《高性能复合型耐磨材料关键技术及应用》

高性能复合型耐磨材料是冶金、矿山、建材、煤炭、工程机械等行业重要的消耗材料。随着现代工业的快速发展,对高速、高压、高冲击等恶劣工况条件下长期运转的耐磨件性能提出更高的要求,要求耐磨材料既要有良好的韧性,又必须具有高的强度和硬度。单一材料无法满足机械装备对耐磨件使用性能的要求,造成耐磨材料消耗量大、装备运行效率低、生产成本高,严重制约了装备制造业高效化、连续化方向发展。

项目以冶金、矿山、水泥等行业机械装备对高性能耐磨材料的需求为牵引,经过系统研究,采用复合化技术开发了复合耐磨件,解决了耐磨部件的成分设计、组织控制、复合技术等关键问题,实现了复合耐磨件低成本、高性价协同,大大提高了装备使用寿命及作业效率,满足了中国机械装备快速发展对耐磨部件的重大需求,具有非常广阔的市场前景和重要的战略意义。

主要创新成果如下:

(1)首创了耐磨钢基体镶铸陶瓷棒增强耐磨性新技术,突破了镶嵌铸造复合工艺技术难点,实现了全界面冶金结合。开发出性能优异的复合轧臼壁、衬板、齿板等零件,其使用寿命较原耐磨钢铸件提高了2倍以上。项目合作单位洛阳洛北重工机械有限公司被美国Caterpillar公司确定为耐磨件产品金牌供应商。

(2)开发了一种无箱组芯造型双液铸造复合锤头工艺;对板锤率先采用了双液三次复合浇注工艺,突破了板锤难以复合的技术难题,提高了板锤的韧性。提出了双金属材质选择原则,创新了锤头的双液浇注工艺,两种异金属实现了良好的冶金结合,界面结合剪切强度达到382MPa,是液-固复合工艺的1.35~2.35倍。

(3)针对异型耐磨件局部磨损导致产品失效的问题,根据磨损部位和形状特点,结合热物性参数、散热条件,建立了铸渗预制块厚度与体积的定模数比法则,开发了局部自熔铸渗复合一体化技术。

(4)研制了一种以硅酸盐为主体系的、适用于大型耐磨钢铸件用的保温冒口覆盖剂材料。新型覆盖剂提高铸件工艺出品率5%~8%。

该项目已获得授权国家发明专利6项;出版耐磨材料专著《耐磨奥氏体锰钢》、《铸造耐磨材料及其生产技术》2部;发表论文12篇。

主要经济技术指标如下:

技术指标:铸体基体性能达到:σb≥820MPa,σs≥520MPa,KV2≥160J。其耐磨面为TiC陶瓷块超高锰钢复合材料,磨损实验表明,相对于ZGMn13材料,复合材料磨损量降低62%,使用寿命提高2.63倍。

经济指标:项目成果已在全国20余家企业应用,其中3家企业近三年共为国内外用户生产复合耐磨铸件累计产值12.57亿元,经济效益4.55亿元。节约成本、提高耐磨件寿命、提高设备效率,间接效益超过150亿元。

该项目的研制与应用,对复合型耐磨材料整体技术进步起了引领与示范作用,有利于优化国家资源利用,推动复合耐磨材料行业的产业结构调整、升级和技术进步,促进冶金、矿山、建材、煤炭、工程机械等领域高技术发展,参与国际竞争具有重要的意义。促进了生产企业的产业结构调整与优化升级,有力促进了装备制造业的科技进步。

成果说明

(1)技术应用 项目成果已在洛阳洛北重工机械有限公司、洛阳明超矿山机械耐磨铸件有限公司和洛阳鸿朗实业有限公司等多家公司实现产业化,年可生产近7万吨陶瓷增强超高锰钢耐磨铸件,年制备钼靶材2142吨,近3年新增产值12.5746亿元,新增利税4.5527亿元。 (2)产品应用情况 利用本项目研究成果生产的大型轧臼壁复合衬板耐磨铸件及其他复合耐磨铸件产品,于2016年形成了大型选矿球磨机设备部件的技术储备和规模化量产,并成功应用于国内外大型矿山机械装备领域,制备的矿用大型轧臼壁复合衬板铸件的产品质量达到国

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