CN101456069A - 一种双金属复合锤头的制造方法及锤柄预制件 - Google Patents

Abstract

一种双金属复合锤头的制备方法是：将锤柄预制件(3)涂热处理保护涂料，加热300～800℃；金属模具(4)腔表面涂铸造涂料，预热120～300℃；锤柄预制件放入金属模具腔，以高于抗磨合金液相线温度15～80℃向金属模具腔内浇注抗磨合金液(5)；浇毕10秒内，加压50～150MPa保压后取出锤头。锤柄预制件冲击韧度大于等于5～20J/cm²，硬度25～40HRC，加工成形。锤柄预制件连接柄长度为锤头头部(1)长度的1/4～4/5，厚度和宽度分别为锤头头部厚度和宽度的1/3～1/2；连接柄表面有环形沟槽。解决了镶铸双金属复合锤头容易脱落和双液双金属复合锤头容易出现双液混合降低使用性能的问题。

Description

一种双金属复合锤头的制造方法及锤柄预制件

技术领域

本发明涉及一种锤式破碎机用双金属复合锤头的制备方法，适用于各种尺寸和形状的双金属复合锤头的制造。

背景技术

锤式破碎机是一种重要的破碎设备，在冶金、矿山、化工、电力、煤炭、建材等各个行业都有广泛的应用。锤头是锤式破碎机中的重要抗磨零件，目前普遍存在使用寿命短的问题。如何提高锤头的使用寿命是一个普遍关注的问题。

锤头的使用特点要求其头部高硬度高耐磨，要求其柄部具有较高的综合性能，确保不出现断裂。单一材质的锤头能保证抗磨性时，柄部的断裂危险却较大；确保柄部不断裂时，头部的抗磨性却较低。双金属复合锤头可以很好地满足这种高抗磨且高安全可靠性的要求。

现有技术中，双金属复合锤头的制备方法主要是铸造法和焊接法。焊接法制备的双金属复合锤头，因抗磨材料的焊接性能不好，连接部位难免出现焊接缺陷，使用中容易导致断裂，使用可靠性不高；在锤头头部耐磨部位堆焊耐磨材料的方式在一定程度上提高了锤头的使用寿命，但由于适合的耐磨材料焊条有限以及堆焊层容易脱落，推广应用受到了限制。

铸造方法生产双金属复合锤头是目前的主要工艺方法，并有多项专利。总体上有镶铸和双液复合两种。镶铸双金属复合锤头的方法是：首先用一种材料预制锤柄或锤头，然后将预先制造的锤柄或锤头(称为预制件)放入砂型内，重力下浇注另一种液体金属将预制件包覆，铸造成整个锤头。这种方法中，预制件与液体金属的接触面的结合强度较低，使用中容易出现脱落。为了防止脱落，预制件上设计了一些机械结合的凹凸结构，试图利用机械结合提高结合强度，但这种机械结合结构在使用中很容易失效，依然不能可靠地防止脱落现象的发生。

双液双金属复合铸造方法，首先向铸型中浇入一定厚度的第一种金属液，同时浇入熔融的高温保护剂，以防止结合部位的高温氧化，在一定时间间隔后再浇入第二种金属液，使两种金属在液态下实现复合，得到双金属复合锤头。这种方法容易造成两种金属液的混合，复合界面过宽，降低锤头的使用性能，推广应用难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，解决镶铸双金属复合锤头容易脱落和双液双金属复合锤头制造中容易出现两种金属液混合降低使用性能的问题。

本发明根据液态模锻和压焊的原理，提供一种双金属复合锤头的制备方法及锤柄预制件。双金属复合锤头由头部和锤柄预制件组成。

本发明提供的一种双金属复合锤头的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将锤柄预制件表面涂上热处理保护涂料后，加热300～800℃；加热的目的在于防止浇注抗磨金属后开裂、提高复合界面的结合强度。涂热处理保护涂料的目的在于防止加热时锤柄预制件表面氧化，降低复合界面的结合强度。

步骤2，在双金属复合锤头金属模具腔表面涂上铸造涂料，并预热120～300℃；涂铸造涂料的目的在于控制抗磨合金液的冷却速度，并对金属模具进行有效保护，防止抗磨合金液与金属模具粘连或熔焊。预热金属模具的目的在于去除涂料中的水分和挥发物，防止出现气孔缺陷；其目的也在于防止浇入高温金属液时导致模具开裂。

步骤3，将锤柄预制件放入双金属复合锤头金属模具腔内，以高于抗磨合金的液相线温度15～80℃的温度向金属模具腔内浇注抗磨合金液；浇注温度过高，容易导致锤头头部金属内部组织粗大，降低抗磨性；浇注温度过低，不能将预制件表面的热处理保护涂料融化去除，降低界面结合强度。

步骤4，在浇注完毕10秒的时间内，对抗磨合金液施加50～150MPa的压强并保压，保压时间

其中，抗磨合金液的体积单位是cm³，表面积单位是cm²；保压时间的单位是min；在保压过程中，抗磨合金液发生凝固形成锤头的头部，并在凝固收缩力和外加压力的共同作用下，抗磨合金与锤柄预制件接触的界面达到良好的冶金结合，实现了锤头头部和锤柄预制件的双金属复合，形成完整的双金属复合锤头。

步骤5，停止加压后，将双金属复合锤头从模具腔中取出，冷却至室温后，进行热处理，得到本发明的双金属复合锤头。

所述的抗磨合金液是指：低铬抗磨白口铸铁液、中铬抗磨白口铸铁液、铬铁矿涂料、高铬铸铁液、高锰钢液或其他耐磨合金钢液。

所述的铸造涂料包括：镁橄榄石涂料、石英粉涂料、锆英粉涂料、铬铁矿涂、氧化镁涂料或铝矾土涂料。

所述的热处理保护涂料包括：硼酸盐热处理保护涂料、硅酸盐热处理保护涂料和其他在800℃以下具有防氧化作用的保护涂料。

锤柄预制件的连接柄长度为锤头头部长度的1/4～4/5，锤柄预制件连接柄的厚度和宽度分别为锤头头部厚度和宽度的1/3～1/2；锤柄预制件的连接柄表面有深2～5mm、宽3～10mm的环形沟槽。

锤柄预制件的材料选用室温冲击韧度5～20J/cm²，硬度25～40HRC的各种钢，铸造或锻造或机加工成形。

所述的各种钢是指：高锰钢、中碳铸钢、锻钢或满足性能要求的中低合金钢。

本发明的有益效果是：

(1)结合强度高。利用本发明生产的双金属复合锤头，锤柄预制件与抗磨合金之间的界面属于冶金结合界面，结合强度高，使用中不会出现脱落。

(2)抗磨性高。与同材质的铸造双金属复合锤头相比，抗磨合金的冲击韧度提高50％—80％，使用寿命提高50～150％。

(3)材料利用率高。由于本发明利用外加压力进行凝固补缩，省去了铸造冒口，使抗磨合金利用率可以达到95％以上。

(4)适用范围广。本发明基本不受抗磨材料种类的限制，可以用来生产多种双金属复合锤头。

(5)环境友好。由于本发明由可以反复使用的金属模具代替一次性使用的砂型，省去了造型操作，劳动环境清洁，无矽肺病的危害。

(6)生产成本低。本发明无冒口和造型材料消耗，废品率低，所以生产成本比砂型铸造同材质的锤头降低20％以上。

附图说明

图1一种双金属复合锤头的结构主视图。

图2图1的A-A剖面图。

图3抗磨合金液浇铸完毕状态图。

图中：头部1、锤柄预制件连接柄2、锤柄预制件3、双金属复合锤头金属模具4、抗磨合金液5、锤柄预制件连接柄的厚度a、锤柄预制件连接柄的宽度b、锤柄预制件连接柄的长度c、锤头头部长度d、锤头头部厚度e、锤头头部宽度f。

具体实施方式

结合附图进一步说明本发明提供的一种双金属复合锤头的制备方法及锤柄预制件。

实施例一

制备单件重量为55kg锤式破碎机用高铬铸铁/高锰钢双金属复合锤头。其锤头头部1的长度d为170mm，宽度f为190mm，厚度e为110mm。

锤柄预制件3选用牌号为ZGMn13的高锰钢制备，其室温冲击韧度15J/cm²且硬度为25HRC，采用砂型铸造方法成形。锤柄预制件连接柄2的长度c为136mm，宽度b为95mm，厚度a为55mm。锤柄预制件连接柄的表面有深5mm、宽10mm的环形沟槽。

一种双金属复合锤头的制备方法的具体步骤如下：

步骤1，将锤柄预制件表面涂上硼酸盐热处理保护涂料，加热至800℃保温1小时。

步骤2，在高铬铸铁/高锰钢双金属复合锤头金属模具4腔的表面涂上氧化镁涂料，并预热至120℃；

步骤3，将锤柄预制件放入高铬铸铁/高锰钢双金属复合锤头金属模具腔内，以高于高铬铸铁的液相线温度15℃的温度向金属模具腔内浇注牌号为KmTBCr15Mo的高铬铸铁液5；浇入的高铬铸铁液充满金属模具型腔，将锤柄预制件上的连接柄包裹，锤柄预制件表面的热处理保护涂料融化后浮于抗磨合金液表面。

步骤4，在浇注完毕9秒时，对KmTBCr15Mo的高铬铸铁液施加150MPa的压强，保压2.2min。KmTBCr15Mo的高铬铸铁液的体积为4700cm³，表面积为1056cm²，根据公式保压时间计算得保压时间2.2min。

步骤5，停止加压后，将高铬铸铁/高锰钢双金属复合锤头从模具腔取出，冷却至室温后，在热处理炉内加热至1000℃进行空淬热处理，得到本发明的高铬铸铁/高锰钢双金属复合锤头。

本发明的高铬铸铁/高锰双金属复合锤头装机使用表明，其使用寿命比砂型铸造高铬铸铁/高锰钢双金属复合锤头提高了80％，工艺出品率高达100％，成本降低了21％。

实施例二

制备单件重量为5kg锤式破碎机用低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头。其锤头头部1的长度d为60mm，宽度f为100mm，厚度e为50mm。

锤柄预制件3选用牌号为ZG35的铸钢制备，其室温冲击韧度5J/cm²且硬度为35HRC，采用砂型铸造方法成形。锤柄预制件连接柄2的长度c为35mm，宽度b为40mm，厚度a为22mm。锤柄预制件连接柄的表面有深3mm、宽5mm的环形沟槽。

一种双金属复合锤头的制备方法的具体步骤如下：

步骤1，将预制件表面涂上硅酸盐热处理保护涂料，加热至400℃保温30分。

步骤2，在低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头金属模具4腔的表面涂上石英粉涂料，并预热至180℃。

步骤3，将锤柄预制件放入低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头金属模具腔内，以高于KmTBCr2低铬抗磨白口铸铁的液相线温度60℃的温度向金属模具腔内浇注KmTBCr2低铬抗磨白口铸铁液5。

步骤4，在浇注完毕5秒时，对KmTBCr2低铬抗磨白口铸铁液施加50MPa的压强，保压0.19min。

步骤5，停止加压后，将低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头从模具腔取出，在热处理炉内加热至950℃进行油淬热处理，得到本发明的低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头。

本发明的低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头装机使用表明，其使用寿命比砂型铸造低铬铸铁/ZG35钢双金属复合锤头提高了60％，工艺出品率高达100％，成本降低了23％。

实施例三

制备单件重量为5kg锤式破碎机用中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头。其锤头头部1的长度d为60mm，宽度f为100mm，厚度e为50mm。

锤柄预制件3选用牌号为40Cr锻钢制备，机加工成形；其室温冲击韧度20J/cm²且硬度为40HRC。锤柄预制件连接柄2的长度c为15mm，宽度b为33mm，厚度a为16.6mm。锤柄预制件连接柄表面有深2mm、宽3mm的环形沟槽。

一种双金属复合锤头的制备方法的具体步骤如下：

步骤1，将预制件表面涂上酒精硼酸热处理保护涂料，加热至300℃保温20分。

步骤2，在中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头金属模具腔的表面涂上镁橄榄石涂料，并预热至300℃；

步骤3，将锤柄预制件放入中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头金属模具4腔内，以高于ZGMn9Cr2中锰钢的液相线温度80℃的温度向金属模具腔内浇注ZGMn9Cr2中锰钢液5。

步骤4，在浇注完毕6秒时，对ZGMn9Cr2中锰钢液施加100MPa的压强，保压0.19min。

步骤5，停止加压后，将中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头从模具腔取出，在热处理炉内加热至1080℃进行水韧处理，得到本发明的中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头。

本发明的中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头装机使用表明，其使用寿命比砂型铸造中锰钢/40Cr钢双金属复合锤头提高30％，工艺出品率高达100％，成本降低了35％。

Claims (7)

1.一种双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将锤柄预制件表面涂上热处理保护涂料后，加热300～800℃；

步骤2，在双金属复合锤头金属模具腔表面涂上铸造涂料，并预热120～300℃；

步骤3，将锤柄预制件放入双金属复合锤头金属模具腔内，以高于抗磨合金的液相线温度15～80℃的温度向金属模具腔内浇注抗磨合金液；

步骤4，在浇注完毕10秒的时间内，对抗磨合金液施加50～150MPa的压强并保压，保压时间

其中，抗磨合金液的体积单位是cm³，表面积单位是cm²；保压时间的单位是min；

步骤5，停止加压后，将双金属复合锤头从模具腔中取出，冷却至室温后，进行热处理，得到本发明的双金属复合锤头。

2.根据权利要求1所述的一种双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，所述的抗磨合金液是指：低铬抗磨白口铸铁液、中铬抗磨白口铸铁液、高铬铸铁液、高锰钢液或其他抗磨合金钢液。

3.根据权利要求1所述的一种双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，所述的铸造涂料包括：镁橄榄石涂料、石英粉涂料、锆英粉涂料、铬铁矿涂料、氧化镁涂料或铝矾土涂料。

4.根据权利要求1所述的一种双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，所述的热处理保护涂料包括：硼酸盐热处理保护涂料、硅酸盐热处理保护涂料和其他在800℃以下具有防氧化作用的热处理保护涂料。

5.一种双金属复合锤头的锤柄预制件，其特征在于，锤柄预制件(3)的连接柄长度(c)为锤头头部长度(d)的1/4～4/5，锤柄预制件连接柄厚度(a)和宽度(b)分别为锤头头部厚度(e)和宽度(f)的1/3～1/2；锤柄预制件的连接柄表面有深2～5mm、宽3～10mm的环形沟槽。

6.根据权利要求5所述的一种双金属复合锤头的锤柄预制件，其特征在于，锤柄预制件的材料选用室温冲击韧度5～20J/cm²，硬度25～40HRC的各种钢，铸造或锻造或机加工成形。

7.根据权利要求5所述的一种双金属复合锤头的锤柄预制件，其特征在于，所述的各种钢是指：高锰钢、中碳铸钢、锻钢或满足性能要求的中低合金钢。

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