CN101905184A - 用于破碎机的液态复合双金属锤头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态复合双金属锤头，包括锤头和锤柄部分，锤头为Cr含量为15-17wt％的合金高铬铸铁成分，锤柄为Cr含量不高于5wt％的碳钢成分，液态复合双金属锤头浇铸完成后，在热处理炉中于950℃±20℃保温3-5小时后空冷正火，再于250℃±20℃空气中回火3-5小时制成。此外，本发明也公开了一种制造液态复合双金属复合锤头的方法。本发明通过有效控制二种钢液的浇注温度、浇注速度以及间隔时间，使得二种钢达到良好的冶金结合，钢液脱氧去气操作合理，避免了结合部的气泡和夹杂，使得结合部分强度、韧性得以提高。不会发生锤柄、锤头分离，破损等现象，且显著延长了使用寿命，比原来的锤头使用寿命提高200-400％。
Description
技术领域
本发明属于破碎机用锤头应用领域，尤其是涉及一种液态复合双金属锤头及其制造方法。
背景技术
锤头广泛应用于破碎机，是全球消耗量最大的耐磨材料之一。锤头由锤柄和锤头二部分组成，头部直接和被破碎材料进行碰撞磨损，所以要求具有高的硬度和耐磨性；而锤柄和传动轴连接，承受着巨大的冲击，因此，要求具有足够的韧性和强度。当然，有的工况下，锤柄也承受磨损，这时也要求锤柄具备足够的耐磨性。锤头除少部分为锻件外，大部为都是经过铸造生产的。由于锤柄和锤头的不同工况和性能要求，多年来研究和使用了复合锤头，即锤柄由高强、高韧材料；锤头由高硬、高耐磨材料组合而成。这样，不但使用合理，而且还降低成本，由此形成了锤头发展的方向。
在锤头的复合工艺上，从铸造领域可分为固-液、液-液二种类型，前者即先制成锤柄，预先在造型中放入型具，然后把锤头成分的钢液浇铸。这种工艺缺陷较多：首先，固态锤柄和液态锤头之间需要形成冶金结合，结合层之间不能有气泡、夹杂；成分的过渡和层厚均应达到技术要求，而这一点在大生产当中很难一一做到，难于稳定质量。其次，操作工序较多，锤柄制作、造型和浇铸成本较高。对于锤头这种廉价易损件而言，必须做到质优价廉才能应用于生产。
因此，许多人集中研究液-液铸造工艺。但是这种工艺其现场操作困难更大，质量更难稳定。报道虽然很多，但不能在大生产中应用，距离批量生产出质优价廉的锤头，相差甚远。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于破碎机的液态复合双金属锤头(也称为双金属复合锤头)，该双金属复合锤头的锤头部分采用合金高铬铸铁，锤柄部分根据磨损进行材质的选择，经过调质处理后，双金属复合锤头的结合部分强度、韧性得以提高，显著延长了使用寿命。
本发明的另一目的是提供一种制造上述液态复合双金属锤头的方法，该方法通过优化木型和砂型制作，制定出合理的冶炼和浇铸条件，实现了批量生产，生产率得以提高。
为了完成上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种液态复合双金属复合锤头，包括锤头和锤柄部分，锤头为Cr含量为15-17wt％的合金高铬铸铁成分，锤柄为Cr含量不高于5wt％的碳钢成分，双金属复合锤头浇铸完成后，在热处理炉中于950℃±20℃保温3-5小时后空冷正火，再于250℃±20℃空气中回火3-5小时制成。
其中，基于合金高铬铸铁的重量，以重量百分比计，Cr含量为15-17wt％的合金高铬铸铁含有C 2.85-3.30％、Si 0.46-0.51％、Mn 0.68-0.96％、Cr15.85-17.02％、Mo 0.50-1.51％、Ni 0.54-0.60％、Cu 0.38-0.43％、P 0.04-0.043％、S 0.03-0.038％。
进一步地，还可以含有0.08wt％的Ti和/或0.15wt％的V。
其中，基于碳钢的重量，以重量百分比计，Cr含量不高于5wt％的碳钢含有C 0.42-0.65％、Si 0.46-0.51％、Mn 0.65-0.96％、Cr 0-4.56％、Mo 0-0.51％、Ni 0-0.50％、P 0.035-0.042、S 0.025-0.035％。
一种上述液态复合双金属锤头的制造方法，包括以下步骤：
1)木型制作
在复合锤头的木型上设定双金属分界线，并在分界线上设计浇口和溢流孔的位置，在锤头的顶部设补缩冒口，其中，双金属分界线设置在锤头磨损部分以下，浇口设置在与双金属分界线平行的位置，溢流孔设置在锤头侧面即双金属分界线平行位置的一侧，补缩冒口设置在锤头顶部以便从冒口上部既可观察其钢层表面温度也可用测温仪测定钢层表面温度；
2)砂型制作
双金属复合锤头的砂型使用水玻璃硬化砂，制作砂型时要考虑强度并设计合理的用砂量，砂型完成后要在型腔部分刷上涂料，并要充分烘烤干燥，锤头芯子也要刷好涂料烘干待用，其中浇口与冒口部分刷涂或不刷涂涂料，砂型完全烘干后即可组型，等待浇注；
3)浇注工艺
对应锤柄的钢液和锤头的高铬铁液要在不同炉中分别冶炼，并要同时达到所要求的出炉温度，钢液出炉温度为1580℃-1620℃，高铬铸铁液温度为1520℃-1560℃，经过完全脱氧和除气以保证无夹杂，之后进行浇注；钢液浇注温度为1520℃-1560℃，铁液浇注温度为1380℃-1440℃；
钢液浇注完成后，待钢水流尽即可堵住溢流孔，间隔一段时间即可浇注铁液，其间隔时间由复合锤头厚度钢液与铁液温度来确定，最长间隔时间不可超过30秒；浇注完成30分钟后进行打箱；
4)热处理工艺
双金属复合锤头于高温电炉中加热到950℃±20℃的温度并保温3-5小时，然后空冷正火，；将正火后的复合锤头在高温回火炉中进行250℃±20℃回火处理3-5小时，回火处理气氛为空气即获得双金属复合锤头。
其中，空冷正火为吹风冷却方式的空冷正火。
进一步地，具体空冷方式，根据性能要求和季节有所调整。例如：要求硬度较高，则使用强力风机直接劲吹；在寒冷季节则不必吹风，在露天将工件单个分离静置即可。
本发明具有如下特点：
1、由于有效的控制了钢液和高铬铸铁液的浇注温度、浇注速度以及间隔时间，并且冶金结合在规定的时间浇铸完毕，使得二种钢达到良好的冶金结合，钢液脱氧去气操作合理，避免了结合部的气泡和夹杂，使得结合部分强度、韧性得以提高。不会发生锤柄、锤头分离，破损等现象，且显著延长了使用寿命，比原来锤头提高200-400％。
2、掌握了锤柄、锤头在不同工况下的成分选择；最优化了木型和砂型制作；制定出合理的液-液复合冶炼制度和浇铸，达到批量生产，产品合格率达到90％以上，同时降低了成本，使产品性价比远超出单一钢种锤头。
附图说明
图1为本发明的液态复合双金属锤头的热处理工艺示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对发明进行详细说明，以便更好地理解本发明的内容。
本发明的液态复合双金属锤头的详细制造过程如下：
1)木型制作 在复合锤头的木型上设定双金属分界线，并在分界线上设计浇口和溢流孔的位置，在锤头的顶部设补缩冒口，这是保证质量的关键部分。其中，双金属分界线设置在锤头磨损部分以下，浇口设置在与双金属分界线平行的位置，溢流孔设置在锤头侧面即双金属分界线平行位置的一侧，补缩冒口设置在锤头顶部。实际生产过程中，以便从冒口上部既可观察不断上升钢液的表面温度，也可用测温仪测定钢层表面温度，从而掌握钢液温度以符合工艺要求；
2)砂型制作 双金属复合锤头的砂型使用水玻璃硬化砂，制作砂型时要考虑强度并设计合理的用砂量，砂型完成后要在型腔部分刷上涂料，并要充分烘烤干燥，锤头芯子也要刷好涂料烘干待用，其中浇口与冒口部分根据钢液温度和材质要求可刷涂或不刷涂涂料，砂型完全烘干后即可组型，等待浇注；
3)浇注工艺 对应锤柄的钢液和锤头的高铬铁液要在不同炉中分别冶炼，并要同时达到所要求的出炉温度，钢液出炉温度为1580℃-1620℃，高铬铸铁液温度为1520℃-1560℃，经过完全脱氧和除气以保证无夹杂，之后进行浇注；钢液浇注温度为1520℃-1560℃，高铬铸铁液浇注温度为1380℃-1440℃；钢液浇注完成后，待钢水流尽即可堵住溢流孔，间隔一段时间即可浇注铁液，其间隔时间为15-30秒，由复合锤头厚度和钢液与铁液温度来确定，最长间隔时间不可超过30秒；浇注完成30-60分钟后进行打箱；
4)热处理工艺 双金属复合锤头于高温电炉中加热到950℃±20℃的温度并保温3-5小时，然后空冷正火，；将正火后的复合锤头在高温回火炉中进行250℃±20℃回火处理3-5小时，回火处理气氛为空气，回火后，空冷或随炉冷却，即获得双金属复合锤头。
以下实施例中使用的双金属复合锤头都经过上述制造过程进行制造，其中浇铸温度、间隔时间、热处理工艺条件均在上述范围内进行微小改变即可完成，其调整可根据两种浇铸液体的成分、锤头重量大小等进行调整。
实施例
实施例1
辽宁建平建龙矿业选矿厂1200卧式锤破机，锤头单重10kg。选用了本发明的液态复合双金属锤头，其中所用双金属材料成分如下(wt％)：
锤头部分：C Si Mn Cr Mo Ni Cu P S
2.85 0.46 0.68 16.58 0.50 0.56 0.43 0.043 0.038
锤柄部分：C Si Mn P S
0.42 0.51 0.65 0.036 0.032
经过实践对比，采用高锰钢材质锤头时，使用8小时就要更换，采用铁道钢锻打锤头时，使用12小时进行更换，而使用本发明的液态复合双金属复合锤头时，可连续工作36小时。
实施例2
内蒙古乌兰浩特红光采石场1400式锤破机，锤头重量23kg。由于该锤头使用时间较长，故锤柄部分要求有一定的强度，本发明的液态复合双金属锤头使用了如下成分(wt％)：
锤头部分：C Si Mn Cr Mo Ni Cu P S
2.96 0.51 0.72 15.85 0.52 0.60 0.42 0.041 0.032
锤柄部分：C Si Mn Cr Mo P S
0.48 0.51 0.96 1.18 0.23 0.036 0.025
经过实践对比，采用高锰钢材质最多使用24小时就得更换，经采用本发明的液态复合双金属复合锤头(2组每组16个)，其平均寿命达到102小时。
实施例3
内蒙古海拉尔富强碎石厂，箱式1400锤破机，锤头重量28kg。需要强调的是，箱式锤破机与卧式锤破机下料方式不尽相同，故磨损部位有差异，卧式锤破基本上只磨损锤头部分，而箱式锤破磨损锤头的同时对锤柄磨损也较严重，本发明的液态复合双金属锤头采用了如下的成分(wt％)：
锤头部分：C Si Mn Cr Mo Ni Cu P S
3.12 0.50 0.80 17.0 21.51 0.60 0.38 0.042 0.038
锤柄部分：C Si Mn Cr Mo Ni P S
0.52 0.48 0.66 3.83 0.50 0.50 0.035 0.032
经过实践对比，使用高锰钢锤头工作16小时需要更换，经采用本发明液态复合双金属复合锤头可连续工作52小时。
实施例4
河北省万泉机械厂生产的立轴式1500锤破机，锤头重量28kg，由于立轴式锤破机与箱式锤破下料方式接近磨损状况相似，故设计本发明的液态复合双金属锤头的成分如下(wt％)：
锤头部分：C Si Mn Cr Mo Ni Ti V P S
3.30 0.48 0.96 16.32 1.50 0.54 0.08 0.15 0.04 0.03
锤柄部分：C Si Mn Cr Mo Ni P S
0.65 0.46 0.83 4.56 0.51 0.50 0.042 0.035
经过实践对比，使用高锰钢锤头时效果不好，破碎花岗岩最多使用72小时，而使用本发明的液态复合双金属复合锤头后，效果非常好，其试用4组锤头(每组12个)，其平均使用寿命高达256小时。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述液-液复合实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种液态复合双金属锤头，包括锤头和锤柄部分，锤头为Cr含量为15-17wt％的合金高铬铸铁成分，锤柄为Cr含量不高于5wt％的碳钢成分，双金属复合锤头浇铸完成后，在热处理炉中于950℃±20℃保温3-5小时后空冷正火，再于250℃±20℃空气中回火3-5小时制成。
2.如权利要求1所述的液态复合双金属锤头，其特征在于，基于合金高铬铸铁的重量，以重量百分比计，Cr含量为15-17wt％的合金高铬铸铁含有C2.85-3.30％、Si 0.46-0.51％、Mn 0.68-0.96％、Cr 15.85-17.02％、Mo 0.50-1.51％、Ni 0.54-0.60％、Cu 0.38-0.43％、P 0.04-0.043％、S 0.03-0.038％。
3.如权利要求2所述的液态复合双金属锤头，其特征在于，还可以含有0.08wt％的Ti和/或0.15wt％的V。
4.如权利要求1所述的液态复合双金属复合锤头，其特征在于，基于碳钢的重量，以重量百分比计，Cr含量不高于5wt％的碳钢含有C 0.42-0.65％、Si0.46-0.51％、Mn 0.65-0.96％、Cr 0-4.56％、Mo 0-0.51％、Ni 0-0.50％、P0.035-0.042、S 0.025-0.035％。
5.一种权利要求1-4之一的液态复合双金属锤头的制造方法，包括以下步骤：
1)木型制作
在复合锤头的木型上设定双金属分界线，并在分界线上设计浇口和溢流孔的位置，在锤头的顶部设补缩冒口，其中，双金属分界线设置在锤头磨损部分以下，浇口设置在与双金属分界线平行的位置，溢流孔设置在锤头侧面即双金属分界线平行位置的一侧，补缩冒口设置在锤头顶部以便从冒口上部既可观察其钢层表面温度也可用测温仪测定钢层表面温度；
2)砂型制作
双金属复合锤头的砂型使用水玻璃硬化砂，制作砂型时要考虑强度并设计合理的用砂量，砂型完成后要在型腔部分刷上涂料，并要充分烘烤干燥，锤头芯子也要刷好涂料烘干待用，其中浇口与冒口部分刷涂或不刷涂涂料，砂型完全烘干后即可组型，等待浇注；
3)浇注工艺
对应锤柄的钢液和锤头的高铬铁液要在不同炉中分别冶炼，并要同时达到所要求的出炉温度，钢液出炉温度为1580℃-1620℃，高铬铸铁液温度为1520℃-1560℃，经过完全脱氧和除气以保证无夹杂，之后进行浇注；钢液浇注温度为1520℃-1560℃，铁液浇注温度为1380℃-1440℃；
钢液浇注完成后，待钢水流尽即可堵住溢流孔，间隔一段时间即可浇注铁液，其间隔时间由复合锤头厚度钢液与铁液温度来确定，最长间隔时间不可超过30秒；浇注完成30分钟后进行打箱；
4)热处理工艺
液态复合双金属锤头于高温电炉中加热到950℃±20℃的温度并保温3-5小时，然后空冷正火，；将正火后的复合锤头在高温回火炉中进行250℃±20℃回火处理3-5小时，回火处理气氛为空气即获得液态复合双金属复合锤头。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述空冷正火为吹风冷却方式的空冷正火。
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