破碎机锤头材质的选择及改性

这是解决关于提高锤头耐磨性，延长其使用寿命问题的较主要、较根本的方式。下面主要介绍以下这种：改性高锰钢板锤和锤头的研制。

锤式破碎机的关键部件是板锤和锤头，其安全性、可靠性、耐磨性和使用寿命等性能，直接影响破碎机的安全生产、正常运行及生产成本。有一个例子，曾有一个工厂所用的破碎机是PC1600×1600锤式破碎机，试用过很多厂家提供的高锰钢板锤和锤头，但有的使用时出现掉块和断裂，有的工作表面出现严重的犁沟和流变，只能使用1到3个月。为此，该厂与一家有限公司合作，共同开发研制了一种改性高锰钢板锤和锤头。并经过几年的使用证明，这种板锤和锤头能够有效避免上述问题，使用寿命和抗磨损能力较以往所用的普通高锰钢产品提高了一倍以上。

⑴ 高锰钢板锤和锤头的缺点

高锰钢板锤和锤头的铸态组织是奥氏体和碳化物，经过水韧处理后为单一的奥氏体组织，具有较高的韧性，在强烈的冲击工况条件下，其表面能够产生加工硬化层，从而使其具有较好的耐磨性。但因石灰石硬度较低，在中低冲击应力下，高锰钢板锤和锤头表面不能形成足够的加工硬化层，因此其工作表面硬度不够高，磨损较快。另外，高锰钢在三百度以下时，其内部组织的晶界周围会产生炭化物的重新析出，使比较完整致密的机体被碳化物割裂开。这样，硬度低于碳化物的机体先被磨损，从而使碳化物凸现出来；而凸现出来的碳化物被划伤、击碎或脱落，又失去了对机体的保护作用，使机体进一步磨损。如此循环往复，致使高锰钢板锤和锤头被很快磨损，使用寿命短。

⑵ 改性高锰钢板锤和锤头材质元素的选择

高锰钢的耐磨性主要取决于其工作表面的加工硬化能力。据此，我们在设计改性高锰钢板锤和锤头的化学成分时，加入了铬（Cr）、钼（Mo）、钛（Ti）、钒（V）和稀土元素，以降低奥氏体的稳定性，使其机体上形成大量微小的第二相质点，阻止位错运动，从而，强化了基体；并且在奥氏体上弥散析出球状炭化物，净化晶界，改善夹杂物的形态和分布，实现综合强化。从而使改性高锰钢板锤和锤头具有高韧性、高强度和良好的抗磨损性能。

①碳含量

碳是影响钢的各种性能的主导元素。在一定范围内，碳含量增加，钢的硬度、破坏强度、屈服强度和耐磨性能都增加。但当大于1.4%时，钢的韧性就会降低，并出现粗大的沿晶界分布的炭化物，给消除炭化物的固溶处理带来困难。因此应控制碳含量在1.1～1．2%。

②锰含量

锰是一个较为强烈的晶界炭化物形成元素，由其形成稳定的奥氏体（含量低时不能满足奥氏体的形成条件）；它又是个过热敏感元素，随着锰含量的增加，钢的强度、耐磨性也增加。但当锰含量大于1.4%时，钢的各种性能就不再提高，且生成锰的碳化物，易产生粗大的柱转状晶，给热处理带来困难，并会加大铸造收缩，降低钢的导热性能，从而易导致各种铸造缺陷。所以，宜控制锰含量在11.5%～12.5%。

③硅含量

硅有显著的固溶强化作用，增加刚的致密性、提高耐磨性。当硅含量〈0.3%时，钢中氧化锰含量增加，将促进热裂，不能保证脱氧；硅含量过高时，会降低碳在其中的溶解度，促进炭化物沿晶界析出，使韧性降低。故硅含量通常控制在硅含量0.3～0.7%。

④其他元素

铬（Cr）能显著提高钢的淬透性，固溶强化基体，促进铁素体的形成，降低奥氏体的稳定性，提高加工硬化能力，铬含量一般应控制在铬含量为1.8～2.2%；

钼能够溶入奥氏体，可大幅度提高钢的淬透性、回火稳定性以及细化晶粒，还有控制回火脆性、改善冲击韧性的作用，钼宜控制在0.25%～0.4%；

钛、钒和稀土元素主要用作变质剂，可净化晶界，细化晶粒，在奥氏体基体上弥散析出球状炭化物，以实现综合强化，其含量甚微；

锰铁中含有较高的磷，是对钢有害的元素，它与铁锰形成低熔点的磷酸盐，含量过高时，会形成磷共晶，使铸件开裂，对冲击韧性和耐磨性均不利，其含量应控制在小于0.07%。

⑶制造工艺

①熔炼

在500kg碱性炉衬中频感应炉中，采用不氧化法熔炼。先根据炉料、铁合金的化学成分和吸收率进行钢的配料计算，然后热炉装料以防止带入气体，锰钢随料加入，溶化期间用大功率送电，当钢溶化90%时，测量钢液温度，避免钢液温度过高，当钢液温度达到1500度时，取样做炉前化学成分分析，然后根据分析结果，加入铁合金调整所需要的各种金属元素。在钢液温度达到1550度时出钢。采取插入法在钢包中冲铝终脱氧，加铝后用强制置入法迅速向钢液中加入调制剂，待钢液表面将要结膜时迅速浇注。

②铸造

铸造是影响铸件质量的一个重要环节，要严格执行铸造工艺，浇注工艺和清理工艺。我们采取定向凝固工艺浇注，浇注温度控制在1460～1480度。因浇注温度低，要注意浇冒口系统通畅，使钢液能平稳而畅通的快速充型和有效补缩，防止产生冷裂，改善铸造一次结晶组织，消除柱状晶，创造形成等轴晶的热力学条件，减少晶见缺陷和偏析，提高钢的致密性，保证铸件具有良好的机械性能。

③热处理

铸态的板锤和锤头比较脆，因此不能铸态使用，必须经过固熔处理（水韧处理）。板锤和锤头的入炉温度在400度以下，然后，随着温度的升高，分阶段进行梯形保温，等到炉温达到1050度时保温20到24小时，完成炭化物的分解，碳、锰等元素溶入奥氏体，并使其均匀化。等到炉温达到1100度时打开炉门，把工件迅速放入水池淬火。淬火采用大容积水池，流动水处理，既在水池上方让热水溢处。水池内的水的温度严格控制在20到40度之间。淬火完成后，取出工件空气中自然冷却。

⑷使用效果

改性高锰钢板锤和破碎机锤头在经过变质处理后，细化了晶粒，使其耐磨性提高，且有较好的韧性，有效的防止了在强烈冲击状况下的断裂和掉块问题，其表面加工硬化能力也得到提高。普通高锰钢和改性高锰钢板锤的使用性能对比如下表4-3。
表4-3  性能对比表

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