CN104057066A - 一种双金属双液复合锤头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种双金属双液复合锤头的制备方法步骤如下：1）复合锤头铸型采用石英砂，水玻璃，二氧化碳硬化，表面涂刷快干涂料；2）分别熔炼高铬铸铁和低碳合金钢，均用铝线脱氧；3）先浇注低碳合金钢液，多余钢液流入集液坑，停止浇注合金钢钢液；4）当铸型中低碳合金钢液温度降到1500~1530℃时，通过上层直浇道浇注高铬铸铁液，浇注温度1400~1420℃；5）当浇注完高铬铸铁液后，界面区域保温，保持时间1~5分钟；6）铸件凝固冷却即可得到复合锤头；7）退火；淬火；回火，空冷。本发明复合锤头的高铬铸铁硬度可达HRC62以上，冲击韧性αk≥7J/cm2，低碳合金钢部分抗拉强度σb≥1200MPa，αku≥50J/cm2。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于矿山、建材、冶金等领域冲击磨损工况所用锤头的制备方法。
背景技术
锤头是锤式破碎机的关键部件，消耗量极大，国内年需求量约15万吨，锤头磨损区域材质应具有高硬度、高耐磨性和一定的韧性，而非磨损区域在使用过程中承受交变弯曲应力和冲击应力，要求具有高的强韧性，因此采用双金属复合工艺兼顾锤头使用区域的耐磨性和非磨损区域的强韧性，但双金属复合界面实现完全冶金结合是获得高质量复合锤头的关键。如界面结合不好，会出现锤头高铬铸铁部分脱落，不但锤头使用寿命低，而且会损坏整台设备。往往在复合锤头的制备过程中，为获得良好的冶金结合，常采用较高的浇注温度，但常会导致高铬铸铁液和合金钢液混液，高铬铸铁区域硬度低、不耐磨，而合金钢区域韧性低、易断裂。浇注温度过低，则界面结合不好，因此复合锤头现行制备方法一般稳定性较差。
CN102872941A公开了在铸型型腔中的锤头和锤柄之间用燕尾形隔板，然后同时浇注两种不同的金属，冷却后制成复合锤头。该发明在于隔板难以实现完全熔解，影响锤头和锤柄界面的冶金结合，再者隔板表面的水汽等污染物难以完全清除，其易与金属液反应，在界面形成熔渣，也会影响界面结合，因此，该发明的稳定性差。
CN101607304A公开了在锤柄两侧复合高铬铸铁材质，方法采用介质隔板，先浇注高铬铸铁，浇注温度1350~1400℃，15~35秒后，浇注碳素钢，浇注温度1450~1530℃，凝固后清砂而制得复合锤头，该发明存在的问题与CN102872941A类似，由于隔板的存在两种金属难以形成冶金结合。
CN102873308A公开了采用消失模真空铸造方法制备复合锤头，首先采用消失模的方法，复合锤头中会残存未烧损的泡沫残余物，锤头在使用过程中承受冲击载荷，复合锤头中的残留物会成为裂纹源而出现锤头断裂现象；再者该发明专利没有采取是界面冶金结合的方法。
上述所有方法制备的复合锤头均不能保证双金属界面实现冶金结合。
发明内容
针对现有复合锤头制备方法的不足，本发明的目的是提供一种界面冶金结合及强韧耐磨的双金属复合锤头的制备方法。
本发明的双金属双液复合锤头制备方法步骤如下：
1.复合锤头铸型采用石英砂，粘结剂水玻璃，二氧化碳硬化，表面涂刷锆英粉醇基快干涂料；
2.分别用中频炉熔炼高铬铸铁和低碳合金钢，均用铝线脱氧；
3.先通过下层直浇道浇注低碳合金钢液，当钢水升到余液溢出口时，多余钢液流入集液坑，停止浇注合金钢钢液；采用集液坑还可以收集钢液表面由于浇注产生的二次氧化渣；
4.当铸型中低碳合金钢液温度降到1500~1530℃时，通过上层直浇道浇注高铬铸铁液，浇注温度1400~1420℃；
5.当浇注完高铬铸铁液后，界面区域保温，保持时间1~5分钟；
6.铸件凝固冷却即可得到复合锤头；
7.复合锤头热处理：退火：950~1000℃保温，随炉冷却到500℃出炉空冷；淬火：950~1050℃，保温后出炉空冷到室温；回火：450~500℃温度、空冷。
本发明所述的高铬铸铁为Cr15型、Cr20型或Cr25型。
低碳合金钢的成分及质量百分比为：C:0.28%，Cr:1.0%，Si:0.8%，Mn:0.8%，Mo:1.0%，Al:0.025%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。
复合锤头的磨损区域材质选用高铬铸铁Cr15型、Cr20型或Cr25型，其Cr和C的配比符合共晶成分要求，使锤头热处理后磨损区域具有高耐磨性的同时，有具有强韧性。如选用亚共晶，则奥氏体粗大，热处理后残余奥氏体多，锤头易产生剥落失效，而且碳化物含量少，不利于耐磨性提高；如采用过共晶高铬铸铁，则产生出大的过共晶M7C3型碳化物，脆性大，耐磨性不高。为进一步提高耐磨性可添加Mo，重量百分比≤1.5%。
复合锤头非磨损区域，即安装区域，采用低碳合金钢。该区域对强度和韧性要求高，因此C选择0.25~0.35%，从降低成本方面考虑，合金元素Si、Mn、Cr、Ni合金总量＜5%，但从材料冶金质量考虑Si含量不得小于0.4%，Mn含量不得小于0.4%，余量为Fe。
锤头服役工况严酷，工作区域承受巨大的冲击载荷，因此复合锤头界面结合的好坏直接影响到锤头使用的安全性，若界面结合不好，比如不能实现冶金结合，在使用过程中复合锤头易在界面处发生断裂而损坏设备。因此，本发明双金属液浇注后，在高铬铸铁液-低合金钢液界面区域采取保温措施，降低区域冷却速度，有利于界面处金属原子扩散，实现界面稳定冶金结合。保温方式可采用在界面区域相应的铸型材料用保温材料，或在界面区域外加感应装置加热保温。
由于复合锤头浇注温度较高，高铬铸铁和低碳合金钢成分、组织均匀，晶粒粗大，因此采用退火工艺是高铬铸铁和低碳合金钢成分、组织均匀化，为淬火创造好的组织条件。退火工艺：950~1000℃保温，随炉冷却到500℃出炉空冷。由于复合锤头两部分在淬火过程中组织差距大，易产生大的残余应力，因此，淬火采用空冷以减少复合锤头残余应力，淬火工艺：950~1050℃，保温后出炉空冷到室温。采用450~500℃温度回火、空冷，可以使高铬铸铁部分在淬火未转变的残余奥氏体转变成马氏体，低碳合金钢部分获得球状珠光体，具有高的强韧性。热处理后高铬铸铁部分硬度未加Mo可达HRC60以上，加1%左右的Mo，硬度可达HRC62以上，冲击韧性αk≥7J/cm2，低碳合金钢部分抗拉强度σb≥1200MPa，αku≥50 J/cm2。
复合锤头热处理过程中，当炉温低于650℃时升温速度＜50℃/h，650℃保温至少1小时；当炉温大于650℃时升温速度＜80℃/h。退火、淬火、回火保温时间按每20mm铸件厚度保温1小时。
附图说明
图1浇注高铬铸铁液后的界面未保温的扫描照片；
图2浇注高铬铸铁液后的界面保温的扫描照片。
具体实施方式
实施例1
复合锤头的高铬铸铁为Cr15型，成分及质量百分比为：C:3.6%，Cr:15%，Si:0.6%，Mn:0.6%，Mo:1. 0%，Al:0.025%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。
低碳合金钢成分及质量百分比为：C:0.28%，Cr:1.0%，Si:0.8%，Mn:0.8%，Mo:1.0%，Al:0.025%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。
铸型制备用砂采用70~140目石英砂，含泥量＜0.5%；粘结剂用水玻璃，加入量5%；用二氧化碳硬化；表面涂刷锆英粉快干涂料。
按高铬铸铁和低碳合金钢成分要求分别在两个中频感应电炉中熔炼，用铝线脱氧，将高铬铸铁液和低碳合金钢液分别倒入两个浇包中。
先浇注低碳合金钢，当温度降到1525℃时，通过上层直浇道浇注高铬铸铁液，浇注温度1405℃。当浇注完高铬铸铁液后，界面区域保温，保持时间2分钟。
复合锤头退火温度990℃，保温6小时，随炉冷却到500℃出炉空冷；淬火温度955℃，保温6小时后出炉空冷到室温；回火温度490℃，保温6小时，出炉、空冷。
取样做拉伸实验，界面在试样中间区域。经过拉伸实验，试样断裂在高铬铸铁一侧。高铬铸铁硬度HRC62.5，冲击韧性αk为7.8 J/cm2；低碳合金钢抗拉强度σb为1300MPa，αku为80 J/cm2。
本实施例制备的双金属复合锤头在破碎石灰石时，平均寿命为高锰钢的3.5倍。
实施例2
复合锤头的高铬铸铁为Cr20型，成分及质量百分比为：C:3.2%，Cr:20%，Si:0.6%，Mn:0.6%，Mo:1.0%，Al:0.025%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。
低碳合金钢同实施例1。
铸型制备用砂采用70~140目石英砂，含泥量＜0.5%；粘结剂用水玻璃，加入量5%；用二氧化碳硬化；表面涂刷锆英粉快干涂料。
按高铬铸铁和低碳合金钢成分要求分别在两个中频感应电炉中熔炼，用铝线脱氧，将高铬铸铁液和低碳合金钢液分别倒入两个浇包中。
先浇注低碳合金钢，当温度降到1525℃时，通过上层直浇道浇注高铬铸铁液，浇注温度1410℃。当浇注完高铬铸铁液后，界面区域保温，保持时间2.5分钟。
复合锤头退火温度990℃保温，保温6小时，随炉冷却到500℃出炉空冷；淬火温度955℃，保温6小时后出炉空冷到室温；回火温度490℃，保温6小时，出炉、空冷。
取样做拉伸实验，界面在试样中间区域。经过拉伸实验，试样断裂在高铬铸铁一侧。高铬铸铁硬度HRC62.9，冲击韧性αk为7.5 J/cm2；低碳合金钢抗拉强度σb为1280MPa，αku为78 J/cm2。
本实施例制备的双金属复合锤头在破碎石灰石时，平均寿命为高锰钢的3.5倍。
实施例3
复合锤头的高铬铸铁为Cr25型，成分及质量百分比为：C：3.0%，Cr：25%，Si：0.6%，Mn：0.6%，Mo：1. 0%，Al：0.025%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。
低碳合金钢同实施例1。
铸型制备用砂采用70~140目石英砂，含泥量＜0.5%；粘结剂用水玻璃，加入量5%；用二氧化碳硬化；表面涂刷锆英粉快干涂料。
按高铬铸铁和低碳合金钢成分要求分别在两个中频感应电炉中熔炼，用铝线脱氧，将高铬铸铁液和低碳合金钢液分别倒入两个浇包中。
先浇注低碳合金钢，当温度降到1525℃时，通过上层直浇道浇注高铬
铸铁液，浇注温度1415℃。当浇注完高铬铸铁液后，界面区域保温，保持时间3分钟。
复合锤头退火温度990℃保温，保温6小时，随炉冷却到500℃出炉空冷；淬火温度1020℃，保温6小时后出炉空冷到室温；回火温度490℃，保温6小时，出炉、空冷。
取样做拉伸实验，界面在试样中间区域。经过拉伸实验，试样断裂在高铬铸铁一侧。高铬铸铁硬度HRC62.3，冲击韧性αk为7.8 J/cm2；低碳合金钢抗拉强度σb为1250MPa，αku为75 J/cm2。
本实施例制备的双金属复合锤头在破碎石灰石时，平均寿命为高锰钢的4倍。
Claims (3)
1.一种双金属双液复合锤头的制备方法，其特征在于步骤如下：
1）复合锤头铸型采用石英砂，粘结剂水玻璃，二氧化碳硬化，表面涂刷锆英粉醇基快干涂料；
2）分别用中频炉熔炼高铬铸铁和低碳合金钢，均用铝线脱氧；
3）先通过下层直浇道浇注低碳合金钢液，当钢水升到余液溢出口时，多余钢液流入集液坑，停止浇注合金钢钢液；
4）当铸型中低碳合金钢液温度降到1500~1530℃时，通过上层直浇道浇注高铬铸铁液，浇注温度1400~1420℃；
5）当浇注完高铬铸铁液后，界面区域保温，保持时间1~5分钟；
6）铸件凝固冷却即可得到复合锤头；
7）复合锤头热处理：退火：950~1000℃保温，随炉冷却到500℃出炉空冷；淬火：950~1050℃，保温后出炉空冷到室温；回火：450~500℃温度、空冷。
2.根据权利要求1所述的双金属双液复合锤头的制备方法，其特征在于所述的高铬铸铁为Cr15型、Cr20型或Cr25型。
3.根据权利要求1所述的双金属双液复合锤头的制备方法，其特征在于所述的低碳合金钢的成分及质量百分比为：C:0.28%，Cr:1.0%，Si:0.8%，Mn:0.8%，Mo:1.0%，Al:0.025%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。
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