CN103752787B - 一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺，包括有锤柄和磨损区锤头两部分，所述锤柄和锤头采用两种成分不同的碳锰钢材料，用底注式金属型锤头模具造型，然后安装在立式离心机上，用两台中频炉同时冶炼两种成分碳锰钢，并依次浇注，在离心力的作用下完成两种成分不同的碳锰钢复合铸造。本发明通过钢水在金属型的激冷作用下晶粒细化，在离心力的作用下补缩能力大幅提高，能有效解决消除缩松、气孔、夹杂等缺陷。两种成分高锰钢离心复合铸造的锤头，磨损区是耐磨性较高的高碳高锰钢，锤柄是韧性比较好的低碳高锰钢，充分发挥了材料各自优势，同时回避了各自缺点，大幅提高了锤头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及矿山、水泥行业大型破碎机锤头领域，尤其涉及一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺。
背景技术
高锰钢在较大冲击载荷作用下，其表面迅速产生加工硬化，并有高密度位错和形变孪晶生成，从而产生耐磨的表面层，而此时内层的奥氏体仍保持良好的韧性。当外来冲击越大，其表面耐磨性越高。高锰钢的这一特性，使其长期以来广泛应用于冶金、矿山、水泥行业大型破碎机用的锤头。随着高锰钢锤头的大量使用，人们发现其耐磨性受各种因素影响。其中一首先是含碳量的影响。在相同条件下，含碳量在一定范围内（0.8%～1.4%）与耐磨性呈正比线性关系，即含碳量提高，耐磨性增强。但是，随着含碳量提高，高锰钢的韧性急剧降低。而锤头的工作环境对韧性储备要求很高。为了确保高锰钢锤柄因为韧性不足造成断裂，一般将碳量控制在1.0%～1.1%之间，也就是以牺牲很大部分的耐磨性为代价确保韧性。通过对锤头结构分析我们发现，锤头的磨损区结构厚实抗冲击能力强，以抗磨为主，对韧性要求不高，而锤柄部分结构单薄，受冲击最大，对韧性要求高，对耐磨性要求不高。高锰钢锤头的这个结构特点决定了单材质高锰钢锤头无法将韧性与耐磨性均保持在较高水平。其次是铸造工艺的影响，高锰钢凝固区域比较宽，形成缩松倾向比较大，目前采用增加冷却速度，如使用冷铁。增加补缩能力，加大冒口等。单限于砂型铸造工艺限制，这些方法均收效甚微，无法根本解决上述难题。本发明提供了一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头工艺，可以有效解决上述技术难题。
发明内容
本发明的目的是为了弥补已有技术的不足，提供了一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺。本发明是通过以下技术方案来实现的：一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺，包括有锤柄和磨损区锤头两部分，所述锤柄和锤头采用两种成分不同的高锰钢材料，用底注式金属型锤头模具造型，然后安装在立式离心机上，用两台中频炉同时冶炼两种成分碳锰钢，并依次浇注，在离心力的作用下完成两种成分不同的碳锰钢复合铸造；具体包括以下步骤：（1）首先按照锤头的尺寸设计底注式金属型锤头模具所述底注式金属型锤头模具由两金属材质的模体对合组成的模具本体，模具本体中部形成有锤头型腔，模具本体下端设有配合离心铸造工艺的底注式浇道，模具本体上端设有多个排气孔，多个排气孔连通在型腔上端，且其中模具本体的参数为收缩率为2～3%，模铁比为3～5，排气孔数为4～6个；底注式金属型锤头模具制造好后，将其对称安装在立式离心机专用砂箱内，并压紧；（2）在两台中频炉内同时冶炼两种成分高锰钢所述两种高锰钢的成分范围分别为：磨损区锤头部分的合金组分重量比为C:1.30～1.45%Mn:12～14%Si:0.6～1.0%Cr:1～5﹪S≤0.06%P≤0.07%，其余为Fe；锤柄部分的合金组分重量比为C:0.9～1.10%Mn:10～12%Si:0.6～1.0%S≤0.06%P≤0.07%，其余为Fe，在冶炼过程中冶金温度为1500～1550℃，逐步加入合金炉料调整成分至合格范围，炉内插铝脱氧，调整功率将温度保持在1420±20℃；（3）浇注将冶炼好的两种高锰钢成分，按先浇高碳高锰钢，再浇低碳高锰钢的顺序，两种钢水浇注间隔时间为10~30秒，依次浇注到砂箱内的底注式金属型锤头模具中，每次浇注后钢水在离心力的作用下通过底注式浇道平稳进入型腔，钢水在金属型的激冷作用下迅速凝固成型，根据模铁比，将浇注速度控制在5~15Kg/秒之间，实现钢水逐层凝固，使两种金属在结合处既不冲混，又无冷隔，最后取出锤头。其原理是：按照锤头尺寸设计底注式金属型，金属型设计参数为收缩率2～3%，模铁比3～5，排气孔4～6。将底注式金属型对称安装在立式离心机专用砂箱内，并压紧。在两台中频炉内同时冶炼两种成分高锰钢，成分范围分别为：磨损区部分C:1.30～1.45%Mn:12～14%Si:0.6～1.0%Cr:1～5﹪S≤0.06%P≤0.07%；锤柄部分C:0.9～1.10%Mn:10～12%Si:0.6～1.0%S≤0.06%P≤0.07%，冶金温度达到1500～1550℃，加入合金炉料调整成分至合格范围，炉内插铝脱氧，调整功率是温度保持在1420±20℃，开始浇注。钢水在离心力的作用下通过底注式浇道平稳进入型腔，钢水在金属型的激冷作用下迅速凝固成型。合理控制浇注速度，可以实现钢水逐层凝固，使两种金属在结合处既不冲混，又无冷隔。本发明的优点是：本发明通过钢水在金属型的激冷作用下晶粒细化，在离心力的作用下补缩能力大幅提高，能有效解决消除缩松、气孔、夹杂等缺陷。两种成分高锰钢离心复合铸造的锤头，磨损区是耐磨性较高的高碳高锰钢，锤柄是韧性比较好的低碳高锰钢，充分发挥了材料各自优势，同时回避了各自缺点，大幅提高了锤头的使用寿命。
附图说明
图1为本发明中底注式金属型锤头模具的结构示意图。
具体实施方式
参见附图，一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺，包括有锤柄和磨损区锤头两部分，所述锤柄和锤头采用两种成分不同的碳锰钢材料，用底注式金属型锤头模具造型，然后安装在立式离心机上，用两台中频炉同时冶炼两种成分碳锰钢，并依次浇注，在离心力的作用下完成两种成分不同的碳锰钢复合铸造；具体包括以下步骤：（1）首先按照锤头的尺寸设计底注式金属型锤头模具所述底注式金属型锤头模具由两金属材质的模体对合组成的模具本体1，模具本体1中部形成有锤头型腔2，模具本体1下端设有配合离心铸造工艺的底注式浇道3，模具本体1上端设有多个排气孔4，多个排气孔4连通在型腔上端，且其中模具本体的参数为收缩率为2～3%，模铁比为3～5，排气孔数为4～6个；底注式金属型锤头模具制造好后，将其对称安装在立式离心机专用砂箱内，并压紧；（2）在两台中频炉内同时冶炼两种成分高锰钢所述两种高锰钢的成分范围分别为：磨损区锤头部分的合金组分重量比为C:1.30～1.45%Mn:12～14%Si:0.6～1.0%Cr：1～5﹪S≤0.06%P≤0.07%，其余为Fe；锤柄部分的合金组分重量比为C:0.9～1.10%Mn:10～12%Si:0.6～1.0%S≤0.06%P≤0.07%，其余为Fe，在冶炼过程中冶金温度为1500～1550℃，逐步加入合金炉料调整成分至合格范围，炉内插铝脱氧，调整功率时使温度保持在1420±20℃；（3）浇注将冶炼好的两种高锰钢成分，按先浇高碳高锰钢，再浇低碳高锰钢的顺序，两种钢水浇注间隔时间为10~30秒，依次浇注到砂箱内的底注式金属型锤头模具中，每次浇注后钢水在离心力的作用下通过底注式浇道平稳进入型腔，钢水在金属型的激冷作用下迅速凝固成型，根据模铁比，将浇注速度控制在5~15Kg/秒之间，实现钢水逐层凝固，使两种金属在结合处既不冲混，又无冷隔即可，最后取出锤头。
Claims (1)
1.一种金属型离心铸造复合高低碳锰钢锤头的工艺，包括有锤柄和磨损区锤头两部分，所述锤柄和锤头采用两种成分不同的高锰钢材料，用底注式金属型锤头模具造型，然后安装在立式离心机上，用两台中频炉同时冶炼两种成分高锰钢，并依次浇注，在离心力的作用下完成两种成分不同高锰钢的复合铸造；
具体包括以下步骤：
（1）首先按照锤头的尺寸设计底注式金属型锤头模具
所述底注式金属型锤头模具由两个金属材质的模体对合组成的模具本体，模具本体中部形成有锤头型腔，模具本体下端设有配合离心铸造工艺的底注式浇道，模具本体上端设有多个排气孔，多个排气孔连通在型腔上端，且其中模具本体的参数为收缩率为2～3%，模铁比为3～5，排气孔数为4～6个；底注式金属型锤头模具制造好后，将其对称安装在立式离心机专用砂箱内，并压紧；
（2）在两台中频炉内同时冶炼两种成分的高锰钢
所述两种高锰钢的成分范围分别为：磨损区锤头部分的合金组分重量比为C:1.30～1.45%Mn:12～22%Si:0.6～1.0%Cr:1～5%S≤0.06%P≤0.07%，其余为Fe；锤柄部分的合金组分重量比为C:0.9～1.10%Mn:10～12%Si:0.6～1.0%S≤0.06%P≤0.07%，其余为Fe，在冶炼过程中冶金温度为1500～1550℃，逐步加入合金炉料调整成分至合格范围，炉内插铝脱氧，调整功率使温度保持在1420±20℃；
（3）浇注
将冶炼好的两种高锰钢，按先浇高碳高锰钢，再浇低碳高锰钢的顺序，两种钢水浇注间隔时间为10~30秒，依次浇注到砂箱内的底注式金属型锤头模具中，浇注后钢水在离心力的作用下通过底注式浇道平稳进入型腔，钢水在金属型的激冷作用下迅速凝固成型，根据模铁比，将浇注速度控制在5~15kg/秒之间，实现钢水逐层凝固，使两种金属在结合处既不冲混，又无冷隔即可，最后取出锤头。
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