范應(yīng)光，李占堅,鄧火生

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530007）

0 引言

沙磚是近年來建筑行業(yè)推廣使用的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，壓磚機(jī)是制造沙磚的主要設(shè)備，而沙磚模則是壓磚機(jī)的關(guān)鍵部件，沙磚模的工作性能及壽命關(guān)系到壓磚機(jī)的工作效率及生產(chǎn)成本，而且直接關(guān)系到使用壓磚機(jī)的工廠能否正常生產(chǎn)。目前普遍使用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材料并經(jīng)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(yè)的迅速發(fā)展以及向效益型方向轉(zhuǎn)變，客戶（沙磚生產(chǎn)廠）對壓磚機(jī)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(dāng)前新材料開發(fā)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(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)韌性，又具有高硬合金的耐磨性，進(jìn)一步提高了沙磚模的使用壽命，減少停機(jī)更換磚模的次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，減少模具損耗，有效降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益。

1 沙磚模磨損機(jī)理探索

沙磚的主要材料是石英砂和石灰。制磚生產(chǎn)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(chǎn)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(yán)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(jīng)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(guān)重要的關(guān)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(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 ε，ε-1與Ha/Hm的關(guān)系

由圖1可見，當(dāng)Ha/Hm＜0．64時，磨損率幾乎趨近于零，而當(dāng)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(jié)構(gòu)鋼雖經(jīng)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(tài)，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(fā)生微粒脫落磨損，這就是普通碳素結(jié)構(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)。摸具的壽命主要取決于模板的性能，復(fù)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(jié)構(gòu)

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(jī)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(yōu)點[2]。

2.2 原沙磚模選材設(shè)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(fù)合式高硬合金沙磚模的選材設(shè)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(shè)計為由雙金屬構(gòu)成：工作面一側(cè)為高硬合金，另一側(cè)（模具的背面）為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，兩種材料通過高溫融合而成，復(fù)合合金結(jié)合狀態(tài)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(jié)構(gòu)鋼。

圖4 復(fù)合合金結(jié)合狀態(tài)

2.4 沙磚模的復(fù)合材料成分

沙磚模的模板由雙金屬材料復(fù)合構(gòu)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(fù)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(fù)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(zhì)相為特殊碳化物Cr7C3，特殊碳化物Cr7C3型初生相細(xì)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(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物)相維氏硬度達(dá)HV1700，與基體配合表現(xiàn)出最佳抗磨能力。模具工作表面耐磨層硬度達(dá)HRC60—62。

4 復(fù)合式高硬合金沙磚模與普通沙磚模使用情況比較

將復(fù)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(jī)上進(jìn)行實際生產(chǎn)性對比試驗，對比試驗情況如表2所列。

表2 復(fù)合式高硬合金沙磚模與普通沙磚模對比試驗情況

5 結(jié)論

（1）復(fù)合式高硬合金沙磚模具有高抗磨損性能。經(jīng)實際生產(chǎn)磨損對比試驗表明，復(fù)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(fù)合高硬合金沙磚模的使用壽命是普通沙磚模的3倍。

（2）復(fù)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(fù)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(xiàn)了復(fù)合材料既耐磨又抗沖擊的優(yōu)點。這是鑄態(tài)耐磨材料所不及的。

（3）復(fù)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(dāng)今節(jié)能、減排的低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

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

（5）應(yīng)用復(fù)合式高硬合金沙磚模，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于復(fù)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(jī)時間，擴(kuò)大了單機(jī)生產(chǎn)能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。