CN107460291B - 一种轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法。本发明采用高聚物粘结塑性炸药，其主要成分为RDX（黑索金），同时以烯烃类高聚物为粘结剂、癸二酸二辛酯为塑性剂、液体石蜡为钝感剂、惰性粉体为爆速调节剂。锤头的化学组成及各组成成分的重量百分含量为：C：1.20~1.30%、Si：0.35~0.40%、Mn：25.0~25.5%、Al：6.5~7.0%、B：0.002~0.003%、RE：0.35~0.40%、P<0.03%、S<0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。爆炸处理后轻质高锰钢锤头耐磨性能优异，表面硬度≥400 HB，冲击韧性（V型缺口）≥110J/cm2，抗拉强度≥850MPa。

Description

一种轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法
技术领域
本发明属于硬化处理领域，具体涉及一种矿山中使用的锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法。
背景技术
锤式破碎机是冶金、矿山、建材和电力等行业常用的破碎设备。锤头是其中主要的易磨损件，目前主要用高锰钢制作。但其抗磨性差，使用寿命短，需要频繁更换，不仅浪费材料，而且影响正常工作。因此，提高锤头的寿命成为待解决的问题。目前国内的破碎机锤头大部分使用高锰钢材质，其耐磨性不够，使用寿命非常短。破碎石灰石的锤头一般可使用60~90天，在某些特殊条件下，使用不到7天。同时由于锤头在工作中所受的冲击力并不大，使高锰钢锤头的加工硬化效果不显著，其抗冲刷磨损能力差。因此，为提高锤式破碎机锤头的抗磨和抗变形能力，人们开始研究对高锰钢锤头的使用表面进行预硬化处理。常见的表面强化有挤压表面、强化爆炸、表面强化、表面喷涂、堆焊耐磨合金等，其中对高锰钢锤头最佳的办法是局部爆炸硬化处理。爆炸硬化是利用直接敷贴在金属表面上的塑性炸药，爆炸产生的爆轰波猛烈冲击金属表面使其内部产生强烈的冲击波，金属在巨大的冲击压缩应力作用下，产生压缩塑性变形而形成密实的金属层，使其增加表面硬度，从而提高其使用寿命。
金属材料的爆炸硬化处理技术最早是由美国的Norman于1955年首先提出的，并获得这方面的第一个专利（US2703297），之后英国、日本、前苏联和中国等国也纷纷展开这方面的研究，并开发了几项专利技术，如GB2172234、GB910076和CN85103847等。
但存在的问题是：一方面，爆炸处理前锤头的性能较差，即使硬化处理后性能提高有限；另一方面，锤头的成分不同其所需的爆炸工艺也不相同，针对某一成分的锤头如何选择合适的爆炸工艺参数使爆炸后性能极大提高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高强度、高韧性、耐磨性较好、生产成本适中的轻质高锰钢锤头表面爆炸处理方法，该方法利用RDX高聚物粘结塑性炸药对轻质高锰钢锤头表面进行爆炸硬化处理，本发明可大大提高轻质高锰钢锤头的寿命。
爆炸硬化处理的铸造轻质高锰钢锤头具有优异的冶金和铸造质量，具有纯净和高致密的内部组织。然后进行热处理，水韧处理后时效处理。
本发明将轻质高锰钢作为锤式破碎机锤头材料，与普通高锰钢相比具有更高的硬度和冲击韧性，耐磨性可比普通高锰钢提高40%以上，并在成分中加入了RE元素，可与钢中磷、砷等低熔点有害元素形成熔点较高的化合物，且还能抑制这些夹杂在晶界上的偏析，同时脱硫脱氧，明显优化铸坯质量，细化晶粒从而提高钢的塑性和韧性。
在此基础上又深入研究了表面爆炸处理的轻质高锰钢锤头的组织性能和爆炸机理研究，在系统的研究炸药种类、炸药用法用量、爆炸次数、爆炸方式等的基础上，优化出最佳的实际轻质高锰钢锤式破碎机锤头爆炸硬化处理技术。
本发明是通过以下技术方案实现的： 一种轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法，所述方法为多次将高聚物粘结塑性炸药铺设在锤头的表面，利用雷管引爆对锤头表面爆炸硬化；
所述高聚物粘结塑性炸药的主要成分为黑索金，所述高聚物粘结塑性炸药用烯烃类高聚物作为粘结剂。
进一步地，所述获锤头为轻质高锰钢锤头，所述轻质高锰钢锤头化学组成及各组成成分的重量百分含量为：C：1.20~1.30%、Si：0.35~0.40%、Mn：25.0~25.5%、Al：6.5~7.0%、B：0.002~0.003%、Re：0.35~0.40%、P<0.03%、S<0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质。
这种Fe-Mn-Al-C轻质高锰钢硬度高，韧性好，强度高，重量轻，抗拉强度≥800MPa；初始硬度≥230HB；冲击韧性≥150J/cm2；比现有高锰钢锤头密度降低10%以上。
进一步地，所述高聚物粘结塑性炸药还包括癸二酸二辛酯、液体石蜡为钝感剂，还加入了惰性粉体爆速调节剂；癸二酸二辛酯作为塑性剂，液体石蜡为钝感剂，惰性粉体为爆速调节剂。
进一步地，所述高聚物粘结塑性炸药的成分为黑索金82%、以烯烃类高聚物10%、癸二酸二辛酯3%、液体石蜡2%、惰性粉体爆速调节剂3%。
进一步地，所述高聚物粘结塑性炸药在锤头表面铺设的厚度为3mm，爆炸的次数为两次。
进一步地，轻质高锰钢锤头经过两次表面爆炸硬化处理后表面硬度为400~420HB，硬化层为35mm，爆炸硬化处理后的锤式破碎机锤头的使用寿命提高50%以上。该爆炸处理后轻质高锰钢锤头耐磨性能优异，其表面硬度≥400 HB，冲击韧性（V型缺口）≥110J/cm2，抗拉强度≥850MPa。
本发明与传统高锰钢锤头表面预硬化处理相比具有如下优点：
1本发明是通过表面爆炸硬化来增强锤式破碎机锤头硬度和耐磨性，从而增加其使用寿命，比喷丸和锤击等预硬化处理工艺相比硬化效果更好，硬化层更深。
2本发明用钢为轻质高锰钢，相比传统高锰钢具有更高的硬度和韧性，表面爆炸硬化处理后也具有更高的硬化效果，表面硬度为400~420HB，硬化层不低于35mm，爆炸硬化处理后的锤式破碎机锤头的使用寿命提高50%以上。
附图说明
图1是轻质高锰钢锤式破碎机锤头爆炸硬化处理炸药铺设位置示意图；
图2是实施例1爆炸硬化后轻质高锰钢锤头表面的显微组织（100倍）；
图3是实施例2爆炸硬化后轻质高锰钢锤头表面的显微组织（100倍）；
图4是实施例3爆炸硬化后轻质高锰钢锤头表面的显微组织（100倍）；
图5是未经爆炸硬化处理的轻质高锰钢锤头表面的显微组织（100倍）；
图6是轻质高锰钢锤头爆炸硬化处理前后硬度梯度对比曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
爆炸硬化处理轻质高锰钢锤式破碎机锤头的具体成分为（wt.%）：C：1.22、Si：0.36、Mn：25.1、Al：6.6、B：0.002、Re：0.36、P：0.02、S：0.02，余量为Fe和不可避免的杂质。为得到纯净和高致密的内部组织，采用优良的冶金和铸造工艺，之后进行热处理，获得单相奥氏体组织。采用的是高聚物粘结塑性炸药，其成分为RDX（黑索金），以烯烃类高聚物作为粘结剂，癸二酸二辛酯为塑性剂，液体石蜡为钝感剂，还加入了惰性粉体爆速调节剂等制备而成，爆速为6300m/s，密度为1.51g/cm3。炸药应铺设在锤头表面，厚度为3mm，爆炸次数为2次，经8号雷管稳定起爆。
经此爆炸的轻质高锰钢锤头表面硬度为400HB，硬化层深度为36mm，冲击韧性（V型缺口）为110J/cm2，抗拉强度为850MPa。爆炸后锤头表面比较平整，变形很小。
在选用炸药的过程中选取爆速和和密度适中的炸药，不能选取爆速过于大的炸药（比如聚黑-2，爆速8400m/s），这样威力过于大，炸药厚度太难把握，所以选取高聚物粘结塑性炸药。炸药厚度选取效果最好的3mm，3mm以下的硬化效果不明显，3mm以上炸药厚度过大导致表面有裂纹产生，所以选取3mm。在锤头表面铺上一层3mm炸药，在8号雷管的作用下可靠起爆，一次爆炸之后强化效果明显，硬度可达到380HB，韧性为160 J/cm2，抗拉强度可达700MPa，硬化层为25mm。在同样位置铺上同样厚度炸药进行二次爆炸，硬度可达到420HB，韧性为110J/cm2，抗拉强度可达850MPa，硬化层为35mm。当进行三次爆炸硬化后，材料表面出现明显的裂纹，所以选取爆炸次数为二次爆炸。
实施例2
爆炸硬化处理轻质高锰钢锤式破碎机锤头的具体成分为（wt.%）：C：1.24、Si：0.35、Mn：25.2、Al：6.7、B：0.0022、RE：0.37、P：0.025、S：0.021，余量为Fe和不可避免的杂质。所采用的冶炼铸造技术以及热处理工艺同实施例1。所采用的炸药及其设置方式也同实施例1。经此爆炸的轻质高锰钢锤头表面硬度为410HB，硬化层深度为37mm，冲击韧性（V型缺口）为115J/cm2，抗拉强度为860MPa。爆炸后锤头表面比较平整，变形很小。
实施例3
爆炸硬化处理轻质高锰钢锤式破碎机锤头的具体成分为（wt.%）：C：1.26、Si：0.37、Mn：25.5、Al：6.8、B：0.0023、RE：0.39、P：0.026、S：0.024，余量为Fe和不可避免的杂质。所采用的冶炼铸造技术以及热处理工艺同实施例1。所采用的炸药及其设置方式也同实施例1。经此爆炸的轻质高锰钢锤头表面硬度为420HB，硬化层深度为38mm，冲击韧性（V型缺口）为120J/cm2，抗拉强度为870MPa。爆炸后锤头表面比较平整，变形很小。

Claims (3)

1.一种轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法，其特征在于：所述方法为多次将高聚物粘结塑性炸药铺设在锤头的表面，利用雷管引爆对锤头表面爆炸硬化；
所述高聚物粘结塑性炸药的主要成分为黑索金，所述高聚物粘结塑性炸药用烯烃类高聚物作为粘结剂；
所述高聚物粘结塑性炸药的成分为黑索金82％、烯烃类高聚物10％、癸二酸二辛酯3％、液体石蜡2％、惰性粉体爆速调节剂3％；
一次爆炸之后，所述锤头的表面硬度达到380HB，韧性为160J/cm2，抗拉强度达700MPa，硬化层为25mm；
所述锤头为轻质高锰钢锤头，所述轻质高锰钢锤头化学组成及各组成成分的重量百分含量为：C：1.22％、Si：0.36％、Mn：25.1％、Al：6.6％、B：0.002％、Re：0.36％、P：0.02％、S：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法，其特征在于：所述高聚物粘结塑性炸药在锤头表面铺设的厚度为3mm，爆炸的次数为两次。
3.根据权利要求1所述的轻质高锰钢锤式破碎机锤头表面爆炸硬化方法，其特征在于：轻质高锰钢锤头经过两次表面爆炸硬化处理后表面硬度为400～420HB，硬化层为35mm，爆炸硬化处理后的锤式破碎机锤头的使用寿命提高50％以上。
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