CN105296872A - 双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头及其制备方法，锤柄采用低碳贝氏体钢，锤头采用高韧性高硼高铬钢，在沙箱的外面安装有中频感应加热器，造型时将锤柄复合部位表面杂物清除后，涂覆防氧化剂，套上锤头消失模，放入砂型内造型，直浇道和内浇道采用消失模型造型；通过中频感应对锤柄进行型内预热，达到预定温度，将冶炼好的锤头钢水，在1560～1620℃进行浇注，浇注完后经一定时间的保温，开箱清理，然后热处理。本发明工艺简单，所制造的双金属复合锤头界面实现了冶金结合，产品质量好，安全性高。解决了现有技术生产的锤头使用寿命短和生产成本高的弊端。使用寿命比高锰钢锤头提高3倍以上。

Description

双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨金属材料领域，尤其涉及一种双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头及其制备方法。

背景技术

锤式破碎机是建材、水泥、陶瓷、冶金、矿山、电力、耐火材料和化肥等行业广泛使用的破碎机械设备，而锤头是其用于破碎物料的主要部件和大宗易磨损件，消耗量很大。锤头的工作表面与物料接触，产生高应力磨损。由于被破碎物料一般是岩石、金属矿石等坚硬物体，零件的磨损是比较严重的。通过对锤头表面微观形貌分析，锤头的磨损过程属于变形和冲蚀磨损综合作用的结果。这是由于锤头表面的高速运转，锤头的运动惯性对物料进行打击和挤压破碎。在相对运动的过程中，这些物料与零件表面相互作用，不只是滑动，还有冲击、滚动、冲刷等方式。当磨料硬度超过材料硬度，磨料的棱角将刺入材料表面使材料发生塑性流动而挤压到凹坑的四周，材料变形到一定程度，磨料粒被压碎。多个颗粒与坑周围变形材料相接触，又使之变形，发生塑性流动，加工硬化程度进一步增高。当超过材料的应变疲劳极限时形成磨削脱落。

目前供应市场的锤头材料的种类很多，最常用的是高锰钢，最初是因其硬度和耐磨性都比较高，但是现在人们发现其实不然，有些场合高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，究其原因，是高锰钢要在大的冲击力的情况下才能产生高硬度的表面硬化层，而冲击力小的情况下不耐磨；还有中锰钢锤头，因其有较高的硬度和韧性，在冲击力不太大的情况下较耐用，且有磁性；超高锰钢以及改性高锰钢锤头只有在强烈撞击的场合才耐磨，有局限性；锻造低合金钢锤头硬度低，耐磨性差；高铬铸铁锤头有优良的耐磨性，但是韧性较差，易发生脆性断裂。各种材料均不能达到最理想的效果，因此寻求合理的材料,开发简单实用的工艺，在保证使用要求的前提下节省资源和能源，已成为耐磨材料领域的热点和难点。

在物料破碎生产中，对锤头的韧性和耐磨性要求都非常高。锤头整体根据工作性质不同可以划分为锤柄与锤端两部分，不同部位要求具有不同的使用性能，锤柄要求具有综合机械性能，要有一定的强度和韧性；而锤头磨损的主要部位是锤端部，因此要求锤端具有较高的耐磨性能，才能延长锤头寿命，针对所分析的锤头不同部位要求具有不同的使用性能的情况，双金属复合是解决这一问题的有效途径，为此，人们开发了各种复合锤头的制造工艺。

但现有的镶铸工艺，复合过程中要保证液固界面产生有效的冶金结合，就必须使固体表面的温度达到液相线以上，而为了同时保证工件的韧性和耐磨性能，固体部分的金属必须具有一定的比例，其比例不得大于液体部分的1/10～1/8，在镶铸锤头工艺中要达到这一比例显然是不可能的。为解决这一问题，常用的工艺方法主要有两种:一是对镶铸的固体部分浇注前进行预热，另一种是加长高温金属液对固体部分的冲刷时间。但由于浇注前的预热一般是在加热炉中进行，在合箱浇注前，将预热件取出放入到铸型中，然后合箱浇注。显然，在加热炉中加热，由于加热时间长，被加热件易氧化。另外，由于预热件从加热炉中取出到浇注，这中间的时间一般不易控制，导致复合前预热件的实际温度变化较大，无法稳定地保证复合界面的质量。而采用高温金属液对固体部分进行长时间的冲刷，加热效率低，浪费大量的高温金属，同时由于固体部分的激冷作用，在液体金属浇入铸型后靠近固体部分的液体金属立即在固体表面凝固，这层快速凝固的金属中极易出现裂纹，使用中裂纹扩散。因此采用这种工艺，在工作过程中极易出现锤端断裂和脱落掉块，不仅造成锤头本身的损坏，还可能造成重大设备及人身事故，尽管这种工艺研究较多，但真正能在生产中应用的较少。

利用具有高硬度的高铬铸铁制作锤头的端部，用韧性金属制作锤头的柄部制造的双金属复合锤头，是目前较为理想的一种，但其制作工艺还较为复杂难以保证质量。为提高金属耐磨材料的抗磨性能，满足应用要求，近年来，国内外开展了大量的研究，开发出了大量的新型高性能耐磨材料。中国发明专利CN1039267公开了一种耐磨高铬铸铁的组成及其制备工艺，该材料的化学成分（按重量百分比）为：2.9～3.2%C，0.4～0.8%Si，0.4～1.0%Mn，1.2～2.0%Mo，18.0～20.0%Cr，4.0～5.0%V，0.8～1.2%Cu，0.05～0.5%RE，P＜0.08%，S＜0.05%，其余为铁。该耐磨高铬铸铁与普通耐磨材料相比，具有耐磨损，机械性能好，热处理工艺简单，能耗低等优点，适合于制作工作环境苛刻的耐磨零部件。但该种耐磨铸铁中含有较多的钒、钼等合金元素，生产成本高，且还存在着高温热处理时易开裂，材料的脆性大，使用中易剥落甚至开裂等不足。为了提高高铬白口铸铁的韧性，中国发明专利CN1115339公开了铬系白口铸铁复合孕育剂，该孕育剂选用对铬系白口铸铁凝固起孕育作用的C、Cr、Fe三元素的同时，通过添加Si、Mg、RE合金元素，以改变第二相形态和分布，起到对金属熔体的变质作用，在工艺上采用了孕育与变质相结合的技术路线。采用该发明可以使铬系白口铸铁的冲击功达到4.5J，使冲击韧性提高60%，断裂韧性达到32MPa.m^1／2，提高30%，抗拉强度达到668MPa。但该材料的脆性仍然较大，在重载、冲击磨损工况下使用，安全可靠性较低。

硼是我国富产元素，总贮量占世界第五位。大量研究表明，在钢中加入适量硼，通过调节合金中硼含量和碳含量可以实现对硼化物体积百分数及基体含碳量的控制，使材料具有优异的耐磨性和强韧性。在白口铸铁中加入微量硼还可以细化共晶碳化物，改善碳化物的形态和分布，提高白口铸铁力学性能。在工程应用中已经证实，硼加入结构钢中可以代替一部分或全部镍、铬、锰、钼等，在汽车工业中用硼钢代替40Cr钢，其使用寿命不低于铬钢。开发以硼为主要合金元素的金属耐磨材料，使其具有良好的淬硬性和淬透性，贵重合金元素加入量少，生产成本低廉，熔炼工艺简单，成形性好，无污染，同时采用金属熔体净化和变质处理工艺，改善含硼合金材料的组织形态，使其具有良好的强韧性和耐磨性，在耐磨材料领域将具有广泛的应用前景。为此中国发明专利CN1624180公开了一种高硼铸造铁基耐磨合金及其热处理方法，该高硼铸造铁基耐磨合金的主要化学成分（重量%）为：0.15～0.70%C，0.3～1.9%B，0.4～0.8%Si，0.6～1.3%Mn，0.3～0.80%Cr，0.05～0.25%Ce，0.02～0.10%La，0.005～0.018%Ca，0.04～0.18%K，0.08～0.25%Al，P＜0.04%，S＜0.04%，其余为Fe。该合金经热处理后可以获得板条状马氏体加高硬度硼化物组成的复合组织，使材料具有较好的综合性能，但硼化物呈连续网状分布，使材料的脆性较大。为提高高硼合金韧性，国内外进行了大量的研究。中国发明专利CN1804091公开了铸造高硼耐磨合金的韧化方法，该方法是将化学成分为：0.30～0.35%C，1.0～1.5%B，0.6～0.8%Si，0.8～1.0%Mn，P＜0.04%，S＜0.04%，其余为Fe、Ti和不可避免的杂质元素，其中Ti是由变质剂钛铁带入的。其韧化方法为：先将钢液熔炼并用铝脱氧后，加入变质剂钛铁合金进行变质处理，待化清扒渣后进行浇注，浇注完成后进行韧化热处理，韧化热处理温度为1020℃～1050℃，保温时间为2～3小时，然后进行淬火或正火，最后回火：变质剂钛铁合金用量为铸造高硼耐磨合金的0.75～1.0%。经韧化处理后的砂型铸造高硼耐磨合金的共晶硼化物呈孤立状分布在基体中。由于该工艺没有将硼化物变成颗粒状，仅仅是大块状分布，因此仍然存在材料的脆性大，韧性不太高，仅为12.5J，无法满足在重载、冲击磨损工况下的安全使用。

前苏联专利号SUl,447,926公开的一种“高强度和高冲击韧性高硼合金制造方法”，该高硼合金的化学成分为：0.2～0.50%C，2.1～3.5%B，0.15～0.6%Si，0.25～0.80%Mn，0.2～0.80%Sb，该合金组成中含有较多的锑，将显著增加高硼合金的生产成本，且含硼量较高，合金组织中硼化物数量增加，不利于高硼合金韧性的改善。

为提高高铬铸铁的耐磨性能，降低高铬铸铁的生产成本，日本专利JP3150334-A、JP93041691-B公开了一种含硼高铬铸铁，其主要化学成分为：2.7～3.5%C，0.2～1.0%Si，0.5～1.5%Mn，27～34%Cr，0.5～2.0%Mo，0.5～2.0%W，≤0.1%B，该高硼高铬铸铁经过950～1100℃正火和200～500℃回火后，硬度达到62HRC以上，冲击强度超过0.23。由于硼含量较少，为了提高淬透性，因此在合金中加入了0.5～2.0%Mo，且含铬量较高，增加了生产成本。

为降低生产成本，提高高铬铸铁的性能，中国发明专利CN101260497A公开了含硼高铬耐磨铸铁及其制造方法，其特征在于含硼高铬耐磨铸铁的化学成分为（重量%）：2.5～3.5%C，15～28%Cr，0.5～1.2%Si，0.5～1.2%Mn，0.15～0.3%B，0.008～0.03%Ca，0,03～0.08%Ba，0.02～0.05%Sr，0.03～0.08%Al，0.20～0.50%Ti，0.02～0.06%La，0.02～0.06%Ce，P＜0.04%，S＜0.04%，其余为Fe，且0.05%≤La+Ce≤0.10%，6.0≤Cr+C≤8.0。该硼高铬耐磨铸铁的制造方法为：将废钢、铬铁和生铁混合放入炉中加热熔化，铁水熔清后加入硅铁和锰铁调整成分合格后将温度升至1560～1600℃，加入硅钙合金预脱氧，预脱氧1～2分钟后，加入铝终脱氧，终脱氧1～2分钟后，加入钛铁，钛铁加入1～2分钟后，加入硼铁，硼铁加入1～2分钟后出炉；将钡硅合金、锶硅合金、铝、钛铁、硼铁和镧铈混合稀土破碎至粒度为4～10mm的小块，经150～180℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对铁水进行变质处理，然后将变质处理后的铁水温度在1420～1480℃浇注成铸件；将所浇注的铸件在980～1050℃经4～6小时保温后进行正火处理，然后在250～500℃进行回火处理，回火保温时间8～10小时，制得含硼高铬耐磨铸铁。该发明与已有技术相比具有以下优点：①采用廉价硼取代昂贵的钼、镍等合金元素，改善高铬铸铁的淬透性，降低高铬铸铁生产成本30～50%。②采用镧铈混合稀土、钛、钙、锶、钡、铝等元素细化凝固组织，减轻元素偏析，改善碳化物形态和分布，提高含硼高铬耐磨铸铁的强度和韧性，其中抗拉强度超过580MPa,冲击韧性大于10J／cm²，硬度大于62HRC。③采用硅-钙合金脱氧，铝终脱氧，同时采用钛固定铁液中的氮，稳定并提高了硼元素的收的率，硼的收的率大于92%，比普通方法提高硼收的率10%以上，使含硼高铬铸铁性能稳定。④该含硼高铬铸铁具有优异的耐磨性，达到甚至超过了含钼、镍高铬白口铸铁水平。但该含硼高铬耐磨铸铁由于含硼量小（0.15～0.3%），合金中的硼化物含量少，使其耐磨性能仍然较低；由于含硼高铬耐磨铸铁中的碳含量高（2.5～3.5%C），使其韧性较低，在重载、大冲击磨损工况下使用其安全性能差；由于采用较多的合金进行变质处理，造成变质处理工艺复杂，成本增加。

含硼高铬铸铁尽管具有良好的耐磨性能，但是硼元素的加入造成碳化物数量和硼化物数量的增加，将引起高铬铸铁合金的韧性降低，如果要提高韧性则需加入钼、镍等昂贵合金元素，使生产成本增加。因此，含硼高铬铸铁虽然在国内外均进行了研究，但由于其强度和韧性未有得到解决，致使其一直未能得到广泛推广和应用。

众所周知，材料在巨大局部载荷作用下不损坏的关键是具有韧性好的基体。为此，近年来，国内外开展了奥氏体高铬铸铁的研究和开发，已取得了较好的应用效果。亚稳奥氏体基耐磨材料在使用中的一个显著特点就是具有加工硬化性能。此种材料工作时，奥氏体基体可承受局部冲击，且产生一定的加工硬化效果，在较大的冲击力或摩擦力作用下，处于亚稳状态下的奥氏体基耐磨材料表层发生塑性变形，诱发材料表面组织中的奥氏体向马氏体转变，产生强烈的加工硬化现象，使材料表层不断的层层硬化，硬度比使用前急剧提高。根据冲击摩擦能量大小的不同，表层硬度约提高HRC(5～15)个单位。同时由于硼化物颗粒增强耐磨材料心部仍保持奥氏体组织所有的强韧性，能抑制裂纹的扩展作用，降低了硼化物颗粒增强耐磨材料的破裂和剥落倾向，尤其是降低了硼化物、碳化物断裂和剥落的程度，极大地提高了合金的抗冲击磨损能力。可以说，碳化物和奥氏体双相组织在磨损过程中互相支撑，相得益彰。具有这样显微组织的材料能够承受恶劣的工作条件。在合适的工作条件下，其抗磨性可达到甚至超过热处理状态的马氏体白口铸铁。

由于亚稳奥氏体塑性变形能力较好，它与碳化物界面的结合强度也较高，同时在冲击作用下，由于能产生加工硬化而使材料表面硬度提高，从而起到支撑和保护碳化物的作用。而马氏体基体由于变形能力小，抵抗裂纹扩展能力差，当物体在马氏体表面发生磨损时，材料表面局部区域受很大应力，极易使裂纹扩展，对硬脆的硼化物和碳化物破坏作用很大。在冲击和凿削作用下极容易产生疲劳剥落和脆性剥落致使失重量增大，这时需要提高材料的显微韧性，增加局部应力集中的缓和能力才可以提高耐磨性。因此,在冲击磨损条件下，马氏体基体材料的耐磨性不如奥氏体基体的好。

但是，铸造合金所形成的奥氏体基体的亚稳状态，与碳钢的残余奥氏体不同，它要具有一定的相对稳定性，而在摩擦磨损时表层又易于形变诱发马氏体相变。同时，这种合金还有较高的冲击韧性。

更为重要的是,当耐磨材料的奥氏体组织处于亚稳状态时，在摩擦磨损过程中，表层奥氏体基体产生大量位错和层错。不同滑移系中的位错相互交截、缠结、制约着彼此运动，从而形成位错丛聚，构成亚晶界位错墙。而位错丛聚区及层错区也正是α马氏体和ε马氏体的形核地，在摩擦应力作用下，表层亚稳奥氏体在磨损过程中诱发(α+ε)马氏体相变，从而磨损表面以形成α马氏体为主，次表层以形成ε马氏体为主，使表层硬度得以大幅度提高，远远大于普通奥氏体加工硬化所达到的硬度。并且形成一个从表层向心部的负的硬度梯度，增强了合金的抗冲击磨损能力。另外,由于合金中的奥氏体基体处于亚稳状态，当表面诱发相变马氏体硬化层磨掉之后，下面的奥氏体在摩擦应力作用下继续诱发相变马氏体产生。从能量角度来看，表层亚稳奥氏体在磨损过程中诱发马氏体相变，必然要吸收和消耗部分能量。这样，就造成磨损破裂的畸变能中有一部分消耗于这种组织转变，从而使材料磨损减少，即材料耐磨性提高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提出了一种复合锤头的镶铸工艺，解决了现有双金属复合技术所存在的弊端和不足，且所生产的锤头不耐用使用寿命短，锤头更换频繁和生产成本高的问题。提供了一种以硬度高、耐磨性好，并具有高强韧性、高硼化物含量的具有高硬度的铬及铬的碳化物作为耐磨合金的硬质相，硼化物镶嵌在髙韧性的马氏体基体上，获得具有髙强韧性、高耐磨性，低成本双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头及其制备方法。

为实现上述目的，本发明可以通过以下基本化学成分的设计和技术方案来实现，包括以下步骤：

（1）锤头和锤柄材料成分设计：

①锤头材料化学成分及其质量百分比为；0.3～1.0％C，0.6～2.2％B，18.0～26.0％Cr，0.6～1.0％Si，3.4～5.4％Mn，0.2～0.5%Mo，0.5～1.5%Cu，0.4～0.80％Al，0.40～0.90％Ti，0.1～0.4%V，0.10～0.25%Ca，0.05～0.3%Ce，0.05～0.2%Y，0.04～0.18%N，0.06～0.15Ba，0.04～0.13%K，S＜0.03%,P＜0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。

②锤柄材料化学成分及其质量百分比为；低碳贝氏体钢的化学组成及其质量分数是：0.20～0.35％C，2.50～3.00％Mn，1.00～1.70％Si，0.02～0.08N，0.003～0.010％B，0.03～0.07％Nb，0.010～0.020％Ba，0.05～0.25％ReSiMg,＜0.03％S,＜0.04％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素；

或者直接采用低合金钢、合金铸钢材料；

本发明所提供的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头及其制备方法,其制造工艺步骤是：

（1）供硼剂和变质孕育剂制造：

将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60～100目的粉末,将60～100目的BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄和变质元素稀土Ce、Y一起按照质量百分比0.6～2.2％B，0.40～0.90％Ti，0.1～0.4%V，0.40～0.90％Ti，0.10～0.25%Ca，0.05～0.3%Ce，0.05～0.2%Y，0.04～0.18%N，0.06～0.15Ba，0.04～0.13%K，配比后混合均匀，采用厚度0.12～0.25mm低碳钢钢带包装，滚轧成直径8～15mm金属包芯线，或者直接装入低碳钢管中；

（2）锤柄制造

先在电炉内熔炼锤柄材料，将废钢在电炉中熔化，钢水熔清后加入硅铁、锰铁，控制碳含量达到要求，炉前调整成分达到所设计的锤柄材料化学成分后，将熔体温度升高至1560～1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

将硼铁、铌铁、Ba、Si₃N₄、ReSiMg破碎成3～6mm的颗粒，烘烤到200℃后放到钢包的底部，浇入熔炼好的锤柄钢液，然后浇入锤柄铸型中，浇注成所需形状的低碳贝氏体钢锤柄预制件；

(3)造型：

将铸造好的低碳贝氏体钢锤柄或者直接采用低合金钢、合金铸钢材料预制件经清沙、打磨后，对待与锤端接触部位先进行喷砂毛化，使其表面粗糙度达到250～350μm，然后用稀盐酸浸洗，除去表面杂质及氧化皮，并在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，再在其表面涂覆一层防氧化涂料，然后将锤柄8预制件套上锤端消失模，放入砂箱6中直接造型；锤头1呈圆周方向或者矩形方向呈垂直状均匀布置在沙箱6的型砂中，在沙箱6的中部设有直浇道5和内浇道3，在直浇道5的上部设有浇注杯4，在锤头1的上部设有冒口2，锤头1、冒口2和浇注系统中的直浇道5和内浇道3采用消失模型；在沙箱的外部安装有中频感应线圈7；

（4）锤头材料熔炼

将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入钼铁、铜板、硅铁、锰铁、钒铁、铝，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560～1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

（5）加硼和变质孕育处理

将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机，按照所需质量百分比含量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂钢管，按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或者直接添加到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理；

（6）浇注复合成型

启动电磁感应加热电源，通过安装在沙箱外部的感应加热器对沙箱内的锤柄进行表面加热，待加热到820℃～1000℃后，将冶炼好的并经变质孕育处理后的所需复合成分的锤头金属液按照所预定的浇注程序通过浇注杯浇入直浇道和内浇道，浇注温度为1400～1500℃；在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，待金属液将锤柄完全包覆后至充满整个冒口，停止浇注，感应加热器继续进行加热10～50分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，所得到的双金属锤头复合界面为完全冶金结合，然后停止加热，经4～8小时铸件冷却后，将砂型整体吊出，开箱空冷铸件；

（7）热处理

铸件经清砂、打磨后，在加热炉内以＜100℃/h升温速度，将复合锤头加热至920～980℃，保温1～4小时后，出炉强制风冷铸件，当温度降至150℃以下时，重新将铸件入炉加热至420～450℃，保温8～12小时，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，即可获得低碳贝氏体钢的锤柄10与高硼钢耐磨锤头9复合在一起的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头。

所述锤柄表面防氧化涂料的成分为Na2B407，Si02，Na20，K20，A1203，CaO其中的一种或多种成分组成；

所述锤柄表面防氧化涂料涂覆厚度为1.0～1.5mm；

所述的供硼剂为工业BC、B₂O₃、BN，其中BC含量为50～60%，其中B₂O₃含量为20～30%，BN含量为10～20%；

所述的B₂O₃供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后制得，采用剂稀土和硅铁在钢水中直接还原成B；

所述的N源为VN、Si₃N₄和含氮铬铁；

所述的变质孕育剂为稀土Ce、Y、氧化钾、硅钙钡合金。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明由于采用廉价的工业BC、B₂O₃、BN取代硼铁为供硼源，硼的加入量偏差波动小，且减少了钢水冶炼时含硼合金的添加量，提高了硼的收的率；由于采用喂线工艺或者插管工艺添加硼，使每个细小的供硼源颗粒都可以得到钛和变质孕育剂的充分保护，减少了硼在钢水中的氧化，硼的损失小回收率高，硼的回收率稳定在93%以上，降低了成本。

2、本发明为了简化复合锤头成形工艺，在双金属复合锤头包覆铸造中，采用型内整体感应加热复合铸造工艺，该工艺具有如下优点:①锤柄采用型内感应加热，加热方便，速度快，加热效率高，加热时间容易控制，表面温度变化小，且不易氧化，有利于界面的冶金结合；②由于电磁力的作用，增加了液体金属对固体锤柄表面的冲刷时间，促进了两者之间的物质和能量交流，提高了原子扩散能量，增强了金属液与固体表层的金属原子间交换几率，从而大大提高了界面的冶金结合；③金属液在电磁力的搅拌作用下，增强了流动性，使金属液在固体表面的快速凝固层重熔，并打破了枝晶末端，细化晶粒，使整个锤端组织均匀。④整个过程锤柄的加热在型内直接进行，无须在加热后来回移动和定位，保证了工件的定位准确和尺寸精度，无需来回移动和定位，提高了生产效率，同时劳动环境较好。

3、本发明复合锤头的锤柄采用强韧性好的低碳贝氏体钢，通过将碳含量控制在0.18～0.24％，锰含量控制在2.50～3.00％，硅含量控制在1.00～1.70％，通过加入微量的稀土Ce、Y元素细化铸钢晶粒，限制树枝晶偏析，提高材料的力学性能，加入微量Nb和N元素细化晶粒，提高钢的强度和韧性，加入微量硼改善钢的淬透性，并能促进贝氏体的形成，微量Ca和Ba的加入，可减少钢中的加杂物，并改善夹杂物形态和分布，有利于提高钢的强度和韧性。因此，本发明的低碳贝氏体钢铸态硬度低，小于22HRC，有利于随后的喷砂毛化操作。

4、本发明复合锤头的锤端采用耐磨性好的高硼高铬钢，高硼高铬钢中的主要元素是硼，硼与铁化合，可以获得高硬度的Fe2B相，有利于提高合金耐磨性，加入18.0～26.0％的铬，一方面利用铬形成高硬度含铬碳化物，另一方面，是为了提高合金淬透性，铬的加入还有提高材料高温淬火时的抗氧化烧损作用，加入3.6～5.5％的锰，在提高合金淬透性的同时，可以形成亚稳奥氏体组织，提高锤头的强韧性，增加安全性能，加入铜可以增加合金的奥氏体组织，提高合金的硬度和塑性，加入铝，可促使碳化物和硼化物断网和孤立分布，从而降低合金脆性，加入Ti、V和Ce，除了细化晶粒外，钛和硼结合，生成高硬度TiB2、VB2和VC颗粒，有利于进一步提高合金耐磨性。

5、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头，通过在基体中添加奥氏体化合金元素锰,使其形成含硼亚稳奥氏体基体，形成铸态奥氏体组织，通过采用微量元素变质处理使铁－硼合金中硼化物团球化，使Fe-Cr-B合金组织中原先呈连续地、网状分布的硼化物M₂B转变为孤立的团球状均匀地分布在基体上，从而大幅度的提高材料的冲击韧性。在冲击磨损条件下，奥氏体组织因摩擦形变产生大量位错、层错而诱发马氏体相变，使硬度急剧升高而抗磨。而且，次表层的奥氏体易于变形，从而减缓了疲劳裂纹的产生和发展，尤其是降低了硼化物、碳化物断裂和剥落的程度。使硼化物、碳化物和奥氏体双相组织在磨损过程中互相支撑，相得益彰，从而使其达到高硬度材料的水平并保持有足够高的强韧性和高抗冲击耐磨性、抗冲刷腐蚀性能的综合性能指标，从而实现其在高冲击磨损工况下等高可靠性磨损领域的工业化应用。

6、为了进一步改善锤柄和锤端的复合质量，高硼高铬钢熔液浇注前，通过在其表面涂覆一层1.0～1.5mm的防氧化涂料，在浇注初期，能够包裹低碳贝氏体钢锤柄预制件，减小氧化程度，同时防氧化涂料受热熔化后发生分解，反应产物B2O3可溶解锤柄预制件表面的氧化膜、净化其表面，提高其润湿能力。经过活化处理的锤柄预制件在铸型不预热处理的情况下，与锤端高硼耐磨合金结合良好。

7、本发明的高硼高铬钢通过所发明的热处理工艺，可确保锤头获得高硬度的马氏体，锤柄获得强韧性好的贝氏体组织。通过高温回火后，可以稳定复合锤头组织，消除内应力，确保复合锤头的安全使用。

8、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头由于采用廉价的硼取代昂贵的镍等合金，可比高铬铸铁降低生产成本30～50%，具有较低的生产成本；并具有良好的抗断裂韧性、耐热疲劳性和抗热冲击性能。

9、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头由于基体中含碳量低，因而具有较高的耐冷热疲劳性、抗断裂韧性和抗热冲击性能，可以满足热作工况对模具材料的要求。

10、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头由于含有大量的高硬度硼化物，除了改善淬透性外，可以大幅度的提高耐磨性能，可比高铬白口铸铁提高30～50%。

11、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头由于含有大量的铬，具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性能。

12、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头可以采用普通电炉熔炼，原料选用普通废钢、铬铁、铜板、锰铁、硅铁、硼铁直接生产，采用钛铁、铈基稀土和含氮物质及碱金属钾进行包内冲入法复合变质孕育处理。经变质处理后的合金中的硼化物呈孤立的团球状均匀地分布在强韧性好的马氏体基体上，使冲击韧性得到明显的改善，冲击韧性ak达到10～12J/cm2,较之变质处理前提高约30%，生产工艺简便。

13、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头具有很好的流动性和铸造成性能，铸件不易沾砂，浇冒口易于清理，可以直接铸造成各种形状的产品。

14、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头可以在920～980℃范围内的温度下进行热处理，使其硬化以形成亚稳奥氏体，然后采用空冷硬化，以便在合金基体中形成马氏体组织，可以通过不同的回火工艺，使合金硬化后的硬度达到HRC50～65，硬度变化范围大，可以满足不同工况的使用要求，热处理工艺简单，成本低廉。

15、本发明的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头，锤柄的强度高(抗拉强度超过1200MPa)，韧性好(冲击韧性大于60J/cm2)，锤头端硬度高(硬度大于62HRC)，锤柄和锤端结合牢靠，可确保复合锤头的安全使用；使复合锤头的使用寿命比高锰钢锤头提高3倍以上。

附图说明

图1为本发明双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头复合铸造装配图，其中1为锤头，2为冒口，3为内浇道，4为浇注杯，5为直浇道，6为沙箱，7为频感应线圈，8为锤柄。

图2为本发明双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头复合铸造装配图1的俯视图。

图3为本发明双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头结构图，其中1为锤头，8为锤柄。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详述。

实施例1

（1）锤头和锤柄材料成分设计：

①高硼高铬钢锤头材料化学成分及其质量百分比为；0.4％C，0.8％B，18.0％Cr，0.6％Si，3.90％Mn，0.30%Mo，0.7%Cu，0.4％Al，0.40％Ti，0.2%V，0.10%Ca，0.15%Ce，0.08%Y，0.07%N，0.06，0.04%K，S＜0.03%,P＜0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。

②锤柄材料化学成分及其质量百分比为；低碳贝氏体钢的化学组成及其质量分数是：0.20％C，2.50％Mn，1.00％Si，0.02N，0.005％B，0.03％Nb，0.010％Ba，0.05％ReSiMg,＜0.03％S,＜0.04％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素。

制造工艺步骤是：

（1）供硼剂和变质孕育剂制造：

将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60～100目的粉末,将60～100目的BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄和变质元素稀土Ce、Y一起按照质量百分比0.8％B，0.2%V，0.40％Ti，0.10%Ca，0.15%Ce，0.08%Y，0.07%N，0.06，0.04%K，配比后混合均匀，采用厚度0.12mm低碳钢钢带包装，滚轧成直径10mm金属包芯线，或者直接装入低碳钢管中；

（2）锤柄制造

先在电炉内熔炼锤柄材料，将废钢在电炉中熔化，钢水熔清后加入硅铁、锰铁，控制碳含量达到要求，炉前调整成分达到所设计的锤柄材料化学成分后，将熔体温度升高至1580℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

将硼铁、铌铁、Ba、Si₃N₄、ReSiMg破碎成3～6mm的颗粒，烘烤到200℃后放到钢包的底部，浇入熔炼好的锤柄钢液，然后浇入锤柄铸型中，浇注成所需形状的低碳贝氏体钢锤柄预制件；

(3)造型：

将铸造好的低碳贝氏体钢锤柄预制件经清沙、打磨后，对待与锤端接触部位先进行喷砂毛化，使其表面粗糙度达到250～350μm，然后用稀盐酸浸洗，除去表面杂质及氧化皮，并在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，再在其表面涂覆一层防氧化涂料，然后将锤柄8预制件套上锤端消失模，放入砂箱6中直接造型；锤头1呈圆周方向或者矩形方向呈垂直状均匀布置在沙箱6的型砂中，在沙箱6的中部设有直浇道5和内浇道3，在直浇道5的上部设有浇注杯4，在锤头1的上部设有冒口2，锤头1、冒口2和浇注系统中的直浇道5和内浇道3采用消失模型；在沙箱的外部安装有中频感应线圈7；

（4）锤头材料熔炼

将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入钼铁、铜板、硅铁、锰铁、钒铁、铝，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1580℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

（5）加硼和变质孕育处理

将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机，按照所需质量百分比含量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂钢管，按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或者直接添加到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理；

（6）浇注复合成型

启动电磁感应加热电源，通过安装在沙箱外部的感应加热器对沙箱内的锤柄进行表面加热，待加热到820℃后，将冶炼好的并经变质孕育处理后的所需复合成分的锤头金属液按照所预定的浇注程序通过浇注杯浇入直浇道和内浇道，浇注温度为1430℃；在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，待金属液将锤柄完全包覆后至充满整个冒口，停止浇注，感应加热器继续进行加热10分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，所得到的双金属锤头复合界面为完全冶金结合，然后停止加热，经4小时铸件冷却后，将砂型整体吊出，开箱空冷铸件；

（7）热处理

铸件经清砂、打磨后，在加热炉内以＜100℃/h升温速度，将复合锤头加热至940℃，保温2小时后，出炉强制风冷铸件，当温度降至150℃以下时，重新将铸件入炉加热至420℃，保温12小时，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，即可获得低碳贝氏体钢的锤柄10与高硼钢耐磨锤头9复合在一起的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头。

所述锤柄表面防氧化涂料的成分为Na2B407，Si02，Na20，K20，A1203，CaO其中的一种或多种成分组成；

所述锤柄表面防氧化涂料涂覆厚度为1.0～1.5mm；

所述的供硼剂为工业BC、B₂O₃、BN，其中BC含量为55%，其中B₂O₃含量为25%，BN含量为20%；

所述的B₂O₃供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后制得，采用剂稀土和硅铁在钢水中直接还原成B；

所述的N源为VN、Si₃N₄和含氮铬铁；

所述的变质孕育剂为稀土Ce、Y、氧化钾、硅钙钡合金。

实施例2

本发明可以通过以下基本化学成分的设计和技术方案来实现，包括以下步骤：

（1）锤头和锤柄材料成分设计：

①高硼高铬钢锤头材料化学成分及其质量百分比为；0.60％C，1.4％B，20.0％Cr，0.80％Si，4.0％Mn，0.2%Mo，0.7%Cu，0.6％Al，0.70％Ti，0.30%V，0.20%Ca，0.20%Ce，0.15%Y，0.14%N，0.08，0.09%K，S＜0.03%，P＜0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

②锤柄材料直接采用低合金钢。

制造工艺步骤是：

（1）供硼剂和变质孕育剂制造：

将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60～100目的粉末,将60～100目的BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄和变质元素稀土Ce、Y一起按照质量百分比1.40％B，0.30%V，0.70％Ti，0.20%Ca，0.20%Ce，0.15%Y，0.14%N，0.08Ba，0.09%K，配比后混合均匀，采用厚度0.12～0.25mm低碳钢钢带包装，滚轧成直径8～15mm金属包芯线，或者直接装入低碳钢管中；

(2)造型：

将制造好的低合金钢锤柄预制件经清沙、打磨后，对待与锤端接触部位先进行喷砂毛化，使其表面粗糙度达到250～350μm，然后用稀盐酸浸洗，除去表面杂质及氧化皮，并在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，再在其表面涂覆一层防氧化涂料，然后将锤柄8预制件套上锤端消失模，放入砂箱6中直接造型；锤头1呈圆周方向或者矩形方向呈垂直状均匀布置在沙箱6的型砂中，在沙箱6的中部设有直浇道5和内浇道3，在直浇道5的上部设有浇注杯4，在锤头1的上部设有冒口2，锤头1、冒口2和浇注系统中的直浇道5和内浇道3采用消失模型；在沙箱的外部安装有中频感应线圈7；

（3）锤头材料熔炼

将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入钼铁、铜板、硅铁、锰铁、钒铁、铝，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560～1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

（4）加硼和变质孕育处理

将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机，按照所需质量百分比含量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂钢管，按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或者直接添加到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理；

（5）浇注复合成型

启动电磁感应加热电源，通过安装在沙箱外部的感应加热器对沙箱内的锤柄进行表面加热，待加热到920℃后，将冶炼好的并经变质孕育处理后的所需复合成分的锤头金属液按照所预定的浇注程序通过浇注杯浇入直浇道和内浇道，浇注温度为1480℃；在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，待金属液将锤柄完全包覆后至充满整个冒口，停止浇注，感应加热器继续进行加热25分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，所得到的双金属锤头复合界面为完全冶金结合，然后停止加热，经6小时铸件冷却后，将砂型整体吊出，开箱空冷铸件；

（6）热处理

铸件经清砂、打磨后，在加热炉内以＜100℃/h升温速度，将复合锤头加热至960℃，保温2.6小时后，出炉强制风冷铸件，当温度降至150℃以下时，重新将铸件入炉加热至435℃，保温10小时，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，即可获得低碳贝氏体钢的锤柄10与高硼钢耐磨锤头9复合在一起的双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头。

所述锤柄表面防氧化涂料的成分为Na2B407，Si02，Na20，K20，A1203，CaO其中的一种或多种成分组成；

所述锤柄表面防氧化涂料涂覆厚度为1.0～1.5mm；

所述的供硼剂为工业BC、B₂O₃、BN，其中BC含量为50%，其中B₂O₃含量为30%，BN含量为10%；

所述的B₂O₃供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后制得，采用剂稀土和硅铁在钢水中直接还原成B；

所述的N源为VN、Si₃N₄和含氮铬铁；

所述的变质孕育剂为稀土Ce、Y、氧化钾、硅钙钡合金。

实施例3

本发明可以通过以下基本化学成分的设计和技术方案来实现，包括以下步骤：

（1）锤头和锤柄材料成分设计：

①锤头材料化学成分及其质量百分比为；1.0％C，2.0％B，26.0％Cr，1.0％Si，5.2％Mn，0.5%Mo，1.5%Cu，0.80％Al，0.90％Ti，0.4%V，0.25%Ca，0.3%Ce，0.2%Y，0.18%N，0.15Ba0.13%K，S＜0.03%,P＜0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质元素。

②锤柄材料化学成分及其质量百分比为；低碳贝氏体钢的化学组成及其质量分数是：0.35％C，3.00％Mn，1.70％Si，0.08N，0.010％B，0.07％Nb，0.020％Ba，0.25％ReSiMg,＜0.03％S,＜0.04％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素。

制造工艺步骤是：

（1）供硼剂和变质孕育剂制造：

将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60～100目的粉末,将60～100目的BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄和变质元素稀土Ce、Y一起按照质量百分比2.0％B，0.4%V，0.4%V，0.25%Ca，0.3%Ce，0.2%Y，0.18%N，0.15Ba0.13%K配比后混合均匀，采用厚度0.12～0.25mm低碳钢钢带包装，滚轧成直径8～15mm金属包芯线，或者直接装入低碳钢管中；

（2）锤柄制造

先在电炉内熔炼锤柄材料，将废钢在电炉中熔化，钢水熔清后加入钼铁、硅铁、锰铁，控制碳含量达到要求，炉前调整成分达到所设计的锤柄材料化学成分后，将熔体温度升高至1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

将硼铁、铌铁、Ba、Si₃N₄、ReSiMg破碎成3～6mm的颗粒，烘烤到200℃后放到钢包的底部，浇入熔炼好的锤柄钢液，然后浇入锤柄铸型中，浇注成所需形状的低碳贝氏体钢锤柄预制件；

(3)造型：

将铸造好的低碳贝氏体钢锤柄预制件经清沙、打磨后，对待与锤端接触部位先进行喷砂毛化，使其表面粗糙度达到250～350μm，然后用稀盐酸浸洗，除去表面杂质及氧化皮，并在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，再在其表面涂覆一层防氧化涂料，然后将锤柄8预制件套上锤端消失模，放入砂箱6中直接造型；锤头1呈圆周方向或者矩形方向呈垂直状均匀布置在沙箱6的型砂中，在沙箱6的中部设有直浇道5和内浇道3，在直浇道5的上部设有浇注杯4，在锤头1的上部设有冒口2，锤头1、冒口2和浇注系统中的直浇道5和内浇道3采用消失模型；在沙箱的外部安装有中频感应线圈7；

（4）锤头材料熔炼

将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入铜板、硅铁、锰铁、钒铁、铝，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560～1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

（5）加硼和变质孕育处理

将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机，按照所需质量百分比含量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂钢管，按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或者直接添加到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理；

（6）浇注复合成型

启动电磁感应加热电源，通过安装在沙箱外部的感应加热器对沙箱内的锤柄进行表面加热，待加热到980℃后，将冶炼好的并经变质孕育处理后的所需复合成分的锤头金属液按照所预定的浇注程序通过浇注杯浇入直浇道和内浇道，浇注温度为1500℃；在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，待金属液将锤柄完全包覆后至充满整个冒口，停止浇注，感应加热器继续进行加热30分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，所得到的双金属锤头复合界面为完全冶金结合，然后停止加热，经8小时铸件冷却后，将砂型整体吊出，开箱空冷铸件；

（7）热处理

铸件经清砂、打磨后，在加热炉内以＜100℃/h升温速度，将复合锤头加热至980℃，保温4小时后，出炉强制风冷铸件，当温度降至150℃以下时，重新将铸件入炉加热至450℃，保温12小时，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，即可获得低碳贝氏体钢的锤柄10与高硼钢耐磨锤头9复合在一起的双金属复合高韧性高硼高铬钢耐磨锤头。

所述锤柄表面防氧化涂料的成分为Na2B407，Si02，Na20，K20，A1203，CaO其中的一种或多种成分组成；

所述锤柄表面防氧化涂料涂覆厚度为1.0～1.5mm；

所述的供硼剂为工业BC、B₂O₃、BN，其中BC含量为50～60%，其中B₂O₃含量为20～30%，BN含量为10～20%；

所述的B₂O₃供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后制得，采用剂稀土和硅铁在钢水中直接还原成B；

所述的N源为VN、Si₃N₄和含氮铬铁；

所述的变质孕育剂为稀土Ce、Y、氧化钾、硅钙钡合金。

Claims (4)

1.一种双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头，其特征在于所属的合金钢的化学成分及其重量百分比为：

①锤头材料化学成分及其质量百分比为；0.6～1.1％C，1.1～1.8％B，6.0～10.0％Cr，0.3～0.7％Si，3.6～5.5％Mn，0.6～1.0％Al，0.50～0.80％Ti，0.1～0.5%V，0.3～1.0%Cu，0.10～0.25%Ca，0.05～0.3%Ce，0.05～0.2%Y，0.02～0.18%N，0.04～0.13%K，S＜0.03%,P＜0.04%,余量为Fe和不可避免的杂质元素；

②锤柄材料化学成分及其质量百分比为；低碳贝氏体钢的化学组成及其质量分数是：0.20～0.35％C，2.50～3.00％Mn，1.00～1.70％Si，0.02～0.08N，0.003～0.010％B，0.03～0.07％Nb，0.010～0.020％Ba，0.05～0.25％ReSiMg,＜0.03％S,＜0.04％P,余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.一种制备如权利要求1所述双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

（1）供硼剂和变质孕育剂制造

将钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁破碎成60～100目的粉末,将60～100目的BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄和变质元素稀土Ce、Y一起按照质量百分比1.1～1.8％B，0.1～0.3%V，0.50～0.80％Ti，0.10～0.25%Ca，0.05～0.3%Ce，0.05～0.2%Y，0.02～0.18%N，0.04～0.13%K，配比后混合均匀，采用厚度0.12～0.25mm低碳钢钢带包装，滚轧成直径8～15mm金属包芯线，或者直接装入低碳钢管中；

（2）锤柄制造

先在电炉内熔炼锤柄材料，将废钢在电炉中熔化，钢水熔清后加入钼铁、硅铁、锰铁，控制碳含量达到要求，炉前调整成分达到所设计的锤柄材料化学成分后，将熔体温度升高至1560～1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

将硼铁、铌铁、Ba、Si₃N₄、ReSiMg破碎成3～6mm的颗粒，烘烤到200℃后放到钢包的底部，浇入熔炼好的锤柄钢液，然后浇入锤柄铸型中，浇注成所需形状的低碳贝氏体钢锤柄预制件；

（3）造型

将铸造好的低碳贝氏体钢锤柄预制件经清沙、打磨后，对待与锤端接触部位先进行喷砂毛化，使其表面粗糙度达到250～350μm，然后用稀盐酸浸洗，除去表面杂质及氧化皮，并在酒精中漂洗干净，取出自然干燥，再在其表面涂覆一层防氧化涂料，然后将锤柄8预制件套上锤端消失模，放入砂箱6中直接造型；锤头1呈圆周方向或者矩形方向呈垂直状均匀布置在沙箱6的型砂中，在沙箱6的中部设有直浇道5和内浇道3，在直浇道5的上部设有浇注杯4，在锤头1的上部设有冒口2，锤头1、冒口2和浇注系统中的直浇道5和内浇道3采用消失模型；在沙箱的外部安装有中频感应线圈7；

（4）锤头材料熔炼

将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入铜板、硅铁、锰铁、钒铁、铝，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560～1620℃，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧；

（5）加硼和变质孕育处理

将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂金属包芯线通过喂线机，按照所需质量百分比含量加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或将（1）所制造的供硼剂和变质孕育剂钢管，按照所需质量百分比含量添加到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，或者直接添加到钢包内浇注的钢水中进行加硼和变质孕育处理；

（6）浇注复合成型

启动电磁感应加热电源，通过安装在沙箱外部的感应加热器对沙箱内的锤柄进行表面加热，待加热到820℃～1000℃后，将冶炼好的并经变质孕育处理后的所需复合成分的锤头金属液按照所预定的浇注程序通过浇注杯浇入直浇道和内浇道，浇注温度为1400～1500℃；在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，待金属液将锤柄完全包覆后至充满整个冒口，停止浇注，感应加热器继续进行加热10～50分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，所得到的双金属锤头复合界面为完全冶金结合，然后停止加热，经4～8小时铸件冷却后，将砂型整体吊出，开箱空冷铸件；

（7）热处理

铸件经清砂、打磨后，在加热炉内以＜100℃/h升温速度，将复合锤头加热至920～980℃，保温1～4小时后，出炉强制风冷铸件，当温度降至150℃以下时，重新将铸件入炉加热至420～450℃，保温8～12小时，炉冷至温度低于120℃后，出炉空冷至室温，即可获得低碳贝氏体钢的锤柄10与高硼钢耐磨锤头9复合在一起的双金属复合高韧性高硼钢耐磨锤头。

3.所述锤柄表面防氧化涂料的成分为Na2B407，Si02，Na20，K20，A1203，CaO其中的一种或多种成分组成；

所述锤柄表面防氧化涂料涂覆厚度为1.0～1.5mm；

所述的供硼剂为工业BC、B₂O₃、BN，其中BC含量为50～60%，其中B₂O₃含量为20～30%，BN含量为10～20%；

所述的B₂O₃供硼剂为工业硼砂或者硼酸经脱水后制得，采用剂稀土和硅铁在钢水中直接还原成B；

所述的N源为VN、Si₃N₄和含氮铬铁；

所述的变质孕育剂为稀土Ce、Y、氧化钾、硅钙钡合金。

4.一种制备如权利要求1所述双金属复合高韧性高硼高铬钢锤头，其特征在于：锤柄材料为或者直接采用低合金钢、合金铸钢材料。