CN104209163A - 一种耐磨复合锤头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨复合锤头及其制备方法，属于破碎设备技术领域。先采用铸造方法铸造复合锤头的锤柄部位，锤柄的化学组成及其质量百分数为：0.26～0.35C，0.25～0.45Si，0.60～0.80Mn，0.08～0.15N，1.0～1.2Cr，0.015～0.030Al，0.008～0.016Ca，S<0.03，P<0.04，余量Fe。锤柄与锤头的结合部位进行喷砂毛化处理，使锤柄表面粗糙度达到65～100μm，然后复合耐磨合金，复合锤头硬度高、耐磨性好。
Description
技术领域
本发明公开了一种锤头及其制备方法，特别涉及一种耐磨复合锤头及其制备方法，属于破碎设备技术领域。
背景技术
锤式破碎机结构简单、破碎比大、耗能少、出料均匀，适合破碎各种物料，已在冶金、矿山、建材、电力及化工等工业部门广泛应用，其中锤头是关键而又易损的零件。因为锤头工作时速度高，冲击力大，磨损十分严重，工况条件十分恶劣，要求锤头具有一定的强度和抗冲击磨损能力。高锰钢是锤头传统材质，由于在物料破碎过程中高锰钢的加工硬化程度不够，硬度没有得到充分地提高，使用寿命较短。采用中低碳合金钢，尽管通过热处理可得到马氏体组织，由于组织中没有硬质相，耐磨性也较差。镍硬铸铁和高铬白口铸铁硬度高、耐磨性好，材料的强度和韧性低，在破碎冲击力的作用下易产生断裂，开发高强韧性的耐磨锤头及其制备方法将具有重要的意义。为了提高锤头性能，中国发明专利CN103643163A公开了一种鹅卵石破碎机锤头用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.9-2.1、锰3.9-4.3、镍3.7-3.9、铬15.2-16.5、钼2.6-2.8、Ho0.18-0.23、Ta0.08-0.12、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。该发明合金钢具有高的硬度、耐磨性和热强高的特点，耐腐蚀，适用于破碎硬度高的锤式破碎机，如用于鹅卵石制砂机，破碎率高，耐磨损，耐热。该发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，分批投放原料，合理控制铸后热处理温度，使合金品质更稳定均一，提高综合力学性能。该发明精炼剂用于铸造生产，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低。中国发明专利CN 103627996A还公开了一种高铬稀土合金钢锤头材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.7-2.9、硅1.2-1.5、锰5.4-5.8、铬8.7-9.1、钼2.0-2.3、镍1.2-1.5、铜0.02-0.05、铝0.2-0.4、Nb0.09-0.12、Sc0.03-0.05、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。该发明是采用高碳钢作为材质，同时含有较高的铬和微量的Sc、Nb、铝多种合金元素，具有很高的原始硬度和耐磨性，同时耐腐蚀，韧性也较好；该发明适用于强烈冲击的工作条件，用于进料粒度在400mm以上的大型破碎机锤头，其使用寿命与传统的高锰钢相比能提高1-2倍。该发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率。中国发明专利CN 103510027A还公开了一种耐磨的破碎机锤头，材料为高铬锰钨合金，其中高铬锰钨合金的成分为：C＝2.1～3.2％，S＝0.3～1.0％，Mn＝2.0～3.3％，Cr＝14～18％，Mo＝0.3～0.5％，W＝0.2～0.7％，V＝0.2～1.2％，Ti、Nb＜0.1％；解决了锤式破碎机锤头磨损快，使用寿命短的问题。中国发明专利CN103334074A还公开了一种反击式破碎机锤头刀口强化工艺，工艺过程如下：首先将锤头刀口部位表面加温至本体材料熔点，然后在表面喷Cr3C2粉，之后将喷上的Cr3C2粉加温至1900℃，使Cr3C2粉熔化，与锤头刀口本体材料熔合，再在表面喷Cr3C2粉，将喷上的Cr3C2粉加温至1900℃使其与锤头刀口本体材料熔合，最后冷却至常温。本发明是将破碎机锤头刀口喷焊Cr3C2(碳化铬)，喷焊Cr3C2可在碳钢、合金钢、不锈钢等不同材质的破碎机锤头刀口上实施，其工艺简单、成本低，并且该发明制作出来的锤头刀口强度和硬度显著地提高，并有很高的耐腐蚀性能，使用寿命和高锰钢相比，提高了寿命3倍。中国发明专利CN103056343A还公开了三金属复合铸造破碎机锤头生产工艺方法，它涉及一种铸造破碎机锤头生产工艺，它首先采用低合金钢或普通铸钢浇注成内部锤柄，并预热随后浇注成复合锤柄，再浇铸高铬铸铁制成三金属破碎机锤头，它在原双液双金属复合法的基础上，通过包覆法铸造出复合锤柄部位，再通过浇注高铬铸铁复合锤柄与锤端部位。由于外部锤柄采用耐磨性好，内部锤柄用韧性较好的材质，因而锤柄能承受较好的物料磨损，使高铬铸铁的高耐磨性得到充分发挥，整体提高了锤头的使用寿命。中国发明专利CN 102873308A还公开了一种双液双金属的消失模铸造复合破碎机锤头的方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤一：将泡沫塑料制成的破碎机锤头型体埋入砂箱的干砂中，通过砂箱中的真空管道，抽真空；步骤二：按以下重量百分比的高铬铸铁化学组成：2.6-4.0％C，15-35％Cr，0.5-1.5％Mn，0.5-1.5％Si，Mo≤1.5％，Cu≤1.5％，P≤0.3％，S≤0.3％，其余为Fe制备高铬铸铁铸液；按以下重量百分比的碳钢化学组成：0.2-0.6％C，0.5-1.5％Mn，0.3-1.5％Si，P＜0.3％、S＜0.3％，其余为Fe制备碳钢铸液；步骤三：待两种金属铸液熔清脱氧处理后，高铬铸铁铸液的浇注温度控制在1300-1400℃；碳钢铸液的浇注温度控制在1550-1650℃；步骤四：先进行碳钢浇注，待碳钢铸液全部充实锤柄部分并至与锤头部分交界处，停止碳钢浇注，接着进行高铬铸铁浇注，待锤头部分浇注完成后迅速采用保温剂将高铬铸铁液覆盖；步骤五：待步骤四浇注完成1小时后取出破碎机锤头铸件，在900-1000℃进行热处理并保温，保温完成后将铸件迅速出炉，在空气中冷却；步骤六：将热处理后的破碎机锤头铸件在250-300℃进行回火处理并保温。中国发明专利CN102886288A还公开了一种反击式破碎机锤头及其制作方法，该发明在制作能安装在反击式破碎机的转轴(2)上的锤头(1)时，将锤头(1)的加工击打面制作成弧形曲面(1.1)，并使该弧形曲面(1.1)从锤头(1)的击打面的最下端前端起、从下到上沿着该锤头(1)工作时转动方向的相反方向逐渐弯曲即成。该发明的锤头不仅具有工作时磨损较小、使用寿命较长的优点，而且还具有结构简单、能提高反击式破碎机的加工效率、减少运行成本和减少维护工作量、降低能耗等优点。中国发明专利CN102806315A用消失模铸造双金属双溶液复合破碎机锤头的方法，其特征在于，该方法步骤如下：(一)由模样组成的模组中使锤柄朝下，工作面朝上设置；模样组成模组是用主浇道(1)、内浇道(2)、溢流槽(3)和横浇道(4)连接而成；溢流槽(3)为锤柄材质(7)，此浇口上口平面为锤柄材质(7)的浇注分界线，上部为锤头材质(6)的直浇口及主浇道(1)；(二)熔炼：同时将上述锤头材质(6)和锤柄材质(7)由两炉分别溶炼，锤头材质(6)炼至1450℃出炉；锤柄材质(7)炼至1550℃出炉；(三)浇注：以1450℃先浇注锤柄材质(7)钢水，随即将溢流槽(3)流出的钢水，在砂箱(5)外用耐火泥堵塞，接着再以1350℃浇注锤头材质(6)铁水至直浇道(1)顶部；(四)待铸件凝固冷却清割浇冒口，获得双金属复合锤。中国专利CN202570264U还公开了一种抗磨损的破碎机锤头，由锤柄和锤身组成，所述锤身上的工作面由基材层和复合层组成，该复合层由基材金属和硬质陶瓷颗粒块组成，其中硬质陶瓷颗粒块交错成规则网状分布于基材金属中。该实用新型将硬质陶瓷颗粒块排布成规则网状，在基材金属液的高温作用下，硬质陶瓷颗粒与基材金属液发生冶金化合反应，同时由于硬质陶瓷颗粒的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了硬质陶瓷颗粒中的元素进一步扩散，从而使硬质陶瓷颗粒块与基材金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，耐磨性与韧性有机统一，所得破碎机锤头整体性能显著提高，可广泛应用于矿山、电力、冶金、煤炭、建材等耐磨领域。中国发明专利CN102676946A还公开了一种分段硬度低合金钢锤头及其制造方法，属于破碎机锤头制造领域。本发明分段硬度低合金钢锤头组成C0.44～0.58％，Si1.0～1.5％，Mn0.3～0.8％，P＜0.015％，S＜0.015％，Cr0.8～1.2％，Ni0.8～1.2％，Mo0.3～0.6％，V0.1～0.15％，Al0.01～0.035％，Zr0.02～0.04％，稀土元素0.1～0.5％，余量为铁和不可避免的杂质；锤头安装端硬度HRC37～43、工作端硬度HRC54～61。该发明分段硬度的低合金钢锤头，工作端硬度高，耐磨性好，安装端部位硬度低冲击韧性好，使用过程中不易断裂，使用寿命长。
但是，采用上述方法制造锤头，不仅工艺复杂，且耐磨性提高幅度不明显。
发明内容
本发明的目的是在复合锤头的工作部位，通过堆焊方法，获得高硬度的锤头工作层，从而实现提高破碎机锤头寿命的目的。本发明耐磨复合锤头由锤柄和锤头两部分组成，其中锤柄采用高强度中碳低合金铸钢，而锤头采用高硬度耐磨堆焊合金，为了提高耐磨堆焊合金与锤柄的结合强度，在两种材料的复合面添加高韧性堆焊合金钢。
一种耐磨复合锤头，其特征在于，复合锤头为锤头的工作部位或锤头的工作表面为堆焊耐磨堆焊合金，堆焊耐磨堆焊合金与包括锤柄部位的本体部分之间采用过渡层，过渡层的化学组成及其质量百分数为：0.08～0.20C,0.17～0.35Si,12.0～13.5Mn,0.30～0.45N,0.25～0.40V,0.06～0.12Nb,0.04～0.06Ce,S<0.025,P<0.030,余量Fe；包括锤柄部位的本体部分的化学组成及其质量百分数为：0.26～0.35C,0.25～0.45Si,0.60～0.80Mn,0.08～0.15N,1.0～1.2Cr,0.015～0.030Al,0.008～0.016Ca,S<0.03,P<0.04,余量Fe。耐磨堆焊合金化学组成及其质量百分数为：4.2～4.5C,24.0～28.0Cr,1.2～1.5B,4.0～4.5V,2.0～2.5Nb,0.20～0.35N,0.05～0.15Y,0.15～0.20Ca,0.18～0.28K,S<0.03,P<0.04,余量Fe。
本发明的一种耐磨复合锤头的制备方法可以通过以下措施来实现：
①先采用铸造方法铸造至少包括锤柄部位的本体部分，本体部分化学组成及其质量百分数为：0.26～0.35C,0.25～0.45Si,0.60～0.80Mn,0.08～0.15N,1.0～1.2Cr,0.015～0.030Al,0.008～0.016Ca,S<0.03,P<0.04,余量Fe。
②步骤①的产品经清砂、打磨后进行热处理，热处理工艺是随炉加热至550～600℃，保温4～6小时后空冷至室温。
③然后对步骤②得到的产品上锤头工作部位表面或者待制备锤头工作部位的表面进行喷砂毛化处理，使其表面粗糙度达到65～100μm；
④在上述步骤③毛化处理后的表面采用堆焊方法，先堆焊过渡层金属，过渡层厚度1.5～3.0mm，最后在锤头工作部位堆焊耐磨堆焊合金，直至达到复合锤头的规定尺寸。
如上所述过渡层金属的化学组成及其质量百分数为：0.08～0.20C,0.17～0.35Si,12.0～13.5Mn,0.30～0.45N,0.25～0.40V,0.06～0.12Nb,0.04～0.06Ce,S<0.025,P<0.030,余量Fe。
如上所述的耐磨堆焊合金化学组成及其质量百分数为：4.2～4.5C,24.0～28.0Cr,1.2～1.5B,4.0～4.5V,2.0～2.5Nb,0.20～0.35N,0.05～0.15Y,0.15～0.20Ca,0.18～0.28K,S<0.03,P<0.04,余量Fe。
本发明复合锤头的锤柄部位，采用高强度低合金铸钢，防止锤头使用过程中出现断裂，锤柄的化学组成及其质量百分数为：0.26～0.35C,0.25～0.45Si,0.60～0.80Mn,0.08～0.15N,1.0～1.2Cr,0.015～0.030Al,0.008～0.016Ca,S<0.03,P<0.04,余量Fe。此外，为了改善锤头耐磨层与锤柄的结合效果，确保复合锤头安全、可靠运行，本发明在锤柄和锤头的复合部位，堆焊过渡层金属，过渡层金属的厚度为1.5～3.0mm，过渡层金属的化学组成及其质量百分数为：0.08～0.20C,0.17～0.35Si,12.0～13.5Mn,0.30～0.45N,0.25～0.40V,0.06～0.12Nb,0.04～0.06Ce,S<0.025,P<0.030,余量Fe，确保过渡层金属具有优异的强韧性。另外，为了改善过渡层金属与锤柄的结合效果，在锤柄与过渡层结合部位，进行喷砂毛化处理，使锤柄表面粗糙度达到65～100μm。
为了确保复合锤头工作部位具有高硬度和优异的耐磨性，本发明复合锤头工作部位耐磨堆焊合金化学组成及其质量百分数为：4.2～4.5C,24.0～28.0Cr,1.2～1.5B,4.0～4.5V,2.0～2.5Nb,0.20～0.35N,0.05～0.15Y,0.15～0.20Ca,0.18～0.28K,S<0.03,P<0.04,余量Fe。可以确保锤头具有良好的抵抗磨料磨损能力，大幅度提高复合锤头使用寿命。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1)本发明锤柄强韧性高，可以循环使用，具有明显的节材降耗效果；
2)本发明锤头工作层硬度超过62HRC，具有优异的耐磨性；
3)本发明复合锤头的使用寿命比含铬高锰钢(Mn13Cr2)锤头提高3倍以上。
附图说明
图1复合锤头结构示意图
1-至少包括锤柄部位的部分(高强度低合金铸钢)，2-过渡层(堆焊高合金钢)，3-锤头工作部位(耐磨堆焊合金)
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
耐磨复合锤头由铸造锤柄和耐磨堆焊合金构成，其具体制备工艺步骤是：
①先采用铸造方法铸造复合锤头的锤柄1部位，锤柄1的化学组成及其质量百分数为：0.27C,0.45Si,0.63Mn,0.09N,1.18Cr,0.018Al,0.016Ca,0.021S,0.029P,余量Fe。
②锤柄1经清砂、打磨后进行热处理，锤柄1热处理工艺是随炉加热至550℃，保温6小时后空冷至室温。
③然后将锤柄1与锤头3的结合部位进行喷砂毛化处理，使锤柄1表面粗糙度达到65～75μm。
④将上述毛化处理后的锤柄1部位采用堆焊方法，先堆焊过渡层金属2，过渡层2厚度为1.6mm，最后在锤头工作部位堆焊耐磨堆焊合金3，直至达到复合锤头的规定尺寸。复合锤头过渡层金属2的化学组成及其质量百分数见表1，复合锤头耐磨堆焊合金3的化学组成及其质量百分数见表2，复合锤头力学性能见表3。
实施例2：
耐磨复合锤头由铸造锤柄和耐磨堆焊合金构成，其具体制备工艺步骤是：
①先采用铸造方法铸造复合锤头的锤柄1部位，锤柄1的化学组成及其质量百分数为：0.35C,0.27Si,0.75Mn,0.14N,1.03Cr,0.029Al,0.009Ca,0.020S,0.034P,余量Fe。
②锤柄1经清砂、打磨后进行热处理，锤柄1热处理工艺是随炉加热至600℃，保温4小时后空冷至室温。
③然后将锤柄1与锤头3的结合部位进行喷砂毛化处理，使锤柄1表面粗糙度达到85～100μm。
④将上述毛化处理后的锤柄1部位采用堆焊方法，先堆焊过渡层金属2，过渡层2厚度为2.8mm，最后在锤头工作部位堆焊耐磨堆焊合金3，直至达到复合锤头的规定尺寸。复合锤头过渡层金属2的化学组成及其质量百分数见表1，复合锤头耐磨堆焊合金3的化学组成及其质量百分数见表2，复合锤头力学性能见表3。
实施例3：
耐磨复合锤头由铸造锤柄和耐磨堆焊合金构成，其具体制备工艺步骤是：
①先采用铸造方法铸造复合锤头的锤柄1部位，锤柄1的化学组成及其质量百分数为：0.31C,0.36Si,0.71Mn,0.12N,1.08Cr,0.023Al,0.011Ca,0.017S,0.030P余量Fe。
②锤柄1经清砂、打磨后进行热处理，锤柄1热处理工艺是随炉加热至580℃，保温5小时后空冷至室温。
③然后将锤柄1与锤头3的结合部位进行喷砂毛化处理，使锤柄1表面粗糙度达到75～90μm。
④将上述毛化处理后的锤柄1部位采用堆焊方法，先堆焊过渡层金属2，过渡层2厚度为2.4mm，最后在锤头工作部位堆焊耐磨堆焊合金3，直至达到复合锤头的规定尺寸。复合锤头过渡层金属2的化学组成及其质量百分数见表1，复合锤头耐磨堆焊合金3的化学组成及其质量百分数见表2，复合锤头力学性能见表3。
表1复合锤头过渡层金属2的化学组成及其质量百分数(％)
| 元素 | C | Si | Mn | N | V | Nb | Ce | S | P | Fe |
| 实施例1 | 0.09 | 0.26 | 13.44 | 0.44 | 0.39 | 0.07 | 0.057 | 0.017 | 0.022 | 余量 |
| 实施例2 | 0.18 | 0.17 | 12.85 | 0.33 | 0.26 | 0.12 | 0.041 | 0.015 | 0.022 | 余量 |
| 实施例3 | 0.14 | 0.34 | 12.10 | 0.37 | 0.31 | 0.09 | 0.052 | 0.018 | 0.026 | 余量 |
表2复合锤头耐磨堆焊合金3的化学组成及其质量百分数(％)
| 元素 | C | Cr | B | V | Nb | N |
| 实施例1 | 4.21 | 24.10 | 1.49 | 4.05 | 2.47 | 0.30 |
| 实施例2 | 4.48 | 27.77 | 1.22 | 4.36 | 2.25 | 0.34 |
| 实施例3 | 4.35 | 26.31 | 1.37 | 4.49 | 2.04 | 0.23 |
| 元素 | Y | Ca | K | S | P | Fe |
| 实施例1 | 0.06 | 0.19 | 0.19 | 0.017 | 0.035 | 余量 |
| 实施例2 | 0.14 | 0.16 | 0.27 | 0.018 | 0.030 | 余量 |
| 实施例3 | 0.09 | 0.16 | 0.23 | 0.024 | 0.029 | 余量 |
表3复合锤头力学性能
本发明复合锤头已在锤式破碎机上用于破碎铁矿石、鹅卵石，都表现出了优异的使用效果。本发明锤柄强韧性高，可以循环使用，具有明显的节材降耗效果，本发明锤头工作层硬度超过62HRC，具有优异的耐磨性，本发明复合锤头的使用寿命比含铬高锰钢(Mn13Cr2)锤头提高3倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。
Claims (4)
1.一种耐磨复合锤头，其特征在于，复合锤头为锤头的工作部位或锤头的工作表面为堆焊耐磨堆焊合金，堆焊耐磨堆焊合金与包括锤柄部位的本体部分之间采用过渡层，过渡层的化学组成及其质量百分数为：0.08～0.20C,0.17～0.35Si,12.0～13.5Mn,0.30～0.45N,0.25～0.40V,0.06～0.12Nb,0.04～0.06Ce,S<0.025,P<0.030,余量Fe；包括锤柄部位的本体部分的化学组成及其质量百分数为：0.26～0.35C,0.25～0.45Si,0.60～0.80Mn,0.08～0.15N,1.0～1.2Cr,0.015～0.030Al,0.008～0.016Ca,S<0.03,P<0.04,余量Fe；耐磨堆焊合金化学组成及其质量百分数为：4.2～4.5C,24.0～28.0Cr,1.2～1.5B,4.0～4.5V,2.0～2.5Nb,0.20～0.35N,0.05～0.15Y,0.15～0.20Ca,0.18～0.28K,S<0.03,P<0.04,余量Fe。
2.一种耐磨复合锤头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①先采用铸造方法铸造至少包括锤柄部位的本体部分，本体部分化学组成及其质量百分数为：0.26～0.35C,0.25～0.45Si,0.60～0.80Mn,0.08～0.15N,1.0～1.2Cr,0.015～0.030Al,0.008～0.016Ca,S<0.03,P<0.04,余量Fe；
②步骤①的产品经清砂、打磨后进行热处理，热处理工艺是随炉加热至550～600℃，保温4～6小时后空冷至室温；
③然后对步骤②得到的产品上锤头工作部位表面或者待制备锤头工作部位的表面进行喷砂毛化处理，使其表面粗糙度达到65～100μm；
④在上述步骤③毛化处理后的表面采用堆焊方法，先堆焊过渡层金属，过渡层厚度为1.5～3.0mm，最后在锤头工作部位堆焊耐磨堆焊合金，直至达到复合锤头的规定尺寸。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，过渡层金属的化学组成及其质量百分数为：0.08～0.20C,0.17～0.35Si,12.0～13.5Mn,0.30～0.45N,0.25～0.40V,0.06～0.12Nb,0.04～0.06Ce,S<0.025,P<0.030,余量Fe。
4.按照权利要求2的方法，其特征在于，耐磨堆焊合金化学组成及其质量百分数为：4.2～4.5C,24.0～28.0Cr,1.2～1.5B,4.0～4.5V,2.0～2.5Nb,0.20～0.35N,0.05～0.15Y,0.15～0.20Ca,0.18～0.28K,S<0.03,P<0.04,余量Fe。
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