破碎機(jī)錘頭材質(zhì)的選擇及改性

這是解決關(guān)于提高錘頭耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命問題的較主要、較根本的方式。下面主要介紹以下這種：改性高錳鋼板錘和錘頭的研制。

錘式破碎機(jī)的關(guān)鍵部件是板錘和錘頭，其安全性、可靠性、耐磨性和使用壽命等性能，直接影響破碎機(jī)的安全生產(chǎn)、正常運(yùn)行及生產(chǎn)成本。有一個(gè)例子，曾有一個(gè)工廠所用的破碎機(jī)是PC1600×1600錘式破碎機(jī)，試用過很多廠家提供的高錳鋼板錘和錘頭，但有的使用時(shí)出現(xiàn)掉塊和斷裂，有的工作表面出現(xiàn)嚴(yán)重的犁溝和流變，只能使用1到3個(gè)月。為此，該廠與一家有限公司合作，共同開發(fā)研制了一種改性高錳鋼板錘和錘頭。并經(jīng)過幾年的使用證明，這種板錘和錘頭能夠有效避免上述問題，使用壽命和抗磨損能力較以往所用的普通高錳鋼產(chǎn)品提高了一倍以上。

⑴ 高錳鋼板錘和錘頭的缺點(diǎn)

高錳鋼板錘和錘頭的鑄態(tài)組織是奧氏體和碳化物，經(jīng)過水韌處理后為單一的奧氏體組織，具有較高的韌性，在強(qiáng)烈的沖擊工況條件下，其表面能夠產(chǎn)生加工硬化層，從而使其具有較好的耐磨性。但因石灰石硬度較低，在中低沖擊應(yīng)力下，高錳鋼板錘和錘頭表面不能形成足夠的加工硬化層，因此其工作表面硬度不夠高，磨損較快。另外，高錳鋼在三百度以下時(shí)，其內(nèi)部組織的晶界周圍會(huì)產(chǎn)生炭化物的重新析出，使比較完整致密的機(jī)體被碳化物割裂開。這樣，硬度低于碳化物的機(jī)體先被磨損，從而使碳化物凸現(xiàn)出來；而凸現(xiàn)出來的碳化物被劃傷、擊碎或脫落，又失去了對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用，使機(jī)體進(jìn)一步磨損。如此循環(huán)往復(fù)，致使高錳鋼板錘和錘頭被很快磨損，使用壽命短。

⑵ 改性高錳鋼板錘和錘頭材質(zhì)元素的選擇

高錳鋼的耐磨性主要取決于其工作表面的加工硬化能力。據(jù)此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)改性高錳鋼板錘和錘頭的化學(xué)成分時(shí)，加入了鉻（Cr）、鉬（Mo）、鈦（Ti）、釩（V）和稀土元素，以降低奧氏體的穩(wěn)定性，使其機(jī)體上形成大量微小的第二相質(zhì)點(diǎn)，阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而，強(qiáng)化了基體；并且在奧氏體上彌散析出球狀炭化物，凈化晶界，改善夾雜物的形態(tài)和分布，實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)化。從而使改性高錳鋼板錘和錘頭具有高韌性、高強(qiáng)度和良好的抗磨損性能。

①碳含量

碳是影響鋼的各種性能的主導(dǎo)元素。在一定范圍內(nèi)，碳含量增加，鋼的硬度、破壞強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和耐磨性能都增加。但當(dāng)大于1.4%時(shí)，鋼的韌性就會(huì)降低，并出現(xiàn)粗大的沿晶界分布的炭化物，給消除炭化物的固溶處理帶來困難。因此應(yīng)控制碳含量在1.1～1．2%。

②錳含量

錳是一個(gè)較為強(qiáng)烈的晶界炭化物形成元素，由其形成穩(wěn)定的奧氏體（含量低時(shí)不能滿足奧氏體的形成條件）；它又是個(gè)過熱敏感元素，隨著錳含量的增加，鋼的強(qiáng)度、耐磨性也增加。但當(dāng)錳含量大于1.4%時(shí)，鋼的各種性能就不再提高，且生成錳的碳化物，易產(chǎn)生粗大的柱轉(zhuǎn)狀晶，給熱處理帶來困難，并會(huì)加大鑄造收縮，降低鋼的導(dǎo)熱性能，從而易導(dǎo)致各種鑄造缺陷。所以，宜控制錳含量在11.5%～12.5%。

③硅含量

硅有顯著的固溶強(qiáng)化作用，增加剛的致密性、提高耐磨性。當(dāng)硅含量〈0.3%時(shí)，鋼中氧化錳含量增加，將促進(jìn)熱裂，不能保證脫氧；硅含量過高時(shí)，會(huì)降低碳在其中的溶解度，促進(jìn)炭化物沿晶界析出，使韌性降低。故硅含量通?？刂圃诠韬?.3～0.7%。

④其他元素

鉻（Cr）能顯著提高鋼的淬透性，固溶強(qiáng)化基體，促進(jìn)鐵素體的形成，降低奧氏體的穩(wěn)定性，提高加工硬化能力，鉻含量一般應(yīng)控制在鉻含量為1.8～2.2%；

鉬能夠溶入奧氏體，可大幅度提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性以及細(xì)化晶粒，還有控制回火脆性、改善沖擊韌性的作用，鉬宜控制在0.25%～0.4%；

鈦、釩和稀土元素主要用作變質(zhì)劑，可凈化晶界，細(xì)化晶粒，在奧氏體基體上彌散析出球狀炭化物，以實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)化，其含量甚微；

錳鐵中含有較高的磷，是對(duì)鋼有害的元素，它與鐵錳形成低熔點(diǎn)的磷酸鹽，含量過高時(shí)，會(huì)形成磷共晶，使鑄件開裂，對(duì)沖擊韌性和耐磨性均不利，其含量應(yīng)控制在小于0.07%。

⑶制造工藝

①熔煉

在500kg堿性爐襯中頻感應(yīng)爐中，采用不氧化法熔煉。先根據(jù)爐料、鐵合金的化學(xué)成分和吸收率進(jìn)行鋼的配料計(jì)算，然后熱爐裝料以防止帶入氣體，錳鋼隨料加入，溶化期間用大功率送電，當(dāng)鋼溶化90%時(shí)，測(cè)量鋼液溫度，避免鋼液溫度過高，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500度時(shí)，取樣做爐前化學(xué)成分分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，加入鐵合金調(diào)整所需要的各種金屬元素。在鋼液溫度達(dá)到1550度時(shí)出鋼。采取插入法在鋼包中沖鋁終脫氧，加鋁后用強(qiáng)制置入法迅速向鋼液中加入調(diào)制劑，待鋼液表面將要結(jié)膜時(shí)迅速澆注。

②鑄造

鑄造是影響鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝，澆注工藝和清理工藝。我們采取定向凝固工藝澆注，澆注溫度控制在1460～1480度。因澆注溫度低，要注意澆冒口系統(tǒng)通暢，使鋼液能平穩(wěn)而暢通的快速充型和有效補(bǔ)縮，防止產(chǎn)生冷裂，改善鑄造一次結(jié)晶組織，消除柱狀晶，創(chuàng)造形成等軸晶的熱力學(xué)條件，減少晶見缺陷和偏析，提高鋼的致密性，保證鑄件具有良好的機(jī)械性能。

③熱處理

鑄態(tài)的板錘和錘頭比較脆，因此不能鑄態(tài)使用，必須經(jīng)過固熔處理（水韌處理）。板錘和錘頭的入爐溫度在400度以下，然后，隨著溫度的升高，分階段進(jìn)行梯形保溫，等到爐溫達(dá)到1050度時(shí)保溫20到24小時(shí)，完成炭化物的分解，碳、錳等元素溶入奧氏體，并使其均勻化。等到爐溫達(dá)到1100度時(shí)打開爐門，把工件迅速放入水池淬火。淬火采用大容積水池，流動(dòng)水處理，既在水池上方讓熱水溢處。水池內(nèi)的水的溫度嚴(yán)格控制在20到40度之間。淬火完成后，取出工件空氣中自然冷卻。

⑷使用效果

改性高錳鋼板錘和破碎機(jī)錘頭在經(jīng)過變質(zhì)處理后，細(xì)化了晶粒，使其耐磨性提高，且有較好的韌性，有效的防止了在強(qiáng)烈沖擊狀況下的斷裂和掉塊問題，其表面加工硬化能力也得到提高。普通高錳鋼和改性高錳鋼板錘的使用性能對(duì)比如下表4-3。
表4-3  性能對(duì)比表

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