復合高硬合金沙磚模的研制

范應光，李占堅,鄧火生

（廣西機電職業技術學院，廣西 南寧530007）

0 引言

沙磚是近年來建筑行業推廣使用的節能環保產品，壓磚機是制造沙磚的主要設備，而沙磚模則是壓磚機的關鍵部件，沙磚模的工作性能及壽命關系到壓磚機的工作效率及生產成本，而且直接關系到使用壓磚機的工廠能否正常生產。目前普遍使用普通碳素結構鋼材料并經一定的熱處理來作為沙磚模的模具材料。而隨著我國建材制磚行業的迅速發展以及向效益型方向轉變，客戶（沙磚生產廠）對壓磚機的性能和沙磚模的耐磨性及使用壽命提出了更高的要求，尋求一種高耐磨的沙磚具材料是當前新材料開發的急需解決課題之一。為此研制了一種理想的耐磨合金沙磚模，它既具有普通碳素結構鋼的強韌性，又具有高硬合金的耐磨性，進一步提高了沙磚模的使用壽命，減少停機更換磚模的次數，提高了生產效率，減少模具損耗，有效降低生產成本，提高企業效益。

1 沙磚模磨損機理探索

沙磚的主要材料是石英砂和石灰。制磚生產過程是：石英砂+石灰→混合→壓制成型→蒸汽高溫壓力蒸煮→沙磚成品。從沙磚的生產過程顯示：沙磚模是沙磚壓制成型的工作部件，在工作過程中沙磚模的工作表面受到高硬石英顆粒的擠壓、剪切作用，此時沙磚模的工作表面的主要磨損形式是金屬的磨粒磨損，這一類磨損嚴重影響了沙磚模的使用壽命和效果，是沙磚模損壞、失效和報廢的主要原因。

經研究表明[1]：在磨粒磨損中，磨損率與沙磚模材料硬度和磨料硬度有著至關重要的關系，若把它們畫成耐磨性ε（或相對磨損ε-1）與Ha/Hm(磨料硬度與材料硬度之比)的關系曲線如圖1所示。

圖1 ε，ε-1與Ha/Hm的關系

由圖1可見，當Ha/Hm＜0．64時，磨損率幾乎趨近于零，而當Ha/Hm＞0．64時，在一定磨料情況下隨沙磚模材料的硬度提高，其磨損急劇下降。而普通碳素結構鋼雖經淬火但其硬度不是很高，相對于石英砂來說仍處于硬料磨損狀態，這種軟材料很容易被硬的磨料（石英砂粒）切削、犁溝作用而發生微粒脫落磨損，這就是普通碳素結構鋼制造的沙磚模耐磨性能較低、使用壽命短之原因所在。

2 復合高硬合金沙磚模制造方法

沙磚模采用活塊（模板）組合、整體脫落式結構。摸具的壽命主要取決于模板的性能，復合高硬合金沙磚模的模板通過下列方式制造：

普通碳素鋼板→表面堆焊高硬合金→裁剪→粗加工→磨削精加工→模板→組合→模具。

2.1 沙磚模的結構

沙磚模由四塊模板（見圖2）組合而成（見圖3）。

圖2 模板

圖3 沙磚模

沙磚模以脫落式模具形式安裝于壓磚機中，這種組合脫落式模具具有制造簡便，安裝快捷，便于更換之優點[2]。

2.2 原沙磚模選材設計

目前沙磚模的制作材料為普通中碳鋼加淬火工藝，為了保持一定的韌性所選擇的材料含碳量不能很高，因此材料的硬度不會很高（HRC45），耐磨性不高。

2.3 復合式高硬合金沙磚模的選材設計

為了提高沙磚模的工作壽命，必須提高工作面的材料硬度，為保證模具的模板既有高的硬度又有很好的韌性，將模板材料設計為由雙金屬構成：工作面一側為高硬合金，另一側（模具的背面）為普通碳素結構鋼，兩種材料通過高溫融合而成，復合合金結合狀態具體見圖4，圖4中的右邊為高硬合金，圖4中的左邊為普通低碳結構鋼。

圖4 復合合金結合狀態

2.4 沙磚模的復合材料成分

沙磚模的模板由雙金屬材料復合構成，工作面高硬合金金屬材料的成分如表1所列。

表1 沙磚模模板復合材料成分

3 工作面高硬合金的性能

本課題研究的高硬合金，是一種新型的高耐磨復合材料，在模板普通鋼材上表面形成過共晶高鉻合金耐磨層。由于合金元素在鋼中的作用[3]，耐磨層金相組織為過共晶高鉻合金，硬質相為特殊碳化物Cr7C3，特殊碳化物Cr7C3型初生相細小均勻，基體為Cr7C3與奧氏體、馬氏體的共晶組織[4]（見圖5）。

圖5 工作表面耐磨層金相組織

六角形Cr7C3(復雜結構間隙化合物)相維氏硬度達HV1700，與基體配合表現出最佳抗磨能力。模具工作表面耐磨層硬度達HRC60—62。

4 復合式高硬合金沙磚模與普通沙磚模使用情況比較

將復合式高硬合金沙磚模與普通碳素鋼沙磚模裝在某沙磚廠同一壓磚機上進行實際生產性對比試驗，對比試驗情況如表2所列。

表2 復合式高硬合金沙磚模與普通沙磚模對比試驗情況

5 結論

（1）復合式高硬合金沙磚模具有高抗磨損性能。經實際生產磨損對比試驗表明，復合式高硬合金模板的耐磨性是普通碳素鋼沙磚模的3倍，復合高硬合金沙磚模的使用壽命是普通沙磚模的3倍。

（2）復合式高硬合金沙磚模具的高抗沖擊性能。由于采用軟鋼基板，復合式高硬合金沙磚模具的模板有很高的抗沖擊性能，充分體現了復合材料既耐磨又抗沖擊的優點。這是鑄態耐磨材料所不及的。

（3）復合式高硬合金沙磚模具，耐磨層沿深度硬度均勻，而且無需熱處理。其制造工藝符合當今節能、減排的低碳經濟產業發展方向。

（4）復合式高硬合金沙磚模具有高性能價格比。使用復合式高硬合金沙磚模雖然成本提高，但綜合考慮機件的使用壽命、維修費用、停機損失等，其性能價格比比普通沙磚模約高2～3倍。

（5）應用復合式高硬合金沙磚模，具有顯著的經濟效益。由于復合式高硬合金沙磚模的使用壽命是普通沙磚模的3倍，減少了模具用量、模具維修費用、停機時間，擴大了單機生產能力，具有顯著的經濟效益。