CN105908071A - 一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料及双金属液复合锤头的制造方法 - Google Patents

一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料及双金属液复合锤头的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料，其柄部成分以质量％计C:0.25～0.60、Si:＜0.60、Mn:＜0.80、Cr:0.60～1.10、S,P:＜0.04、余量为铁；锤部成分以质量％计C:2.80～3.60、Si:＜1.00、Mn:＜0.80、Cr:18.00～23.00、Mo:0.30～1.00、V：0.10～0.70、Re:0.15～0.5、S,P:＜0.04、余量为铁。本发明还公开的双金属液复合锤头的制造方法。本发明的锤头的机械性能为：锤部HRC61～65，Ak3.5～4.5；柄部HRC20～50。

Description

一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料 及双金属液复合锤头的制造方法
技术领域
本发明涉及双金属液复合锤头制造方法，特别是采用一种新配方、双金属液复合浇注成型制造锤头的方法。
技术背景
锤头广泛应用于冶金、矿山、建材、水泥、耐火材料的破碎设备，锤头是这些破碎设备的主要磨损件，其质量的优劣直接影响到原料的质量和效率，也直接影响到产品的产量和经济技术指标。
目前破碎机中使用的锤头大多采用高锰钢整体成型、镶嵌式复合成型，也有采用双金属液复合成型。
前两种成型方法特点是成本低，按传统工艺操作，过程控制简单，但高锰钢锤头使用寿命不高是其致命缺点。
镶嵌式复合成型由于锤头重量、尺寸、结构外形的差别，导使锤头的柄部和锤部冶金结合不好或因此引起的热处理开裂等等诸多问题，在使用过程中出现断裂，由于锤部的化学成分设计不合理，使用寿命也普遍不高。
目前双金属液复合成型锤头在化学成分，锤部采用普通高铬铸铁，柄部采用铸钢，其特点是成本低，但使用寿命不高，尤其是柄部采用铸钢，在使用过程中出现柄部提前磨损而断裂的现象时常发生。
复合成型工艺有消失模工艺和(砂模)工艺，其方法是：制模(造型)——上涂料——填箱(合箱)——抽真空(紧固)——熔炼——浇注铸钢——浇注铸铁——冷却——岀箱，消失模工艺优点是可以串铸，生产效率高，成本低，但复合时间难以控制，一旦岀现复合失败造成整炉产品报废，消失模产品不便设置冷铁，壁厚不均的产品铸件容易出现缩孔、缩松、组织粗大等缺陷，容易出现砂气孔，最终影响产品的使用寿命，砂型工艺不设冷铁，复合时采用钢水定量法控制复合面位置，其优点成本低，操作简便，但也会使产品容易出现缩孔、缩松、组织粗大等缺陷，定量法由于钢包重量随时在变化，浇注实际重量不好掌握，会使复合面位置不稳定，最终影响产品的使用寿命。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术所存在的不足而提供一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料。
本发明的目的之二是针对现有技术所存在的不足而提供一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的方法，该方法生产出的锤头在不影响韧性的前提下硬度高，晶粒细化、组织致密，复合面稳定，旧砂回用率高，产品使用过程中不断裂，使用寿命长。
本发明通过如下技术方案来实现：
一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料，包括制备锤头柄部的铸钢合金和制造锤部的高铬合金；其中所述制备锤头柄部的铸钢合金以质量％计由以下元素组成：
C:0.25～0.60、Si:＜0.60、Mn:＜0.80、Cr:0.60～1.10、Mo:0.16～0.28、S,P:＜0.04、余量为铁；
所述制备锤头柄部的高铬合金以质量％计由以下元素组成：
C:2.80～3.60、Si:＜1.00、Mn:＜0.80、Cr:18.00～23.00、Mo:0.30～1.00、V：0.20～0.70、Re:0.15～0.5、S,P:＜0.04、余量为铁。
一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的方法，由以下步骤组成：
(1)采用水平分型垂直浇注方式制作锤头实型木样，选择铸件收缩率为2.0％～2.4％，锤头锤部朝上，在锤头柄部与锤头锤部的复合面以上7mm的平面上钻一直径为14mm、深度为15mm的孔，在所述复合面的侧面向上14mm处做出内浇口底线永久标示线，冒口与内浇口合二为一，冒口与内浇口连接时要求冒口底部和内浇口底部相平，内浇口兼具一个冒口颈的作用，是冒口补缩锤头锤部的补缩通道；所述锤头实型木样的尺寸为：根据模数法，冒口颈厚度取其锤部厚度的0.35～0.5，具体根据锤头的大小和实际情况而定，其他尺寸按：厚：高：宽＝1：1.6～2：0.85～1，冒口尺寸：冒口直径取1.4～1.7倍锤部厚度尺寸，高度取其直径的1.4～1.8倍；在所述锤头锤部厚度大于70mm的锤头锤部工作面上设置外冷铁，具体位置在溢流面以上不小于35mm的位置至顶端范围的平面上布设，外冷铁厚度是锤头锤部厚度的0.30～0.35倍，外冷铁厚：宽：长＝1：1.1～1.4：2.3～2.8，每块外冷铁间隔30mm，锤头锤部的双面均布；
(2)设计、制作随形砂箱，吃砂量控制在50～65mm，适应水平分型垂直浇注方式，在向上的箱档板上留出冒口孔和出气孔，其尺寸比冒口和出气孔直径木模尺寸大40～50mm，盖箱的箱筋避开溢流孔的位置；
(3)用型砂造型并在所述孔位置做出溢流孔和内浇口及冒口；造型时，在溢流口以上不小于35mm的位置至顶端范围的平面上布适宜尺寸的外冷铁，外冷铁要无锈蚀、干燥、上涂料；造型时，模样要固定，型砂要紧实，型砂固化后开箱、涂刷涂料；
(4)合箱、紧固、立直、校平砂箱；
(5)双炉分别熔炼锤头柄部铸钢合金和锤头锤部高铬合金，高铬合金中难熔化的钼合金和铬合金随废钢同时加入，易氧化钒合金在出炉前加入，稀土合金包内加入，控制出炉温度：柄部铸钢合金，1700℃～1720℃，锤部高铬合金，1530℃～1550℃；
(6)浇铸所用钢包要烤红，先中速平稳浇柄部合金至溢流口、再马上慢速浇锤部合金至注满冒口，同时堵上溢流口，保温冷却即成双金属液复合锤头毛坯；
(7)将合格的双金属液复合锤头毛坯放入高温炉内，缓慢升温至920℃～1100℃，保温一段时间出炉快冷至200℃以下，再放入回火炉内进行200℃～430℃回火以消除内应力；锤头最后的金相组织为：锤头锤部为回火马氏体+一次块状碳化物+二次弥散碳化物，锤头柄部为珠光体+少量回火马氏体；锤头最后的机械性能为：锤部HRC61～65，Ak3.5～4.5；柄部HRC20～50。
在本发明的一个优选实施例中，所述型砂为CO2水玻璃砂或碱性酚醛树脂砂。
本发明的双金属液复合锤头设计为锤头柄部和锤头锤部两部分，锤头柄部的成分以Cr、Mo为合金添加元素的低合金钢能保证锤头的柄部兼具高强度、好韧性、中等硬度的综合力学性能，保证锤头在中长使用工况情况下不磨损、不断裂。
锤头锤部的高铬铸铁中，提高C量，能增加碳化物数量，其效果比提高铬显著得多，从而提高耐磨性，但降低韧性，碳化物的百分数按K％＝11.3(C％)+0.5(C％)-13.4式估算，故C控制在2.80％～3.60％；铬一部分溶解在奥氏体中，起提高淬透性，从而提高硬度，奥氏体中的Cr％＝1.95Cr/C-2.47，另一部分与碳结合形成碳化物，当Cr/C大于6时，碳化物均为(Fe·Cr)7C3，这种碳化物呈块状，这对韧性影响不大，避免了(Fe·Cr)3C型对韧性影响很大的网状碳化物出现，高铬铸铁的共晶点碳含量随铬的增加而降低，当共晶度控制在0.95～1.05范围时，既能保证一定量的小块状共晶碳化物，又不会出现大块影响材料韧性的一次碳化物，故Cr控制在18.00％～23.00％；仅仅铬、碳而无其它合金元素，高铬铸铁的淬透性并不好，当加入钼后会显著提高高铬铸铁的淬透性，且钼是强碳化物形成元素，从而提高耐磨性，故Mo控制在0.30％～1.00％；钒是强碳化物形成元素，其碳化物熔点高，既可细化晶粒，又可弥散强化基体组织，改善韧性，从而提高耐磨性，故V控制在0.20％～0.70％；稀土元素是很好的变质剂，适宜的加入量能去气、排渣净化合金液，其氧化物是很好的外来晶核，显著细化晶粒，改善韧性，故Re控制在0.15％～0.5％。
本发明与现有技术相比，其优点是：
(1)采用本发明生产的锤头的锤部材质兼顾了材料的韧性和硬度的最佳结合，在大冲击工况下不断裂，耐磨性好，和同类材质的锤头比较，其使用寿命高出50％以上；
(2)采用本发明生产的锤头的柄部材质充分考虑了在一些工况下可能出现锤头柄部磨损情况，在中小冲击工况下，锤头柄部使用一月以上也不磨损。
(3)采用本发明生产的锤头在双金属液复合时能做到复合时间很方便的操作、复合面的准确控制，这样保证了复合面的冶金结合和锤头锤部高度完全一致，避免了热处理淬火开裂和使用过程中断裂以及使用时磨损时间不一致的问题。
(4)采用本发明生产的锤头的锤部采用外冷铁使锤部快速冷却，避免了锤部和柄部混钢、缩孔、缩松，细化了锤部晶粒，降低了产品的粗糙度，提高了锤头耐磨性。
(5)采用本发明生产的锤头采用近形工装，型砂用量少，受高温金属液烘烤充分，型砂全部溃散，清理方便，产品表面光洁，型砂复用性好，做到绿色生产。
(6)本发明的锤头经检验，产品表面光洁，尺寸符合图纸要求，物理和金相检测：锤部为回火马氏体+一次块状碳化物+二次弥散碳化物，柄部为珠光体+少量回火马氏体；锤部HRC61～65，Ak3.5～4.5；柄部HRC20～50.经用户使用，其使用寿命是高锰钢的4倍以上，是普通高铬铸铁的1.5倍。
附图说明
图1是本发明的锤头工艺流程图。
图2是本发明的锤头结构示意图。
图3为图2的侧视图。
图4是本发明的锤头工艺示意图。
图5为图4的侧视图。
图6是本发明的锤头用近形砂箱图。
图7为图6的俯视图。
图8是本发明的锤头工艺装配图。
图9为图8的俯视图。
具体实施方式
本发明双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的方法生产的锤头是破碎机中广泛使用的一种耐磨铸件，一般一付8到52件，重量10～150Kg不等，使用寿命在20h～300h之间，不同尺寸的锤头其形状相似，铸造、热处理工艺基本相同，根据不同尺寸的锤头，选择不同的内浇口和冒口以及不同的近形砂箱就能生产出不同尺寸的锤头。
下面结合附图和实施实例对本发明做进一步阐述；
参见图2和图3，制造120Kg锤头，其中锤头锤部10的重量为48Kg,锤头柄部20的重量为72Kg,此锤头锤部10的高度为178mm，平均宽度295mm，厚度125mm；锤头柄部20的高度为380mm，平均宽度245mm，厚度112mm，锤头柄部20中的内孔21的孔径为96mm，内孔21的孔中心21a距锤头锤部10的顶点11(此点图2中未标示)的尺寸450mm。在锤头柄部20与锤头锤部10之间设置有复合面31。复合面31距锤头锤部和锤头柄部的相交线30为30mm。
继续参见图1、2、3、4、5、6、7、8、9，本发明双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的方法，其步骤如下：
参见图4和图5，冒口、内浇口、外冷铁的设计：
(1)内浇口40的尺寸：内浇口40的厚度尺寸取其锤头锤部10厚度的0.36，为45mm，厚、高、宽分别取45、85、40mm，其厚：高：宽＝1：1.89：0.89。
(2)冒口50的尺寸：冒口50的直径取其锤头锤部10厚度的1.52，为190mm，冒口50高度取310mm，300：190＝1.63。
(3)外冷铁60的尺寸：因为锤头锤部10厚度大于70mm，锤头锤部10的双面需要各设置4块外冷铁60，每块外冷铁60的厚度取其锤头锤部10厚度的0.34，为42mm，宽度52mm，长度115mm，每块外冷铁间隔30mm。
工装砂箱的设计、制作：
参见图6和图7，砂箱根据锤头工艺图设计，整个砂箱由两块侧箱挡73、74、一块顶箱挡75和一块底箱挡76围成，在侧箱挡73和74的内表面分别设置有箱筋77、78、81、84，同时在砂箱内设置有近形箱挡82、83、84，在侧箱挡73、74的外表面设置有紧固耳85、86、87、88并各设置有一个吊耳89、90，(图上未标示数字)，在顶箱挡75上开设有冒口预留口91、出气预留口92、93。砂箱设计时应保证铸件、浇冒口、出气孔周边的吃砂量控制在50～65mm，材料用A3厚度15mm钢板。
木模制作：
采用水平分型垂直浇注方式制作锤头实型木样，选择铸件收缩率为2.3％，锤头锤部朝上，在锤头柄部20与锤头锤部10的复合面31以上7mm处钻一直径为14mm、深度为15mm的孔，在复合面侧面32向上14mm处做出内浇口底线永久标示线，冒口50与内浇口合二为一，冒口50与内浇口40连接时要求冒口50底部和内浇口40底部相平，内浇口40兼具一个冒口颈的作用，是冒口补缩锤头锤部的补缩通道；木模制作完成后刷脱模剂；
造型、刷涂料：
参见图7和图8及图9，用型砂造型并在孔位置做出溢流孔33和内浇口40及冒口50；造型时，在溢流口33以上不小于35mm的位置至顶端范围的平面上布适宜尺寸的外冷铁60，外冷铁60要无锈蚀、干燥、上涂料；造型时，模样要固定，型砂要紧实，型砂固化后开箱、涂刷涂料；型砂用碱性酚醛树脂自硬砂；
扣箱：
合箱、紧固、立直、较平砂箱。
合金熔炼：
(1)锤头柄部10铸钢合金的化学成分按如下目标值配料：C:0.30、Si:＜0.35、Mn:＜0.50、Cr:0.90、Mo:0.25、S,P:＜0.04、余量为铁，配料时考虑5％的Cr烧损，出钢温度1710℃+/-8℃；
(2)锤头锤部20高铬合金的化学成分按如下目标值配料：C:3.20、Si:1.00、Mn:0.60、Cr:20.50、Mo:0.80、V：0.40、Re:0.35、S,P:＜0.04、余量为铁；配料时考虑5％的Cr烧损；考虑6％的C烧损；出钢温度1520℃+/-8℃；
双液浇注：
(1)先浇柄部钢液金属，浇注时间14～16秒，中慢速浇注，至溢流孔33；
(2)堵溢流孔33，马上浇注锤头锤部高铬合金，浇注时间30～35秒，慢速浇注至满；
保温、落砂、清理、检验，保温时间10小时以上，落砂、清理完毕进行毛坯检验；
热处理:
(1)淬火：将合格锤头毛坯放入高温炉内，100℃/小时缓慢升温至1000℃，保温2.5小时，出炉雾冷至200℃以下；
(2)回火：将淬火的锤头放入回火炉内在380℃保温3小时去应力。
锤头检验：
(1)化学成分检验：柄部：C:0.29、Si:0.31、Mn:0.42、Cr:0.88、S：0.023，P:0.04、余量为铁；锤部成分以质量％计C:3.23、Si:0.93、Mn:0.51、Cr:20.52、Mo:0.78、V：0.42、Re:0.31、S：0.028，P:0.04；
(2)产品表面光洁；尺寸符合图纸要求：孔95mm，孔中心距锤部顶点尺寸449；
(3)金相检测：锤部为回火马氏体+一次块状碳化物+二次弥散碳化物，柄部为珠光体+少量回火马氏体；
(4)物理性能检测：锤部HRC62.5，Ak3.8；柄部HRC26.
经用户使用，其使用寿命是高锰钢的4倍以上，是普通高铬铸铁的1.5倍以上。

Claims (3)

1.一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的合金材料，其特征在于，包括制备锤头柄部的铸钢合金和制造锤部的高铬合金；其中所述制备锤头柄部的铸钢合金以质量％计由以下元素组成：
C:0.25～0.60、Si:＜0.60、Mn:＜0.80、Cr:0.60～1.10、Mo:0.16～0.28、S,P:＜0.04、余量为铁；
所述制备锤头柄部的高铬合金以质量％计由以下元素组成：
C:2.80～3.60、Si:＜1.00、Mn:＜0.80、Cr:18.00～23.00、Mo:0.30～1.00、V：0.20～0.70、Re:0.15～0.5、S,P:＜0.04、余量为铁。
2.一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)采用水平分型垂直浇注方式制作锤头实型木样，选择铸件收缩率为2.0％～2.4％，锤头锤部朝上，在锤头柄部与锤头锤部的复合面以上7mm的平面上钻一直径为14mm、深度为15mm的孔，在所述复合面的侧面向上14mm处做出内浇口底线永久标示线，冒口与浇口合二为一，冒口与内浇口连接时要求冒口底部和内浇口底部相平，内浇口兼具一个冒口颈的作用，是冒口补缩锤头锤部的补缩通道；所述锤头实型木样的尺寸为：根据模数法，冒口颈厚度取其锤部厚度的0.35～0.5，具体根据锤头的大小和实际情况而定，其他尺寸按：厚：高：宽＝1：1.6～2：0.85～1，冒口尺寸：冒口直径取1.4～1.7倍锤部厚度尺寸，高度取其直径的1.4～1.8倍；在所述锤头锤部厚度大于70mm的锤头锤部工作面上设置外冷铁，具体位置在溢流面以上不小于35mm的位置至顶端范围的平面上布设，外冷铁厚度是锤头锤部厚度的0.30～0.35倍，外冷铁厚：宽：长＝1：1.1～1.4：2.3～2.8，每块外冷铁间隔30mm，锤头锤部的双面均布；
(2)设计、制作随形砂箱，吃砂量控制在50～65mm，适应水平分型垂直浇注方式，在向上的箱档板上留出冒口孔和出气孔，其尺寸比冒口和出气孔直径木模尺寸大40～50mm，盖箱的箱筋避开溢流孔的位置；
(3)用型砂造型并在所述孔位置做出溢流孔和内浇口及冒口；造型时，在溢流口以上不小于35mm的位置至顶端范围的平面上布适宜尺寸的外冷铁，外冷铁要无锈蚀、干燥、上涂料；造型时，模样要固定，型砂要紧实，型砂固化后开箱、涂刷涂料；
(4)合箱、紧固、立直、校平砂箱；
(5)双炉分别熔炼权利要求1所述的锤头柄部铸钢合金和锤头锤部高铬合金，高铬合金中难熔化的钼合金和铬合金随废钢同时加入，易氧化钒合金在出炉前加入，稀土合金包内加入，控制出炉温度：柄部铸钢合金，1700℃～1720℃，锤部高铬合金，1530℃～1550℃；
(6)浇铸所用钢包要烤红，先中速平稳浇柄部合金至溢流口、再马上慢速浇锤部合金至注满冒口，同时堵上溢流口，保温冷却即成双金属液复合锤头毛坯；
(7)将合格的双金属液复合锤头毛坯放入高温炉内，缓慢升温至920℃～1100℃，保温一段时间出炉快冷至200℃以下，再放入回火炉内进行200℃～430℃回火以消除内应力；锤头最后的金相组织为：锤头锤部为回火马氏体+一次块状碳化物+二次弥散碳化物，锤头柄部为珠光体+少量回火马氏体；锤头最后的机械性能为：锤部HRC61～65，Ak3.5～4.5；柄部HRC20～50。
3.如权利要求2所述的.一种双金属液复合浇注砂型成型制造锤头的方法，其特征在于，所述型砂为CO2水玻璃砂或碱性酚醛树脂砂。
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