雙金屬復合錘頭的試制

熊映　劉晨輝

摘? 要：采用雙金屬復合錘頭是提高錘式破碎機使用壽命的有效途徑。文章利用高鉻鑄鐵和低碳鋼兩種材料，通過固-液復合和液-液復合兩種鑄造工藝，試制了兩種尺寸的破碎機錘頭。結果表明，兩種錘頭均具有良好的使用性能，能滿足實際生產使用要求。

關鍵詞：復合錘頭;雙金屬;高鉻鑄鐵;破碎機

中圖分類號：TG143.9? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）29-0109-02

Abstract： The use of bimetallic composite hammerhead is an effective way to improve the service life of hammer crusher. In this paper， two sizes of crusher hammers were made by using two kinds of materials， high chromium cast iron and low carbon steel， through solid-liquid composite and liquid-liquid composite casting processes. The results show that the two kinds of hammers have good performance and can meet the requirements of practical production.

Keywords： composite hammerhead; bimetal; high chromium cast iron; crusher

目前，錘式破碎機是冶金、礦山、建材等行業的必要機械之一，其中錘頭承受了大部分的功耗，也是最容易損壞和最常需要更換的部件[1，2]。因此，對錘頭材料和制造工藝的研究是我國相關冶鑄工作者的一大研發方向。近年來，采用新型抗磨鑄鋼和鑄鐵材料、復合鑄造工藝生產的錘頭表現出了優良的使用性能[3，6]。本文擬采用高鉻鑄鐵和低碳鋼兩種材料，通過固-液復合鑄造和液-液復合鑄造兩種工藝，試制了兩種典型尺寸的破碎機錘頭。

1 材料選擇及鑄造工藝設計

1.1 材料選擇

錘頭分為錘端和錘柄兩部分，錘端直接與物料發生沖擊，要求較高的硬度、強度和耐磨性，采用高鉻鑄鐵材料;錘柄起連接作用，并不直接參與磨損，要求有一定的強度和韌性[4，5]，采用低碳鋼材料。

1.2 鑄造工藝設計

根據產品設計要求及工廠實際，采用呋喃Ⅰ型樹脂砂造型，通過固-液復合鑄造工藝制備小錘頭，通過液-液復合鑄造工藝鑄造較大尺寸錘頭，兩種錘頭的形狀與尺寸分別如圖1a、b所示。

在小錘頭的固-液復合鑄造中，預先用低碳鋼軋制鋼板切割30mm厚的燕尾形錘柄，并對錘柄與錘端復合的部位進行清理，涂附保護劑，然后將錘柄作為鑲塊預置在型腔內（見圖2a），經預熱后用高鉻鑄鐵液進行澆注，鑄造錘端部分。因錘頭尺寸較小，采用一模六件進行鑄造，其澆注系統見圖2b。

在較大錘頭的液-液復合鑄造中，造型時增設溢流口。造型完成后，先澆注低碳鋼液，當溢流口出現一定量的低碳鋼液時停止澆注;然后從錘頭冒口部位直接澆注高鉻鑄鐵液，直至冒口充滿高鉻鑄鐵液時停住澆注;其中兩種金屬液的澆注間隔為60～100s。由于錘頭尺寸較大，采用一模一件進行鑄造。

2 錘頭的組織及性能

2.1 錘頭界面結合情況

本試驗中高鉻鑄鐵的澆注溫度為1540℃，較大錘頭制備時低碳鋼的澆注溫度為1560℃，兩種方案中兩種金屬之間的界面情況分別如圖3a、b所示。

圖3a是固-液復合鑄造小錘頭的界面線切割圖。由圖可見鑄件兩金屬區域明顯，界線清晰，沒有縫隙，依靠兩部分的燕尾形狀的配合和金屬間部分原子的擴散達到局部冶金結合，保證其結合強度[6]。其中顏色較深的區域為低碳鋼，其組織為鐵素體+少量珠光體;顏色較淺區域為高鉻鑄鐵組織：M7C3+M23C6+奧氏體，其碳化物呈桿狀[4]。

圖3b是液-液復合鑄造的較大錘頭兩種金屬結合部位取樣的金相組織圖。由圖可見鑄件的兩金屬間存在一定的過渡區，在該過渡區的左側為低碳鋼區域，右側為高鉻鑄鐵區域，其組織與圖3a基本一致。過渡區的界線呈犬牙交錯狀，整個區域無縮孔、疏松，無缺陷，且檢測到含量不同的C、Cr、Fe、O元素，說明在此區域，兩種金屬的原子間發生了相互擴散，生成了致密的組織，形成了良好的冶金結合。氧元素的存在，應與澆注、凝固過程中金屬發生氧化有關。

2.2 熱處理

為細化鑄件晶粒，消除鑄造應力，提高鑄件的綜合機械性能，對復合錘頭進行了熱處理，圖4為復合錘頭的淬火工藝曲線。首先將錘頭加熱至1000℃，保溫4h，然后迅速放入淬火液中，并來回擺動進行淬火處理;淬火4h后將鑄件加熱至260℃，保溫2h，進行回火處理。最后取出鑄件，空冷。

對鑄態、熱處理后錘頭的錘端分別進行了硬度測量，其洛氏硬度（HRC）分別為54.5和57.1。測量結果表明，熱處理后鑄件錘端高鉻鑄鐵的硬度提高了4.8%。其原因在于隨著熱處理的進行，M23C6逐漸轉化為M7C3，后者的硬度更高，耐磨性更好;生成了回火馬氏體，這種組織能降低鑄造內應力，提高韌性，且具有高硬度和良好的耐磨性;且碳化物由桿狀轉化為骨架狀，細化了晶粒，提升了鑄件的韌性和硬度[5]。

3 錘頭的試制及試用驗證

依據上述試制工藝方法進行了工業試制，獲得了如圖5所示的兩種復合錘頭。在某機制砂制備公司的試用結果表明，這兩種錘頭的使用效果較好，使用壽命均是高錳鋼的2倍多，基本滿足了使用要求。

4 結論

（1）采用樹脂砂型，固-液復合鑄造的小錘頭通過燕尾形狀的配合和部分冶金結合達到兩部分的復合，保證其結合強度;液-液復合鑄造的錘頭通過兩種金屬液間原子的相互擴散，達到冶金結合，結合強度更高。

（2）經熱處理后，錘端組織M23C6轉化為M7C3，生成回火馬氏體，晶粒得到細化，硬度、耐磨性和韌性都得到提高，綜合使用性能得到提升。

（3）試用結果表明，固-液復合鑄造和液-液復合鑄造工藝鑄造的錘頭結合強度較好，能滿足使用要求。

參考文獻：

[1]卓榮明.防斷裂破碎機錘頭雙液雙金屬鑄造工藝[J].鑄造技術，2017（09）：260-262.

[2]卓榮明.大型破碎機錘頭復合制作工藝[J].煤礦機械，2018，39（10）：102-103.

[3]郭永亮，呂建軍，郭在在，等.雙金屬復合錘頭的消失模鑄造工藝[J].兵器材料科學與工程，2012，35（4）：91-93.

[4]程巨強，彌國華，李夢，等.固-液復合鑄造錘頭的組織與性能[J].中國鑄造裝備與技術，2014（02）：50-52.

[5]Xingjian Gao， Zhengyi Jiang， Dongbin Wei， et al. Effect of thermomechanical treatment on sliding wear of high-Cr castiron with large plastic deformation[J].Tribology Internatianal，2015，92：117-125.

[6]程紅曉，王超，沈衛東，等.錘頭的雙金屬復合鑄造工藝[J].鑄造技術，2004（3）：32-33.