耐磨件市场巨大,尤其是大型的耐磨板型件。目前的铸造方法生产大型耐磨件遇到了收缩缺陷、组织粗大、使用寿命较短的困难,无法继续提升产品性能,造成了巨大资源浪费。本文对采用先进的液态模锻技术生产大型耐磨板型件进行了研究,选择了形状结构差异较大、具有代表性的两种工件——热轧机宽带输送线耐磨侧导板(以下简称侧导板)和金矿φ5.5m×8.5m溢流型球磨机双峰衬板(以下简称双峰衬板),分别对其进行了液态模锻工艺设计、模具设计及相关校核,并运用ProCAST软件分别进行了模拟,验证了方案可行性;之后,进行了大型耐磨板型件液态模锻生产实践,对生产线设备进行了技术设计,通过对工艺、设备的调试,最终成功得到了满足要求的液锻侧导板产品;最后,运用SEM、电动布洛维硬度计、JB-50B型冲击试验机等实验检测设备和手段,对比研究了砂型铸造、金属型铸造、液态模锻不同工艺下侧导板材料(高铬铸铁)的金相组织和力学性能,定量揭示了液态模锻工艺生产大型耐磨板型件的优越性,分析了压力对工件组织及性能的影响,同时分析了侧导板试样的断裂机制和磨损机理,主要结论如下:(1)对于大型耐磨板型件的液锻成型难点,可依据以下方案解决:①尽量采用将工件一分为二,水平成型的方案,避免模具尺寸过大;②为解决其投影面积过大带来的液锻机吨位过大的问题,可结合直接液锻、间接液锻采用多点局部直接加压方案;③可采用茶壶包+流槽+压室的浇注方案,浇注量过大时,可由模腔与压室共同贮存金属液,从而大大减小模具的高度;④为解决模具过热问题,可对模具关键零件进行水冷设计,取得更好冷却效果;⑤卸料方式可灵活搭配顶杆与压头。经校核与模拟验证,工艺参数及模具结构设计合理,满足液锻要求。(2)生产实践中,大型耐磨板型件的液锻技术关键如下:①压头、压室的间隙设计可参考管道径向热膨胀进行计算;为防止漏钢,调节石墨涂料厚度来适应不同模次不同温度下的间隙变化;②对设备、工艺、操作多方面进行调试,以减少开始加压时间,防止压室内过度凝壳;③考虑浇注时间、开始加压时间,结合计算机模拟技术确定浇注量;④为避免无脱模斜度的位置开裂,可由线收缩率计算模腔上下尺寸差,适当修模抛光,并在脱模的摩擦面使用退让性较好的涂料进行润滑,减小摩擦力;⑤PLC程序中,除了传统的液锻工艺参数之外,可根据成型需要加入新的参数,如开始补缩时间;⑥为防止补压压头压陷等问题,补缩持压优先选用闭泵保压,同时为每个PLC动作设计双重发讯条件,首选条件依据工艺动作设计,次选条件为保护条件。(3)经过对比高铬铸铁侧导板在金属型铸造(OMPa)、液态模锻(比压148 MPa、212 MPa)下试样的组织和性能,结果表明,压力可明显细化组织,并提高热处理态试样的硬度、冲击韧性、耐磨性等性能。铸态下,比压212 MPa下的初生奥氏体平均长度相比金属型铸造减小了 68%,平均宽度减小了 32%,共晶团平均直径减小了 64.3%;热处理态下,比压212MPa硬度相比金属型试样提升了6%,冲击韧性提高了 23.6%,耐磨性提高了 29.4%。(4)经过对比高铬铸铁侧导板热处理态下液态模锻试样与砂型铸造试样耐磨性能,结果表明,液锻工艺提升了产品的耐磨性。液锻比压212 MPa的耐磨性相比砂型铸造试样提高了 36.8%。(5)经过对比高铬铸铁侧导板试样的冲击断口和磨损面,分析了断裂机制和磨损机制。金属型试样冲击断裂均为解理断裂,液锻比压148 MPa、212 MPa下的试样冲击断裂均为准解理断裂;砂型铸造、金属型铸造、液态模锻试样的磨损机制相同,均为切削磨损机制、塑变磨损机制、凿削磨损机制和裂纹扩展机制的共同作用。综合上述,液态模锻是完全可以在大型耐磨板型件(大型钢铁零件)上应用的,并且产品性能相比砂型铸造、金属型铸造都有较大提升。