CN104164609B - 一种锤式破碎机用复合型锤头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.0-3.1％、Mn：1.4-1.5％、Cr：24.6-25％、Cu：0.05-0.06％、Si：1.24-1.28％、Mo：0.3-0.4％、B：0.04-0.05％、Re：0.4-0.6％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。本发明锤柄采用高锰钢，具有足够的韧性；锤端采用高铬铸铁，具有足够的硬度、耐磨性；通过合理配方设计、熔炼、变质、浇注、脱氧等加工工艺，让锤端具有良好的耐磨性、硬度、强度、耐腐蚀性、韧性，通过浇铸时间、砂型温度的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了锤端的韧性和耐磨性，表面邵氏A型硬度≥62度，冲击值≥8.0J/cm2，使用寿命为12000—13000小时。
Description
技术领域
本发明涉及锤头技术领域，具体涉及一种锤式破碎机用复合型锤头。
背景技术
锤式破碎机是建材、冶金、化肥等工业部门广泛使用的生产设备，而锤头是消耗量很大的易磨损件。锤头的工作表面与物料接触，产生高应力磨损。由于被破碎物料一般是岩石、金属矿石等坚硬物体，零件的磨损是比较严重的。通过对锤头表面微观形貌分析，锤头的磨损过程属于变形和冲蚀磨损综合作用的结果。这是由于锤头表面的高速运转，锤头的运动惯性对物料进行打击和挤压破碎。在相对运动的过程中，这些物料与零件表面相互作用，不只是滑动，还有冲击、滚动、冲刷等方式。当磨料硬度超过材料硬度，磨料的棱角将刺入材料表面使材料发生塑性流动而挤压到凹坑的四周，材料变形到一定程度，磨料粒被压碎。多个颗粒与坑周围变形材料相接触，又使之变形，发生塑性流动，加工硬化程度进一步增高。当超过材料的应变疲劳极限时形成磨削脱落。
锤头是破碎机核心零部件之一，排列在破碎机转子的锤轴上，锤头在破碎机高速运转时直接打击物料，最终破碎成合适的物料粒度。
在中国专利申请号：201010548434中公开了一种高铬复合锤头，包括锤体和锤柄，锤体的合金组分重量比为：C：1.00～1.50％，Si：1.0～1.5％，Mn：1.2～1.7％，P：0.047％，S：0.015％，Ni：0.99％，Cv：20.0～23.0％，Mo：1.20～1.60％，Cu：0.65％，V＝0.45，其余为Cr及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百。该技术方案中含有较多的Ni、Mo，成本较高,韧性不够，使用寿命短。
在中国专利申请号：201210368269中公开了一种高铬铸铁耐磨锤头，该耐磨锤头高铬铸铁原料配方以质量百分比为：碳2.4-3.2％、铬19-21％、锰0.5-1.0％、硅0.4-0.8％、钼1.0-2.0％、镍1.0-2.0％、铜0.8-1.2％、磷含量控制在0.05％以下，硫含量控制在0.05％以下，其余量为主原料铁；该耐磨锤头的加工方法是：首先采用普通中碳钢设计铸造出适用于二次浇铸高铬铸铁锤头的锤柄；再在锤柄的工作着力段浇铸由上所述的高铬铸铁，两次浇铸都采用常规热处理工艺进行，经上述二次浇铸工艺即获得该高铬铸铁耐磨锤头。该技术方案中随着C量提高，碳化物增多；随着Cr/C比的增加，共晶碳化物的形貌经历了由连续网状→片状→杆状连续程度减小的过程，共晶碳化物晶体类型经历由M3C→M3C+M7C3→M7C3的变化过程。当共晶碳化物不变，且Cr/C为6.5—8时，高铬铸铁的断裂纹扩展能力最强。根据这些原理，宜将C量定为3.1-3.6％，Cr量为20-27％，该技术方案的配方需要进一步的优化改进。
在中国专利申请号：201310238299中公开了一种锤式破碎机的耐磨锤头及其制备方法，包括锤头的端部和锤头的柄部，其特征是：锤头的端部是高铬铸铁，其成分按重量百分比为：C：2.40％～3.20％、Si：0.30％～1.50％、Mn：0.50％～2.0％、Cr：12.0％～18.0％、P：≦0.10％、S：≦0.06％、Ce：0.04％、V：0.10％～0.20％、余为铁；锤头的柄部是中碳低合金钢，其成分按重量百分比为：C：0.30％～0.50％、Si：0.30％～1.0％、Mn：0.70％～1.5％、Cr：1.0％～3.0％、Mo：0.15％～0.25％、P：≦0.04％、S：≦0.04％、余为铁。该技术方案中的锤头的高铬铸铁的碳与铬含量的比例不是最优，铬的含量偏低，耐磨性不够，该技术方案有待提高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种锤式破碎机用复合型锤头，具有良好的机械性能，使用寿命长。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.0—3.1％、Mn：1.4—1.5％、Cr：24.6—25％、Cu：0.05—0.06％、Si：1.24—1.28％、Mo：0.3—0.4％、B：0.04—0.05％、Re：0.4—0.6％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。
优选的，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.0—3.08％、Mn：1.42—1.5％、Cr：24.6—24.8％、Cu：0.052—0.06％、Si：1.25—1.28％、Mo：0.32—0.4％、B：0.043—0.05％、Re：0.4—0.55％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。
优选的，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.08％、Mn：1.42％、Cr：24.8％、Cu：0.052％、Si：1.25％、Mo：0.32％、B：0.048％、Re：0.55％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。
优选的，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.02％、Mn：1.48％、Cr：24.6％、Cu：0.057％、Si：1.27％、Mo：0.35％、B：0.043％、Re：0.45％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备砂型；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1550—1555℃时加入锰铁；温度为1570—1575℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前6—8分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前3—4分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1500—1520℃；加入Re进行孕育处理：粒度0.8—1.0mm，在40—45％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静8—10分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1400—1420℃；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.2—1.4小时，在温度为640—650℃时，保温1.2—1.4小时；在温度为1040—1050℃时，保温1.4—1.5小时，然后空淬1小时；
(7)回火处理：在温度为220—230℃时，保温1.2—1.4小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为580—600℃时，保温1.4—1.5小时，然后冷却至室温。
优选的，步骤(1)中砂型的材料为：原砂：80—84份、有机酯水玻璃：3—4份、溃散剂：1—2份。
优选的，步骤(5)浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结。
优选的，步骤(5)浇铸时，砂型的温度控制在230—240℃。防止缩松、缩孔的产生。
优选的，步骤(5)浇铸时长为6—8分钟。避免铁液变质后衰退至初始状态，同时防止缩松、缩孔的产生，避免降低显微组织密度和致密度及晶粒之间的有机联系和连接强度，从而避免降低锤端的韧性和耐磨性。
高铬铸铁铸态显微组织在室温时白色基体为初生奥氏体及其转变产物，骨骼状组织为共晶碳化物相互构成的树枝状结晶。高铬铸铁的共晶结晶与普通白口铸铁不同，当铸铁中含铬量足够高时，共晶结晶的固液相界面不规则，结晶区域变得较宽，呈现糊状结晶的特征。这样，冷到共晶线时，共晶碳化物趋于小平面方式生长，而共晶奥氏体趋于树枝状方式生长，这样，普通白口铸铁的共晶渗碳体为板片状结构，而高铬铸铁共晶碳化物为断续的块状，这就是高铬铸铁抗磨性和力学性能优于普通白口铸铁的主要原因。
高铬铸铁的组织和性能在某种意义上讲，主要取决于铬和碳的含量。高碳低铬时，其共晶碳化物为M3C；低碳高铬时，其共晶碳化物为M23C6；碳与铬适当配合则可得理想M7C3。M7C3的硬度达1200～1800HV，六方晶系，这种碳化物孤立分布，呈团球状和菊花状以及蠕虫状,对基体的割裂作用较小,高铬铸铁的韧性较好。碳量决定碳化物数量，随着含碳量增加，将增加碳化物数量,提高耐磨性。但随着含碳量增加基体中固溶合金元素减少,使基体得不到强化,引起淬透性降低。
对高铬铸铁而言，淬火态的耐磨性优于铸态，无论是淬火态或铸态,其耐磨性先是随含碳量增加而提高，当含碳量达到3.1％时耐磨性最佳，进一步提高含碳量耐磨性逐渐降低。铬量决定碳化物类型,高铬铸铁具有优越的耐磨性主要是显微组织中含有较多的M7C3碳化物所致。在碳化物与耐磨性关系中,耐磨性也是先随碳化物量增加而提高,当碳化物量增加到30％时,耐磨性的提高就不明显了。
铬除与碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奥氏体中提高淬透性，当碳量不变增加铬量，或铬量不变降低碳量,均能使淬透性提高。当共晶碳化物不变，且Cr/C为6.5—8时，高铬铸铁的断裂纹扩展能力最强，综合分析，C：3.0—3.1％、Cr：24.6—25％。
C：与Fe、Cr、Mn形成稳定的化合物，通过热处理提高硬度和耐磨性；C与其他元素产生协同作用，提高锤端的综合性能。
Mn：是强化元素，融入铁素体，强化基体，能够细化组织，提高锤端的强度、硬度、耐磨性。
Cr：提高材料的淬透性，能有效防止游离态的石墨产生，使普通渗碳体转变为合金渗碳体，以提高锤端整体的强度和硬度，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，阻止石墨化、提高淬透性。
Si：一般w(Si)控制在0.5％～1.3％之间。随着高铬铸铁的深入研究，许多发达国家标准中硅含量控制在小于1.5％，多数控制在1.2～1.3％，尤其是生产湿磨铸件时，硅控制的上线，以提高耐蚀性。较高的硅有利于提高铸铁的铸造工艺性能，如流动性、利于脱氧；改善共晶碳化物形状；增加共晶碳化物数量，硅与铁的亲和力大于铬与铁的亲和力；强化基体组织等有利作用。值得指出的是：硅量超限时，淬透性不足将引起影响材料的耐磨性。
Mo：高铬铸铁中一部分进入碳化物,一部分溶入奥氏体，在亚共晶高铬白口铸铁中，溶入奥氏体基体中的钼主要是提高淬透性，能够有效地抑制渗碳体聚集，强化奥氏体组织，使强度和硬度增加，形变硬化性能增强，从而改善抗磨能力。
Cu：能强化集体、提高淬透性，性价比高于Ni。
B：细化晶粒，尤其是共晶碳化物；提高淬透性。
Re：改善锤端的韧性和耐磨性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明锤柄采用高锰钢，具有足够的韧性；锤端采用高铬铸铁，具有足够的硬度、耐磨性；通过合理配方设计、熔炼、变质、浇铸、脱氧等加工工艺，让锤端具有良好的耐磨性、硬度、强度、耐腐蚀性、韧性，通过浇铸时间、砂型温度的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了锤端的韧性和耐磨性，表面邵氏A型硬度≥62度，冲击值≥8.0J/cm2，使用寿命为12000—13000小时。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.0％、Mn：1.5％、Cr：24.6％、Cu：0.06％、Si：1.24％、Mo：0.4％、B：0.04％、Re：0.6％、S：0.02％、P：0.012％；余量为Fe。
锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备砂型，砂型的材料为：原砂：80份、有机酯水玻璃：4份、溃散剂：1份；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1555℃时加入锰铁；温度为1570℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前8分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前3分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1520℃；加入Re进行孕育处理：粒度0.8mm，在45％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静8分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1420℃，浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结，浇铸时，砂型的温度控制在230℃，浇铸时长为8分钟；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.2小时，在温度为650℃时，保温1.2小时；在温度为1050℃时，保温1.4小时，然后空淬；
(7)回火处理：在温度为230℃时，保温1.2小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为600℃时，保温1.4小时，然后冷却至室温。
实施例2：
一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.1％、Mn：1.4％、Cr：25％、Cu：0.05％、Si：1.28％、Mo：0.3％、B：0.05％、Re：0.4％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备砂型，砂型的材料为：原砂：84份、有机酯水玻璃：3份、溃散剂：2份；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1550℃时加入锰铁；温度为1575℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前6分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前4分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1500℃；加入Re进行孕育处理：粒度1.0mm，在40％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静10分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1400℃，浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结，浇铸时，砂型的温度控制在240℃，浇铸时长为6分钟；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.4小时，在温度为640℃时，保温1.4小时；在温度为1040℃时，保温1.5小时，然后空淬；
(7)回火处理：在温度为220℃时，保温1.4小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为580℃时，保温1.5小时，然后冷却至室温。
实施例3：
一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.05％、Mn：1.45％、Cr：24.7％、Cu：0.055％、Si：1.26％、Mo：0.35％、B：0.045％、Re：0.45％、S：0.01％、P：0.015％；余量为Fe。
锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备砂型，砂型的材料为：原砂：82份、有机酯水玻璃：3.5份、溃散剂：1.5份；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1552℃时加入锰铁；温度为1574℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前7分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前3.5分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1510℃；加入Re进行孕育处理：粒度0.9mm，在42％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静9分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1410℃，浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结，浇铸时，砂型的温度控制在235℃，浇铸时长为7分钟；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.3小时，在温度为645℃时，保温1.3小时；在温度为1045℃时，保温1.45小时，然后空淬；
(7)回火处理：在温度为225℃时，保温1.3小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为590℃时，保温1.45小时，然后冷却至室温。
实施例4：
一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.08％、Mn：1.42％、Cr：24.8％、Cu：0.052％、Si：1.25％、Mo：0.32％、B：0.048％、Re：0.55％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。
锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备砂型，砂型的材料为：原砂：82份、有机酯水玻璃：3份、溃散剂：2份；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1550℃时加入锰铁；温度为1572℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前6分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前4分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1508℃；加入Re进行孕育处理：粒度0.85mm，在42％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静8.5分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1415℃，浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结，浇铸时，砂型的温度控制在235℃，浇铸时长为6.5分钟；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.25小时，在温度为645℃时，保温1.25小时；在温度为1048℃时，保温1.42小时，然后空淬；
(7)回火处理：在温度为222℃时，保温1.35小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为595℃时，保温1.42小时，然后冷却至室温。
实施例5：
一种锤式破碎机用复合型锤头，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.02％、Mn：1.48％、Cr：24.6％、Cu：0.057％、Si：1.27％、Mo：0.35％、B：0.043％、Re：0.45％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备砂型，砂型的材料为：原砂：83份、有机酯水玻璃：3.2份、溃散剂：1.5份；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1553℃时加入锰铁；温度为1573℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前7.5分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前3.6分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1515℃；加入Re进行孕育处理：粒度0.85mm，在42％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静9分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1416℃，浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结，浇铸时，砂型的温度控制在232℃，浇铸时长为6.5分钟；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.2小时，在温度为650℃时，保温1.2小时；在温度为1050℃时，保温1.4小时，然后空淬；
(7)回火处理：在温度为230℃时，保温1.2小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为585℃时，保温1.48小时，然后冷却至室温。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，包括锤柄与锤端，锤柄为高锰钢，锤端为高铬铸铁，各成分及重量百分比为：C：3.0—3.1％、Mn：1.4—1.5％、Cr：24.6—25％、Cu：0.05—0.06％、Si：1.24—1.28％、Mo：0.3—0.4％、B：0.04—0.05％、Re：0.4—0.6％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备砂型；
(2)原料熔炼：加入废钢和生铁熔清，先用珍珠砂覆盖液面，温度为1550—1555℃时加入锰铁；温度为1570—1575℃时加入硅铁、铬铁调整成分，出铁前6—8分钟加入硼铁进行变质处理，出铁前3—4分钟加入铝条进行脱氧处理；
(3)将铁水倒入钢包，温度1500—1520℃；加入Re进行孕育处理：粒度0.8—1.0mm，在40—45％的铁水倒入钢包时加入；最后加入钢包覆盖剂；
(4)向钢包中加入保温聚渣剂覆盖液面，并镇静8—10分钟，再进行扒渣处理；
(5)浇铸：将锤柄置于砂型内，再在锤柄上涂抹质量分数为40％的盐酸，再进行浇铸，温度为1400—1420℃；
(6)淬火处理：200℃以下装炉，在200℃保温1.2—1.4小时，在温度为640—650℃时，保温1.2—1.4小时；在温度为1040—1050℃时，保温1.4—1.5小时，然后空淬；
(7)回火处理：在温度为220—230℃时，保温1.2—1.4小时，再以180℃/h的速率加热2小时，在温度为580—600℃时，保温1.4—1.5小时，然后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，其特征在于：步骤(1)中砂型的材料为：原砂：80—84份、有机酯水玻璃：3—4份、溃散剂：1—2份。
3.根据权利要求1所述的锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，其特征在于：步骤(5)浇铸前，在砂型的表面涂抹酒精，并点火烧结。
4.根据权利要求1所述的锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，其特征在于：步骤(5)浇铸时，砂型的温度控制在230—240℃。
5.根据权利要求1所述的锤式破碎机用复合型锤头的制备方法，其特征在于：步骤(5)浇铸时长为6—8分钟。
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