高硅合金化耐熱材料用于磨球模具的生產應用

金鉬集團卅十畝地選礦廠 （陜西 714102） 崔林科

陜西華縣金堆城鉬業集團有限公司 （714102） 李志翔 李亞峰 劉利安

目前，我集團機電修配廠耐磨一車間、二車間及鑄鐵車間生產使用的磨球模具都是由普通灰鑄鐵加工而成，模具使用壽命短，每年投入的模具更新費用高達100多萬元，大幅增加了生產磨球的成本。普通灰鑄鐵最致命的弱點就是其高溫強度差，這主要是由于其高溫相轉變點相對較低（300～400℃）所致。本項目研制的高硅合金化耐熱材料將高溫相轉變點提高到800～1200℃，大幅延長了模具的使用壽命。

1.生產工藝過程控制

（1）化學成分優化 為了最大限度地發揮高硅耐熱合金的耐高溫、多周次疲勞點蝕性及抗反復蠕變性，需結合模具使用工況條件，對高硅耐熱合金模具的組織及性能提出要求。并根據工況條件和高溫工作環境來選擇合適的基體組織和碳化物類型，使耐高溫、多周次疲勞點蝕性和抗反復蠕變性等力學性能指標均達到合理的匹配，從而大幅提高耐高溫、多周次疲勞點蝕性及抗反復蠕變性，延長模具的使用壽命，優化后的化學成分為wC＝3.2%～3.5%、wSi＝2.5%～3.0%、wMn＝0.2%～0.25%、wP≤0.06%、wS≤0.05%。

（2）熔煉工藝控制 為得到高質量的鐵液，采用750kg中頻感應電爐熔煉，出爐溫度控制在1500～1550℃，澆注溫度控制在1380～1450℃。蠕化處理采用包底沖入法，將稀土硅鐵合金放入包底一側，鐵液沖向另一側，并充分攪拌，增強稀土元素的擴散能力，使鐵液無沸騰，蠕化處理平穩進行。

（3）造型工藝控制 為確保鑄型具有最合理的溫度梯度分布，保證鑄件最佳成形條件，采用消失模鑄造工藝來生產磨球模具，模樣選用密度為18g/dm3的可發性聚苯乙烯泡沫材料，自制水基石英粉涂料，采用浸涂及刷涂相結合的方式刷涂料，烘干溫度為30～40℃。烘干后再涂刷3遍，使涂層厚度達1～2mm。在球窩處用樹脂砂制作砂芯，并扎排氣孔，將砂芯烘干。采用自制的長1600mm、寬1000mm、高700mm的底抽式負壓砂箱，每箱埋6件，用粒度為0.90～0.45mm（20～40目）的石英砂作造型材料。在埋箱過程中采用平放、打砂芯、底注的鑄造工藝。澆注溫度控制在1430℃左右，負壓值控制在0.04Pa，打箱時間控制在30h左右。

（4）熱處理工藝控制 在箱式電阻爐中回火，以降低或消除內應力，減少模具的變形，防止開裂。工藝操作規范為：以50～100℃/h升溫至250～300℃，保溫3～5h，然后隨爐冷卻。

2.模具生產應用效果

（1）模具使用壽命由400～500次延長至600～800次。

（2）該生產工藝在實際生產中，不僅緩解了生產成本壓力，年節省模具投入費用近百萬元，且對公司其他耐熱配件的生產具有借鑒推廣作用，產生了顯著的經濟效益。