之后，衬板样品的冲击韧度平均值为61J・cm-2，经过热处理之后，冲击韧性平均值变为214J・cm-2，是铸态状态下的三倍左右，主要原因是覆砂金属型铸造衬板中的碳化物，尤其是晶界处的碳化物少[3]。同时，覆砂金属型铸造衬板的耐磨性也比较好，在铸态状态下的衬板的磨损量与经过热处理之后衬板的磨损量基本相同，铸态稍微高一些，而这同样与组织内碳化物数量少有关，此外，覆砂金属型铸造衬板的冲击韧性良好，也在一定程度上提升了其耐磨性。

结论：在覆砂金属型铸造的高锰钢衬板组织中，碳化物的数量非常少，由此也增强了衬板的硬度、冲击韧性及耐磨性，经过实验结果可知，衬板铸态下与经过热处理之后的硬度值、冲击韧性值及磨损程度无明显差别，比较接近，在中小型球磨机中，可直接使用铸态下的衬板，由此降低能源的消耗，减少生产成本，提升生产效率，促使企业获得更多的经济效益。

参考文献

[1]刘同帮，沈永华.铁型覆砂铸造在耐磨铸件领域的应用[J].铸造，2015，08：731-734.

[2]范金城，王国存，谈有珠.消失模铸造改良ZGMn13在润磨机衬板上的应用[J].铸造技术，2010，09：1212-1214.

[3]刘华平，吴智刚，贺立新.改性高锰钢ZGMn13Cr2组织及性能研究[J].科协论坛（下半月），2013，07：9-11.