CN101412093A - 一种复合耐磨锤头的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性高耐磨复合锤头的制备方法，该方法将合金粉芯棒材扎制成捆，布置于锤头铸型型腔内，合金粉芯棒材捆占锤头总体积的20％～60％，然后把熔化的基体金属浇入铸型型腔内，在基体金属的热作用下，合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合锤头。既具有基体金属的高强度和高韧性，又具有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高压和强烈磨损，具有使用寿命长、价格低廉的特点。

Description

一种复合耐磨锤头的制备方法

技术领域

本发明涉及粉碎煤炭、矿石等物料破碎机上的锤头的制备，特别是一种复合耐磨锤头的制备方法，该方法制备的复合耐磨锤头，其中含有柱状硬质点，实现了耐磨性与强韧性的有机统一，使锤头的整体机械性能显著提高。

背景技术

锤头是冶金、建材、化工、煤炭、耐火材料、电力等行业的物料破碎机械上的主要磨损件。

目前各行业所用的锤头材质主要有两大类：一类是单一材质高锰钢锤头；另一类是复合锤头。传统高锰钢单一材质锤头，耐磨性差，使用寿命短。而复合锤头大体上分为机械组装、粘接复合和冶金复合等几种。机械组装锤头，锤头材料为高铬铸铁，锤柄材料为40Cr，用螺栓将锤头和锤柄固定在一起。这种机械组装锤头初期使用效果较佳，但是用后期，由于锤柄和锤头的分离、飞出，经常发生打穿破碎机和损坏其他锤头的生产事故，从而造成严重的经济损失。镶铸形式的复合锤头，由于耐磨条块与基体属非冶金结合，使用过程中容易脱落。采用燕尾槽结构在冲击条件下，燕尾结构破裂造成整个锤头高速飞出。而采用合铸法时，由于燕尾结构的咬合部分常会在铸造过程中出现裂纹，裂纹常常导致使用过程中锤头过早失效。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种能够满足各种磨损、高冲击等复杂工况下使用的高性能柱状硬质点复合耐磨锤头的制备方法，该方法制备的复合耐磨锤头，其中含有的柱状硬质相在基体内原位生成，并与基体形成冶金结合，使锤头既具有基体金属的高强度和高韧性，又具有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高冲击力和强烈磨损，具有使用寿命长、价格低廉的特点。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种复合耐磨锤头的制备方法，其特征在于，该方法将合金粉芯棒材扎制成捆，布置于锤头铸型的锤头头部型腔内，合金粉芯棒材捆占锤头总体积的20％～60％，然后把熔化的基体金属液浇入锤头的铸型型腔内，在基体金属的热作用下，合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合锤头。

采用本发明的方法制备的复合耐磨锤头具有以下优点：

1、由于采用合金粉芯棒材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温作用下，合金粉芯棒材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在基体金属中的宏观上呈棒状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与韧性有机统一，整体性能显著提高。

2、合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。

3、由于合金粉芯棒材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷，内部组织性能优良。

4、本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

5、柱状硬质点为整体原位反应生成，避免“镶铸复合”等工艺过程中的开裂现象和使用过程中的脱落现象。

6、根据使用工况，柱状硬质点在基体中的比例可调，并分布均匀；

7、根据锤头的结构，可对锤头头部实现表面复合、区域局部复合或整体复合；

8、根据破碎介质，可调整柱状硬质点的直径大小和分布间距，可从毫米级向微米级调整，锤头的整体力学性能大幅提高；

9、使用寿命比普通锤头提高一个数量级以上。

附图说明

图1是柱状硬质点复合耐磨锤头制备工艺示意图；

图2是柱状硬质点复合耐磨锤头结构剖视图。

下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见附图，按照本发明的技术方案，选用一定直径和合金粉末配比的合金粉芯棒材1扎制成捆，布置于锤头铸型2的锤头头部型腔内，合金粉芯棒材捆占锤头总体积的20％～60％，然后把熔化的基体金属3液浇入锤头的铸型型腔内，在基体金属的热作用下，合金粉芯棒材1发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相4与基体金属3冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合锤头。

上述合金粉芯棒材1直径为Φ2mm～Φ10mm，其外皮为低碳钢管，壁厚为0.1～1mm，芯部为粒度为50～200目的合金粉末。

上述合金粉芯棒材1芯部的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。

上述合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛粉末中的一种或几种构成。

上述基体金属3是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的铸钢或铸铁中的一种。

以下是发明人给出的实施例，本发明并不限于以下实施例。

实施例1：制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的棒状复合耐磨锤头

1、选用3mm直径的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1中装入的合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100～150目，裁剪成与锤头头部高度相同的高度；

2、采用树脂砂按照铸造工艺要求制作锤头铸型2；

3、将合金粉芯棒材捆，按照占锤头头部的50％的体积比例，预置在锤头铸型2的锤头头部型腔内；

4、选用A3钢作为基体金属3，用中频炉冶炼熔化后，达到1600℃出炉，将钢液浇入锤头铸型2的型腔内，注满为止；

5、室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高铬合金为棒状硬质相4、A3钢为基体金属3的复合耐磨锤头。

当然，根据实际需要，合金粉末也可以选择高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。

实施例2：制备碳化钨为硬质相、A3钢为基体的棒状复合耐磨锤头

1、选用5mm直径的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1中装入的合金粉末为碳化钨合金粉，粒度150目，裁剪成与锤头头部厚度相同的长度；

2、采用树脂砂按照铸造工艺要求制作锤头铸型2；

3、将合金粉芯棒材1，按照占锤头头部40％的体积比例，预置在锤头铸型2的锤头头部型腔内；

4、选用A3钢作为基体金属3，用中频炉冶炼熔化后，达到1600℃出炉，将钢液浇入锤头铸型2的型腔内，注满为止；

5、室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成碳化钨为棒状硬质相4、A3钢组织为基体组织3的复合耐磨锤头。

实施例3：制备碳化钨为硬质相、高锰钢为基体的棒状复合耐磨锤头

1、选用8mm直径的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1中装入的合金粉末为碳化钨合金粉，粒度50～80目，裁剪成与锤头头部厚度相同的长度；

2、采用树脂砂按照铸造工艺要求制作锤头铸型2；

3、将合金粉芯棒材1，按照占锤头头部60％的体积比例，预置在锤头铸型2的锤头头部型腔内；

4、选用高锰钢Mn13作为基体金属3，用中频炉冶炼熔化后，达到1650℃出炉，将钢液浇入锤头铸型2的型腔内，注满为止；

5、室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成碳化钨为棒状硬质相4、高锰钢组织为基体组织3的复合耐磨锤头。

上述实施例2、3中，按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

上述实施例中，按照不同的需求，基体金属3还可以选择灰口铸铁或球墨铸铁，均能够制成合格的复合耐磨锤头。

Claims (7)

1、一种复合耐磨锤头的制备方法，其特征在于，该方法将合金粉芯棒材扎制成捆，布置于锤头铸型的锤头头部型腔内，合金粉芯棒材捆占锤头总体积的20％～60％，然后把熔化的基体金属液浇入锤头的铸型型腔内，在基体金属的热作用下，合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合锤头。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯棒材为直径Φ2mm～Φ10mm，壁厚0.1～1.0mm的低碳钢管，芯部灌装有粒度为50目～200目的合金粉末。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为高碳铬铁粉，或者是高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或铸铁。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢、低碳钢或合金钢。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或球墨铸铁。

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