复合高硬合金沙砖模的研制

范应光，李占坚,邓火生

（广西机电职业技术学院，广西 南宁530007）

0 引言

沙砖是近年来建筑行业推广使用的节能环保产品，压砖机是制造沙砖的主要设备，而沙砖模则是压砖机的关键部件，沙砖模的工作性能及寿命关系到压砖机的工作效率及生产成本，而且直接关系到使用压砖机的工厂能否正常生产。目前普遍使用普通碳素结构钢材料并经一定的热处理来作为沙砖模的模具材料。而随着我国建材制砖行业的迅速发展以及向效益型方向转变，客户（沙砖生产厂）对压砖机的性能和沙砖模的耐磨性及使用寿命提出了更高的要求，寻求一种高耐磨的沙砖具材料是当前新材料开发的急需解决课题之一。为此研制了一种理想的耐磨合金沙砖模，它既具有普通碳素结构钢的强韧性，又具有高硬合金的耐磨性，进一步提高了沙砖模的使用寿命，减少停机更换砖模的次数，提高了生产效率，减少模具损耗，有效降低生产成本，提高企业效益。

1 沙砖模磨损机理探索

沙砖的主要材料是石英砂和石灰。制砖生产过程是：石英砂+石灰→混合→压制成型→蒸汽高温压力蒸煮→沙砖成品。从沙砖的生产过程显示：沙砖模是沙砖压制成型的工作部件，在工作过程中沙砖模的工作表面受到高硬石英颗粒的挤压、剪切作用，此时沙砖模的工作表面的主要磨损形式是金属的磨粒磨损，这一类磨损严重影响了沙砖模的使用寿命和效果，是沙砖模损坏、失效和报废的主要原因。

经研究表明[1]：在磨粒磨损中，磨损率与沙砖模材料硬度和磨料硬度有着至关重要的关系，若把它们画成耐磨性ε（或相对磨损ε-1）与Ha/Hm(磨料硬度与材料硬度之比)的关系曲线如图1所示。

图1 ε，ε-1与Ha/Hm的关系

由图1可见，当Ha/Hm＜0．64时，磨损率几乎趋近于零，而当Ha/Hm＞0．64时，在一定磨料情况下随沙砖模材料的硬度提高，其磨损急剧下降。而普通碳素结构钢虽经淬火但其硬度不是很高，相对于石英砂来说仍处于硬料磨损状态，这种软材料很容易被硬的磨料（石英砂粒）切削、犁沟作用而发生微粒脱落磨损，这就是普通碳素结构钢制造的沙砖模耐磨性能较低、使用寿命短之原因所在。

2 复合高硬合金沙砖模制造方法

沙砖模采用活块（模板）组合、整体脱落式结构。摸具的寿命主要取决于模板的性能，复合高硬合金沙砖模的模板通过下列方式制造：

普通碳素钢板→表面堆焊高硬合金→裁剪→粗加工→磨削精加工→模板→组合→模具。

2.1 沙砖模的结构

沙砖模由四块模板（见图2）组合而成（见图3）。

图2 模板

图3 沙砖模

沙砖模以脱落式模具形式安装于压砖机中，这种组合脱落式模具具有制造简便，安装快捷，便于更换之优点[2]。

2.2 原沙砖模选材设计

目前沙砖模的制作材料为普通中碳钢加淬火工艺，为了保持一定的韧性所选择的材料含碳量不能很高，因此材料的硬度不会很高（HRC45），耐磨性不高。

2.3 复合式高硬合金沙砖模的选材设计

为了提高沙砖模的工作寿命，必须提高工作面的材料硬度，为保证模具的模板既有高的硬度又有很好的韧性，将模板材料设计为由双金属构成：工作面一侧为高硬合金，另一侧（模具的背面）为普通碳素结构钢，两种材料通过高温融合而成，复合合金结合状态具体见图4，图4中的右边为高硬合金，图4中的左边为普通低碳结构钢。

图4 复合合金结合状态

2.4 沙砖模的复合材料成分

沙砖模的模板由双金属材料复合构成，工作面高硬合金金属材料的成分如表1所列。

表1 沙砖模模板复合材料成分

3 工作面高硬合金的性能

本课题研究的高硬合金，是一种新型的高耐磨复合材料，在模板普通钢材上表面形成过共晶高铬合金耐磨层。由于合金元素在钢中的作用[3]，耐磨层金相组织为过共晶高铬合金，硬质相为特殊碳化物Cr7C3，特殊碳化物Cr7C3型初生相细小均匀，基体为Cr7C3与奥氏体、马氏体的共晶组织[4]（见图5）。

图5 工作表面耐磨层金相组织

六角形Cr7C3(复杂结构间隙化合物)相维氏硬度达HV1700，与基体配合表现出最佳抗磨能力。模具工作表面耐磨层硬度达HRC60—62。

4 复合式高硬合金沙砖模与普通沙砖模使用情况比较

将复合式高硬合金沙砖模与普通碳素钢沙砖模装在某沙砖厂同一压砖机上进行实际生产性对比试验，对比试验情况如表2所列。

表2 复合式高硬合金沙砖模与普通沙砖模对比试验情况

5 结论

（1）复合式高硬合金沙砖模具有高抗磨损性能。经实际生产磨损对比试验表明，复合式高硬合金模板的耐磨性是普通碳素钢沙砖模的3倍，复合高硬合金沙砖模的使用寿命是普通沙砖模的3倍。

（2）复合式高硬合金沙砖模具的高抗冲击性能。由于采用软钢基板，复合式高硬合金沙砖模具的模板有很高的抗冲击性能，充分体现了复合材料既耐磨又抗冲击的优点。这是铸态耐磨材料所不及的。

（3）复合式高硬合金沙砖模具，耐磨层沿深度硬度均匀，而且无需热处理。其制造工艺符合当今节能、减排的低碳经济产业发展方向。

（4）复合式高硬合金沙砖模具有高性能价格比。使用复合式高硬合金沙砖模虽然成本提高，但综合考虑机件的使用寿命、维修费用、停机损失等，其性能价格比比普通沙砖模约高2～3倍。

（5）应用复合式高硬合金沙砖模，具有显著的经济效益。由于复合式高硬合金沙砖模的使用寿命是普通沙砖模的3倍，减少了模具用量、模具维修费用、停机时间，扩大了单机生产能力，具有显著的经济效益。