CN103243210B - 一种破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺及其专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐磨材料的热处理技术，具体为一种破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺方法及其专用装置。将间距相同的锤头整齐地悬挂于专用装置上，统一装炉、加热至900-1050℃温度范围内保温2-6h后，快速放入含有锤头质量总和（小批量）或者锤头质量与专用装置质量总和（大批量）2-5倍的淬火油油槽中进行油淬，当锤头的头部表面温度进入Ms-500℃温度区间时，取出空冷至室温。再经200-500℃温度范围内中低温回火后，破碎机复合锤头的头部材质高铬铸铁硬度达60HRC以上。本发明借助专用的热处理装置，采用油冷-空冷的双级淬火方法，并通过控制淬火介质与工件质量的比例，成功解决了破碎机复合锤头实际生产中传统油淬开裂和风冷硬度偏低等技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料的热处理技术，具体为一种破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺方法及其专用装置。
背景技术
随着我国工业水平的不断提高，耐磨材料的应用领域十分广泛，消耗量越来越大。据统计，2009年我国磨料磨损工况消耗的钢铁材料耐磨铸件在350万吨以上。并且，目前正以年均5%-10%的增长率快速增长（李卫.中国铸造耐磨材料的发展.铸造,2012,9:967-984）。
破碎机锤头是锤式破碎机细碎矿物原料的关键耐磨部件。根据其工作特点，破碎机锤头的头部必须具有较高的耐磨性能，同时锤柄又要耐冲击。目前，锤头的材质和形状多种多样，但主要分两大类，一种是单一材质锤头，一种是复合材质锤头。单一材质锤头（如高锰钢、低合金耐磨钢）制造工艺简单，但是难以同时兼顾较高的耐磨性能和良好的抗冲击韧性。破碎机复合锤头则通过复合铸造方法，将不同材质的锤头和锤柄液态熔敷为一体，在保证锤头具有较高耐磨性能的同时，锤柄具有良好的抗冲击性能。
破碎机复合锤头头部与锤柄材质的差异，导致其热处理工艺十分复杂，在实际生产中极易出现裂纹缺陷和硬度偏低等问题。如果单独采用风冷淬火的方式进行热处理，复合锤头头部冷速受限，冷却过程中只能获得珠光体或者部分马氏体组织，从而引起硬度偏低和导致耐磨性能较差的问题；如果单独采用油冷淬火的方式进行热处理，高铬铸铁锤头头部导热性较差造成热应力较大，与冷却过程中马氏体相变产生的组织应力相叠加，极易产生严重开裂，直接导致报废。而且，在实际生产过程中，复合锤头热处理出炉后一般采用串杆悬挂方式整体进行淬火。但是，由于受到锤柄圆孔尺寸的限制，串杆较细，容易弯曲造成锤头向中间聚拢，影响淬火冷却效果。此外，复合锤头热处理出炉后串杆较为复杂，耗时较长，造成淬火温度控制困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺方法及其专用装置，这种方法借助专用热处理装置，采用油冷与空冷相结合的双级淬火方法，并通过控制淬火介质与工件质量的比例，成功解决了破碎机复合锤头实际生产中传统油淬开裂和风冷硬度偏低等技术难题。
本发明的技术方案为：
一种破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，首先，将间距相同的破碎机复合锤头整齐地悬挂于专用装置上，统一装炉，以≤100℃/h的升温速率加热至500-600℃时均温2-4h后，加热至900-1050℃温度范围内保温2-6h，将破碎机复合锤头或者破碎机复合锤头与专用装置放入淬火油油槽中进行油淬，油淬时间2-7min，当破碎机复合锤头的头部表面温度达到马氏体开始转变温度（Ms）-500℃温度区间时，从油槽中取出，空冷至室温；然后，将破碎机复合锤头以≤100℃/h的升温速率加热至200-500℃、保温4-12h进行中低温回火后，以炉冷方式冷却至室温。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，破碎机复合锤头的锤柄部位选材为碳钢或低合金钢，破碎机复合锤头的头部选材为高铬铸铁。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，高铬铸铁中，C含量为2.0-4.0%，Cr含量为12-25%，铬碳比为3.5-12.5，破碎机复合锤头的头部厚度不小于30mm。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，破碎机复合锤头的头部材质高铬铸铁硬度达60HRC以上。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，大批量热处理时，破碎机复合锤头与专用装置一起吊入油槽中淬火，淬火油质量为油槽中破碎机复合锤头与专用装置质量总和的2-5倍。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，小批量热处理时，破碎机复合锤头单独吊入油槽中淬火，淬火油质量为油槽中破碎机复合锤头质量总和的2-5倍。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，在油淬过程中，将破碎机复合锤头沉入油槽底部，且进行左右摇晃；或者，将破碎机复合锤头上下升降，以实现加快冷却和散热均匀的目的。
所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺的专用装置，专用装置包括横梁、吊耳、钩子、支架，具体结构如下：
支架顶部设置横梁，横梁为两个或两个以上，横梁与支架连接形成框架结构；横梁顶部设有可与吊链连接的吊耳，横梁底部于支架之间，设有间距相同的钩子。
在进行大批量热处理时，在油槽中设置淬火油，间距相同的锤头整齐地悬挂于专用装置上，专用装置顶部设有吊链，通过吊链将悬挂锤头的专用装置置于淬火油中，进行油淬热处理，专用装置的框架部分位于油槽内部。
在进行小批量热处理时，在油槽中设置淬火油，间距相同的锤头整齐地悬挂于专用装置上，专用装置顶部设有吊链，通过吊链将专用装置上的悬挂锤头置于淬火油中，进行油淬热处理，专用装置的框架部分位于油槽外部。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明借助热处理专用装置，采用油冷-空冷相结合的双级淬火热处理工艺方法，通过控制淬火介质质量与工件（或者工件与装置）质量的比例，再经中低温回火，获得了硬度高、且内外均匀的高耐磨性能破碎机复合锤头，成功解决了裂纹缺陷和硬度偏低的问题，可以使复合材质高铬铸铁锤头硬度可达60HRC以上。同时，本发明借助专用装置辅助破碎机复合锤头进行热处理，锤头均匀冷却、性能一致，并且生产效率较高、工艺操作简单。
附图说明
图1为本发明破碎机复合锤头双级淬火与中低温回火热处理工艺示意图；
图2（a）为破碎机复合锤头大批量油淬热处理示意图；
图中，1-吊链；2-淬火油；3-专用装置；4-油槽；5-锤头。
图2（b）、图2（c）为大批量热处理时使用的专用装置；其中，图2（b）为主视图；图2（c）为侧视图。
图中，31-横梁；32-吊耳；33-钩子；34-支架。
图3（a）、图3（b）为破碎机复合锤头小批量油淬热处理示意图；其中，图3（a）为主视图；图3（b）为侧视图。
图3（c）、图3（d）为小批量热处理时使用的专用装置；其中，图3（c）为主视图；图3（d）为侧视图。
图4为本发明破碎机复合锤头小批量油淬热处理的实物图。
图5（a）、图5（b）为不同尺寸规格的破碎机复合锤头实物照片。
具体实施方式
本发明破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺方法，将间距相同的锤头整齐地悬挂于专用装置上，统一装炉、加热至指定温度保温一段时间后，快速放入含有与锤头质量成特定比例淬火油的油槽中进行油淬，当锤头表面温度进入一定温度区间时，取出空冷至室温。然后，再进行中低温回火，获得所需的硬度要求。如图1所示，详细步骤如下：
1）专用装置：
（1）大批量热处理：如图2（a）所示，在油槽4中设置淬火油2，间距相同的锤头5整齐地悬挂于专用装置3上，专用装置3顶部设有吊链1，通过吊链1将悬挂锤头5的专用装置3置于淬火油2中，进行油淬热处理。本实施例中，油槽4体积较大，专用装置3的框架部分位于油槽内部。
图2（b）、图2（c），本实施例专用装置3包括横梁31、吊耳32、钩子33、支架34等，具体结构如下：
支架34顶部设置横梁31，横梁31为两个或两个以上，横梁31与支架34连接形成框架结构；横梁31顶部设有可与吊链连接的吊耳32，横梁31底部于支架34之间，设有间距相同的钩子33。本实施例中，钩子33较短，以保证专用装置3的框架部分位于油槽内部时，钩子33上的锤头5伸入淬火油2中。
（2）小批量热处理：图3（a）、图3（b），在油槽4中设置淬火油2，间距相同的锤头5整齐地悬挂于专用装置3上，专用装置3顶部设有吊链1，通过吊链1将专用装置3上的悬挂锤头5置于淬火油2中，进行油淬热处理。本实施例中，油槽4体积较小，专用装置3的框架部分位于油槽外部。
图3（c）、图3（d）所示，本实施例专用装置3包括横梁31、吊耳32、钩子33、支架34等，具体结构如下：
支架34顶部设置横梁31，横梁31为两个或两个以上，横梁31与支架34连接形成框架结构；横梁31顶部设有可与吊链连接的吊耳32，横梁31底部于支架34之间，设有间距相同的钩子33。本实施例中，钩子33较长，以保证专用装置3的框架部分位于油槽外部时，钩子33上的锤头5伸入淬火油2中。
2）装炉：
将破碎机复合锤头间距相等、整齐地悬挂在专用装置上，与专用装置一起整体均匀地装入热处理加热炉中。其中，破碎机复合锤头的间距与装置尺寸和淬火油体积相关，破碎机复合锤头下表面距离专用装置支架底端在50-150mm范围内。破碎机复合锤头大批量油淬热处理示意图和专用装置分别如图2（a）-（c）所示。破碎机复合锤头小批量油淬热处理示意图和专用装置分别如图3（a）-（d）所示。
3）加热保温：
破碎机复合锤头以≤100℃/h（优选为60-100℃/h）的升温速率加热至500-600℃时均温2-4h后，全功率加热至淬火温度900-1050℃范围内保温2-6h。
4）双级淬火：
将破碎机复合锤头（小批量热处理时）或者破碎机复合锤头与专用装置（大批量热处理时）快速淬入油槽中进行油淬，油淬时间2-7min；当锤头的头部表面温度达到马氏体开始转变温度(Ms)-550℃时，从油槽中取出破碎机复合锤头，进行空冷。其中，小批量热处理时，油槽中淬火油的质量为油槽中破碎机复合锤头总质量的2-5倍；或者，大批量热处理时，油槽中淬火油的质量为油槽中破碎机复合锤头与专用装置总和的2-5倍。在油淬过程中，前期将破碎机复合锤头沉入油槽底部，且进行左右摇晃，后期则可将其缓慢上下升降，以实现加快冷却和散热均匀的目的。
5）中低温回火：
将破碎机复合锤头以≤100℃/h（优选为40-80℃/h）的升温速率加热至200-500℃保温温4-12h后，以炉冷方式冷却至室温。
实施例1
将锤柄材质为45#钢、头部材质为KmTBCr15Mo的大规格破碎机复合锤头，等距离悬挂于专用装置上，与专用装置一起整体均匀地装入高温电阻加热炉内。以75℃/h的平均升温速率加热至520℃时均温2h后，全功率加热至淬火温度1050℃保温3h后，1.5min内快速将破碎机复合锤头与专用装置同时淬入油槽中进行油淬。在油槽中冷却3min后，表面温度达到450℃时，从油槽中整体取出破碎机复合锤头与专用装置，空冷至室温。然后，单独将破碎机复合锤头装入中温电阻加热炉内，以60℃/h的平均升温速率加热至400℃保温6h后，炉冷至室温。其中，油槽中淬火油的质量为油槽中破碎机复合锤头总质量的4倍。破碎机复合锤头厚度40mm，回火热处理后平均硬度为63HRC，冲击韧性为9J/cm2。破碎机复合锤头油淬热处理过程如图4所示，具体实物如图5（a）所示。
实施例2
将锤柄材质为35Mn、头部材质为KmTBCr20Mo的小规格破碎机复合锤头，等距离悬挂于专用装置上，与专用装置一起整体均匀地装入高温电阻加热炉内。以100℃/h的平均升温速率加热至600℃时均温3h后，全功率加热至淬火温度950℃保温4h后，1min内快速将破碎机复合锤头与专用装置同时淬入油槽中进行油淬。在油槽中冷却5min后，表面温度达到350℃时，从油槽中整体取出破碎机复合锤头与专用装置，空冷至室温。然后，单独将破碎机复合锤头装入中温电阻加热炉内，以75℃/h的平均升温速率加热至300℃保温10h后，炉冷至室温。其中，油槽中淬火油的质量为破碎机复合锤头与专用装置总和的5倍。破碎机复合锤头厚度60mm，回火热处理后平均硬度为65HRC，冲击韧性为6J/cm2。破碎机复合锤头油淬热处理过程如图4所示，破碎机复合锤头具体实物如图5（b）所示。
实施例3
将锤柄材质为45#钢、头部材质为KmTBCr15Mo的大规格破碎机复合锤头，等距离悬挂于专用装置上，与专用装置一起整体均匀地装入高温电阻加热炉内。以70℃/h的平均升温速率加热至550℃时均温3.5h后，全功率加热至淬火温度1000℃保温3h后，1.5min内快速将破碎机复合锤头与专用装置同时淬入油槽中进行油淬。在油槽中冷却4min后，表面温度达到480℃时，从油槽中整体取出破碎机复合锤头与专用装置，空冷至室温。然后，单独将破碎机复合锤头装入中温电阻加热炉内，以50℃/h的平均升温速率加热至450℃保温4h后，炉冷至室温。其中，油槽中淬火油的质量为油槽中破碎机复合锤头总质量的3倍。破碎机复合锤头厚度40mm，回火热处理后平均硬度为62HRC，冲击韧性为10J/cm2。
实施例4
将锤柄材质为35Mn、头部材质为KmTBCr20Mo的小规格破碎机复合锤头，等距离悬挂于专用装置上，与专用装置一起整体均匀地装入高温电阻加热炉内。以90℃/h的平均升温速率加热至580℃时均温2.5h后，全功率加热至淬火温度930℃保温4h后，1min内快速将破碎机复合锤头与专用装置同时淬入油槽中进行油淬。在油槽中冷却6min后，表面温度达到300℃时，从油槽中整体取出破碎机复合锤头与专用装置，空冷至室温。然后，单独将破碎机复合锤头装入中温电阻加热炉内，以80℃/h的平均升温速率加热至350℃保温8h后，炉冷至室温。其中，油槽中淬火油的质量为破碎机复合锤头与专用装置总和的4倍。破碎机复合锤头厚度60mm，回火热处理后平均硬度为64HRC，冲击韧性为7J/cm2。
Claims (7)
1.一种破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：首先，将间距相同的破碎机复合锤头整齐地悬挂于专用装置上，统一装炉，以≤100℃/h的升温速率加热至500-600℃时均温2-4h后，加热至900-1050℃温度范围内保温2-6h，将破碎机复合锤头或者破碎机复合锤头与专用装置放入淬火油油槽中进行油淬，油淬时间2-7min，当破碎机复合锤头的头部表面温度达到马氏体开始转变温度（Ms）-500℃温度区间时，从油槽中取出，空冷至室温；然后，将破碎机复合锤头以≤100℃/h的升温速率加热至200-500℃、保温4-12h进行中低温回火后，以炉冷方式冷却至室温；
大批量热处理时，破碎机复合锤头与专用装置一起吊入油槽中淬火，淬火油质量为油槽中破碎机复合锤头与专用装置质量总和的2-5倍；
小批量热处理时，破碎机复合锤头单独吊入油槽中淬火，淬火油质量为油槽中破碎机复合锤头质量总和的2-5倍；
专用装置包括横梁、吊耳、钩子、支架，具体结构如下：
支架顶部设置横梁，横梁为两个或两个以上，横梁与支架连接形成框架结构；横梁顶部设有可与吊链连接的吊耳，横梁底部于支架之间，设有间距相同的钩子。
2.按照权利要求1所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：破碎机复合锤头的锤柄部位选材为碳钢或低合金钢，破碎机复合锤头的头部选材为高铬铸铁。
3.按照权利要求2所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：高铬铸铁中，C含量为2.0-4.0%，Cr含量为12-25%，铬碳比为3.5-12.5，破碎机复合锤头的头部厚度不小于30mm。
4.按照权利要求2或3所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：破碎机复合锤头的头部材质高铬铸铁硬度达60HRC以上。
5.按照权利要求1所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：在油淬过程中，将破碎机复合锤头沉入油槽底部，且进行左右摇晃；或者，将破碎机复合锤头上下升降，以实现加快冷却和散热均匀的目的。
6.按照权利要求1所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：在进行大批量热处理时，在油槽中设置淬火油，间距相同的锤头整齐地悬挂于专用装置上，专用装置顶部设有吊链，通过吊链将悬挂锤头的专用装置置于淬火油中，进行油淬热处理，专用装置的框架部分位于油槽内部。
7.按照权利要求1所述的破碎机复合锤头的双级淬火热处理工艺，其特征在于：在进行小批量热处理时，在油槽中设置淬火油，间距相同的锤头整齐地悬挂于专用装置上，专用装置顶部设有吊链，通过吊链将专用装置上的悬挂锤头置于淬火油中，进行油淬热处理，专用装置的框架部分位于油槽外部。
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