CN101509096A - 破碎机锤头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性高耐磨性的破碎机锤头及其制造方法，该锤头包括锤柄和锤体，锤柄选用高韧性碳钢，锤体选用耐磨合金铸铁。本发明提供的制造方法，包括：熔炼高韧性碳钢成金属液，注入砂型中；熔炼耐磨合金铸铁成金属液，注入砂型中；浇注完成后，将砂型转速保持在100～250转/分，转动15～25分钟，停机冷却。利用本发明提供的制造方法可以使破碎机锤头的锤柄具有高韧性，锤体具有高耐磨性，锤柄与锤体的结合处由于混熔两种金属，因此不易断裂脱落，提高了锤头的使用寿命，同等工况下其使用寿命是普通高锰钢锤头的8～15倍，节约了设备的维护成本，从而使破碎机设备系统的稳定性和安全性得到了很大的改善。
Description
技术领域
本发明涉及破碎机技术领域，具体来说涉及一种锤式破碎机的锤头及其制造方法。
背景技术
锤式破碎机广泛应用于矿山、电力、冶金等行业，其原理是利用高速旋转的锤头与高处落下的物料相撞将物料破碎。锤头是其中的关键部件，也是最易磨损的部件，其寿命的长短直接影响整个破碎系统的效率和运行维护成本。锤头的使用寿命越长，破碎系统的稳定性越高，成本也就越低。因此，提高锤头的使用寿命就成了锤式破碎机的技术竞争点。从理论上讲，既希望锤头具有很高的硬度，这样比较耐磨，同时又具有很好的韧性，这样才能在较大冲击载荷作用下不会发生断裂。
目前的锤头制造方法大致可分为三种：1.整体铸造：一般材质选用高锰钢，制造工艺简单，且有一定的韧性，但是不耐磨，寿命极短，在1～2个月之间，需要频繁更换锤头，而且破碎系统的稳定性很；2.分体式组合结构：即将锤头做成两部分，一部分是很耐磨的材料，另一部分是韧性很好的碳钢，并用机械结构或者焊接的方法相连接，然而这种方法在高强度冲击载荷的作用下，连接处会发生断裂脱落的现象，严重时会导致设备内部大面积损坏，其安全性极低；3.复合式铸造方法：用耐磨材料和普通碳钢在同一砂型里浇注，寿命一般可以在3～4个月，但其缺点是两种金属容易混到一起，或者结合的不牢固容易脱落。
如何克服上述现有锤头的缺陷，提供一种既有韧性又耐磨，整体稳定性好，不易断裂脱落，使用寿命长的锤头，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种高韧性高耐磨性的破碎机锤头及其制造方法，用以解决现有锤头无法兼具韧性和耐磨性，以及容易断裂脱落，使用寿命短的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明还提供一种高韧性碳钢，含有0.37～0.45wt％的C、0.17～0.37wt％的Si、0.5～0.8wt％的Mn和98.38～98.96wt％的Fe。进一步地，还含有>0～0.03wt％的S或/和>0～0.04wt％的P。
本发明还提供一种耐磨合金铸铁，含有2.2～2.8wt％的C、0.5～0.8wt％的Si、0.5～1.0wt％的Mn、18.0～20.0wt％的Cr、2.5～2.8wt％的Mo、0.03～0.04wt％的V、0.02～0.03wt％的W和72.53～76.25wt％的Fe。进一步地，还含有>0～0.03wt％的S或/和>0～0.04wt％的P。
为实现上述目的，本发明还提供一种破碎机锤头，包括锤柄和锤体，所述锤柄上述高韧性碳钢，所述锤体选用上述耐磨合金铸铁。
为实现上述目的，本发明还提供一种破碎机锤头的制造方法，包括以下步骤：
a.熔炼高韧性碳钢成金属液，出炉温度为1600～1700℃，注入离心设备的砂型中，浇注温度为1550～1620℃，浇注转速为300～400转/分；
b.熔炼耐磨合金铸铁成金属液，出炉温度为1500～1600℃，注入砂型中，浇注温度为1450～1550℃，浇注转速为200～300转/分，其中，所述耐磨合金铸铁的密度是所述高韧性碳钢的1.03～1.08倍；
c.浇注完成后，将砂型转速保持在100～250转/分，转动15～25分钟，停机冷却。
本发明采用上述技术方案，既解决了现有浇注工艺的常见缺陷(缩孔、疏松、气孔等)；也可以使破碎机锤头的锤柄具有高韧性，锤体具有高耐磨性，硬度可达HRC60～63，锤柄与锤体的结合处由于混熔两种金属，因此不易断裂脱落，提高了锤头的使用寿命，同等工况下其使用寿命是普通高锰钢锤头的8～15倍，节约了设备的维护成本，从而使破碎机设备系统的稳定性和安全性得到了很大的改善。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1为本发明破碎机锤头的结构示意图；
图2为本发明破碎机锤头制造工艺的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种高韧性碳钢，表1是高韧性碳钢的组分实施例，表中数据均以质量百分含量表示，余量为铁，以及可忽略的微量元素。
表1 高韧性碳钢组分实施例
| 序号 | C | Si | Mn | S | P |
| 实施例1 | 0.37 | 0.37 | 0.5 | - | - |
| 实施例2 | 0.45 | 0.17 | 0.8 | 0.03 | - |
| 实施例3 | 0.4 | 0.25 | 0.6 | - | 0.04 |
| 实施例4 | 0.42 | 0.3 | 0.7 | 0.02 | 0.02 |
| 实施例5 | 0.39 | 0.35 | 0.65 | 0.01 | 0.03 |
| 实施例6 | 0.44 | 0.2 | 0.7 | 0.02 | 0.01 |
表2为表1中实施例4高韧性碳钢的力学性能实验数据。
表2 实施例4高韧性碳钢的力学性能(最小值)
可见本发明提供的碳钢具有优良的力学性能，尤其具有优良的韧性。
本发明还提供一种耐磨合金铸铁，表3耐磨合金铸铁的组分实施例，表中数据均以质量百分含量表示，余量为铁，以及可忽略的微量元素。
表3 耐磨合金铸铁组分实施例
| 序号 | C | Si | Mn | Cr | Mo | V | W | S | P |
| 实施例11 | 2.2 | 0.5 | 0.5 | 20 | 2.8 | 0.03 | 0.03 | - | - |
| 实施例12 | 2.8 | 0.8 | 1.0 | 18 | 2.5 | 0.04 | 0.02 | 0.03 | - |
| 实施例13 | 2.6 | 0.6 | 0.7 | 19 | 2.6 | 0.034 | 0.026 | - | 0.04 |
| 实施例14 | 2.3 | 0.7 | 0.8 | 18.5 | 2.7 | 0.038 | 0.023 | 0.02 | 0.02 |
| 实施例15 | 2.5 | 0.65 | 0.6 | 19.5 | 2.65 | 0.035. | 0.025 | 0.025 | 0.03 |
| 实施例16 | 2.4 | 0.7 | 0.9 | 19 | 2.75 | 0.032 | 0.028 | 0.028 | 0.036 |
表4为表3中实施例14耐磨合金铸铁的力学性能实验数据。
表4 实施例14的力学性能(最小值)
| 实验项目 | 抗拉强度 | 抗弯强度 | 伸长率 | 硬度(淬火+低温回火) | 密度 |
| 单位 | MPa | MPa | ％ | HRC | t/m3 |
| 数据 | 200 | 400 | — | 61.5 | 7.34 |
可见，本发明提供的铸铁具有优良的力学性能，尤其具有优良的硬度，即耐磨性。
由上所示，本发明提供的耐磨合金铸铁的密度是高韧性碳钢的密度的1.03～1.08倍，例如，实施例4的高韧性碳钢密度是实施例14的耐磨合金铸铁密度的1.06倍。
请参阅图1，图1为本发明破碎机锤头的结构示意图。破碎机锤头具有高韧性碳钢材质的锤柄6和具有耐磨合金铸铁材质的锤体7，中间部分为高韧性碳钢和耐磨合金铸铁混熔的结合部8，结合部8的宽度为5～10mm。其中，锤柄6即锤头的安装部，用于安装于破碎机上，高韧性使其在工作中不容易断裂；锤体7即锤头的工作部，用于破碎物料，高硬度使其在工作中更耐磨，提高了锤头的使用寿命。
请参阅图2，图2为本发明破碎机锤头制造工艺的示意图。本发明的破碎机锤头采用离心浇注制造工艺，所用设备包括浇注装置1、砂型2、离心机托盘3和电机4，砂型2固定在离心机托盘3上，电机4带动离心机托盘3和砂型2转动，其中，砂型2具有设于中心位置的浇注口21和与其连通的锤头型腔22，锤头型腔22可以是均匀分布于砂型2内的两个或多个锤头型空腔。
破碎机锤头的具体制造工艺如下：
a.熔炼高韧性碳钢成金属液，出炉温度为1600～1700℃，注入离心设备的砂型中，浇注温度为1550～1620℃，浇注转速为300～400转/分；
b.熔炼耐磨合金铸铁成金属液，出炉温度为1500～1600℃，注入砂型中，浇注温度为1450～1550℃，浇注转速为200～300转/分，其中，所述耐磨合金铸铁的密度是所述高韧性碳钢的1.03～1.08倍；
c.浇注完成后，将砂型转速保持在100～250转/分，转动15～25分钟，停机冷却。
实际操作中，可采用中频电炉熔炼所述高韧性碳钢和耐磨合金铸铁；浇注两种金属液时，开始时慢一点，以防止砂型被冲坏，然后以0.3～0.4kg/s和0.4～0.5kg/s的速度分别将高韧性碳钢和耐磨合金铸铁金属液注入砂型中。
本发明破碎机锤头的制造工艺可使用上述提到的耐磨合金铸铁以及高韧性碳钢作为原料。由于耐磨合金铸铁材料的密度低于高韧性碳钢材料，在离心力的作用下，先注入锤头型腔22的高韧性碳钢被甩在了砂型2的圆周外圈，而后注入锤头型腔22的耐磨合金铸铁停留在圆周内圈，使两种材料不会掺杂到一起；此外，在离心力的作用下，使材料由于惯性相互挤压，保证了整个铸件的致密度，避免普通铸件常见的缩孔、疏松、气孔等缺陷，也使得耐磨合金铸铁和高韧性碳钢在结合处混熔在一起，并加强相互渗透效果。
宏观上，两种金属的分界面比较明显，且并非一个绝对的平面，从水平方向上和垂直方向上的剖面观察，分界面有所倾斜和弯曲，所以先前所说的结合部宽度实际上是包容结合面的最小范围；然而，由于分子运动，其分界面处的组分是变化的，所以微观上，其结合面处的两种金属是犬牙交错的，使得成型后两种金属间具有较强的结合力，不易断裂脱落。
根据实际需要，可通过原料的用量任意调整锤头锤柄和锤体的体积比。
进一步地，待浇注完的铸件冷却充分凝固后，还经过热处理步骤：用箱式电炉将铸件升温至920℃并保温1～2小时，出炉后进行风冷处理，冷却至常温即得破碎机锤头的成品。通过上述步骤得到的锤头成品，其硬度可达HRC60～63，同等工况下使用寿命是普通高锰钢锤头的8～15倍。其中，风冷可在自然状态下进行，在气温较高时可用风扇加强风冷效果。制造实施例1
a.用中频电炉熔炼实施例1配方的高韧性碳钢30kg金属液，出炉温度为1600℃，由浇注装置1以0.3kg/s从砂型2的浇注口21注入到锤头型腔22中，浇注温度为1550，砂型2的转速为300转/分；
b.用中频电炉熔炼实施例11配方的耐磨合金铸铁31kg金属液，出炉温度为1500℃，由浇注装置1以0.4kg/s从砂型2的浇注口21注入到锤头型腔22中，浇注温度为1450℃，砂型2的转速为200转/分；
c.浇注完成后，将砂型2转速保持在100转/分，转动15分钟，停机冷却；
d.升温至920℃并保温1小时，出炉后进行风冷处理，冷却至常温即得破碎机锤头的成品。
制造实施例2
a.用中频电炉熔炼实施例4配方的高韧性碳钢40kg金属液，出炉温度为1700℃，由浇注装置1以0.4kg/s从砂型2的浇注口21注入到锤头型腔22中，浇注温度为1620，砂型2的转速为400转/分；
b.用中频电炉熔炼实施例14配方的耐磨合金铸铁28kg金属液，出炉温度为1600℃，由浇注装置1以0.5kg/s从砂型2的浇注口21注入到锤头型腔22中，浇注温度为1550℃，砂型2的转速为300转/分；
c.浇注完成后，将砂型2转速保持在250转/分，转动25分钟，停机冷却；
d.升温至920℃并保温2小时，出炉后进行风冷处理，冷却至常温即得破碎机锤头的成品。
综上所述，利用本发明提供的制造方法既解决了现有浇注工艺的常见缺陷(缩孔、疏松、气孔等)；也可以使破碎机锤头的锤柄具有高韧性，锤体具有高耐磨性，硬度可达HRC60～63，锤柄与锤体的结合处由于混熔两种金属，因此不易断裂脱落，提高了锤头的使用寿命，同等工况下其使用寿命是普通高锰钢锤头的8～15倍，节约了设备的维护成本，从而使破碎机设备系统的稳定性和安全性得到了很大的改善。
Claims (16)
1.一种高韧性碳钢，其特征在于：含有0.37～0.45wt％的C、0.17～0.37wt％的Si、0.5～0.8wt％的Mn和98.38～98.96wt％的Fe。
2.根据权利要求1所述的高韧性碳钢，其特征在于：还含有>0～0.03wt％的S或/和>0～0.04wt％的P。
3.一种耐磨合金铸铁，其特征在于：含有2.2～2.8wt％的C、0.5～0.8wt％的Si、0.5～1.0wt％的Mn、18.0～20.0wt％的Cr、2.5～2.8wt％的Mo、0.03～0.04wt％的V、0.02～0.03wt％的W和72.53～76.25wt％的Fe。
4.根据权利要求3所述的耐磨合金铸铁，其特征在于：还含有>0～0.03wt％的S或/和>0～0.04wt％的P。
5.一种破碎机锤头，其特征在于：包括锤柄和锤体，所述锤柄选用权利要求1或2所述的高韧性碳钢，所述锤体选用权利要求3或4所述的耐磨合金铸铁。
6.根据权利要求5所述的破碎机锤头，其特征在于：所述锤柄高韧性碳钢的密度是所述锤体耐磨合金铸铁的1.03～1.08倍。
7.根据权利要求6所述的破碎机锤头，其特征在于：所述锤柄与锤体之间还具有结合部，所述结合部为混熔的所述高韧性碳钢和耐磨合金铸铁，所述结合部的宽度为5～10mm。
8.一种破碎机锤头的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.熔炼高韧性碳钢成金属液，出炉温度为1600～1700℃，注入离心设备的砂型中，浇注温度为1550～1620℃，浇注转速为300～400转/分；
b.熔炼耐磨合金铸铁成金属液，出炉温度为1500～1600℃，注入砂型中，浇注温度为1450～1550℃，浇注转速为200～300转/分，其中，所述锤柄高韧性碳钢的密度是所述锤体耐磨合金铸铁的1.03～1.08倍；
c.浇注完成后，将砂型转速保持在100～250转/分，转动15～25分钟，停机冷却。
9.根据权利要求8所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于，还包括步骤d.升温至920℃并保温1～2小时，出炉后进行风冷处理，冷却至常温即得破碎机锤头的成品。
10.根据权利要求8或9所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于：所述高韧性碳钢含有0.37～0.45wt％的C、0.17～0.37wt％的Si、0.5～0.8wt％的Mn和98.38～98.96wt％的Fe。
11.根据权利要求10所述的破碎机锤头，其特征在于：所述高韧性碳钢还含有>0～0.03wt％的S或/和>0～0.04wt％的P。
12.根据权利要求8或9所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于：所述耐磨合金铸铁含有2.2～2.8wt％的C、0.5～0.8wt％的Si、0.5～1.0wt％的Mn、18.0～20.0wt％的Cr、2.5～2.8wt％的Mo、0.03～0.04wt％的V、0.02～0.03wt％的W和72.53～76.25wt％的Fe。
13.根据权利要求12所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于：所述耐磨合金铸铁还含有>0～0.03wt％的S或/和>0～0.04wt％的P。
14.根据权利要求8或9所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于：采用中频电炉熔炼所述高韧性碳钢和耐磨合金铸铁。
15.根据权利要求8或9所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于：将所述高韧性碳钢金属液注入砂型中的速度为0.3～0.4kg/s。
16.根据权利要求8或9所述的破碎机锤头的制造方法，其特征在于：将所述耐磨合金铸铁金属液注入砂型中的速度为0.4～0.5kg/s。
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