CN111041360B - 一种耐磨锤头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨锤头及其制造方法，耐磨锤头包括锤头和与锤头连接的锤柄，耐磨锤头的制造方法，包括以下步骤：将锤柄固定在铸型中，铸型的模壳包括内模壳和外模壳；锤头原料熔炼得基体金属液，浇注到铸型内，经程序降温，脱去模壳，得到锤头；将锤头加热至960℃后淬火；然后再将锤头加热至240℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到耐磨锤头，本发明克服了现有技术的不足，通过改变铸型的结构和组分，使锤头在浇注后，铸型的内模壳对锤头的表面进行了渗碳、渗氮、渗铬和渗镍，使锤头表面的含碳量、含氮量和铬含量得到了大幅提高，从而提高了锤头表面的硬度和抗冲击韧性，增加了其耐磨性。

Description

一种耐磨锤头及其制造方法
技术领域
本发明涉及耐磨锤头技术领域，具体属于一种耐磨锤头及其制造方法。
背景技术
锤式破碎机使用耐磨锤头作为破碎工具，它是在矿山行业中的常用设备，耐磨锤头在使用过程中其表面会承受很大的冲击力以及物料的挤压力，从而造成很大的磨损，减少使用寿命。因此，耐磨锤头需要具有较强的硬度和良好的抗冲击韧性。但是，如果将整个耐磨锤头的硬度和抗冲击韧性进行提升，会极大的增加生产成本，因此，仅仅增加耐磨锤头表面部分的硬度和抗冲击韧性是最佳的解决办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨锤头及其制造方法，克服现有技术的不足。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种耐磨锤头，包括锤头和与锤头连接的锤柄，所述的锤头由下列各成分按重量百分比组成：C：1.8-3.1％，Cr：12-18％，Mn：0.5-1.1％，Si：0.4-0.8％，Al：0.3-0.5％，B：0.2-0.4％，Mo：0.3-0.8％，Cu：0.5-0.9％，Ti：0.1-0.3％，Mg：0.3-0.7％，P<0.05％，S<0.05％，余量为Fe；
一种耐磨锤头的制造方法，包括以下步骤：
(1)将锤柄加热至900-1150℃固定在铸型中；
(2)按锤头的各成分重量百分比选取锤头原料，将锤头原料于感应电炉中熔炼，熔清后调整成分，经过扒渣，得基体金属液，熔炼温度为1590-1615℃；
(3)将(2)中的金属液浇注到(1)中的铸型内，浇注温度为1370-1390℃，经程序降温至60℃以下，脱去模壳，得到锤头；
(4)将锤头加热至960℃后，保温6小时，使用淬火油进行淬火；
(5)将(4)中的锤头加热至240℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到耐磨锤头。
进一步，所述的锤头原料包括：铬铁、高铬铸铁、碳素钢、锰铁、碳粉和少量稀有金属铁合金。
进一步，所述的程序降温的降温速度为5℃/min。
进一步，所述的模壳包括内模壳和外模壳。
进一步，所述的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，石墨粉：4-6％，高铬铸铁粉：3-7％，氧化镍粉：8-11％，尿素：4-7％和聚乙烯醇：3-5％，其余为硅砂。
进一步，所述的外模壳由重量百分比为5:100的水玻璃和硅砂组成。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：本发明通过改变铸型的结构和组分，使锤头在浇注后，铸型的内模壳对锤头的表面进行了渗碳、渗氮、渗铬和渗镍，使锤头表面的含碳量、含氮量和铬含量得到了大幅提高，从而提高了锤头表面的硬度和抗冲击韧性，增加了其耐磨性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明使用的铸型的模壳包括内模壳和外模壳，外模壳由重量百分比为5:100的水玻璃和硅砂组成，内模壳由以下原料组成：水玻璃、石墨粉、高铬铸铁粉、氧化镍粉、尿素和聚乙烯醇，其余为硅砂，其中水玻璃的密度为1.45-1.5g/cm3。
铸型的制造方法为：首先将内模壳和外模壳的原料分别混合均匀，然后将外模壳的原料加入到模样内，然后在外模壳的原料上铺设一层内模壳原料，内模壳原料的厚度为3-5mm，然后放入砂芯，合模，使用二氧化碳气体进行固化，得到铸型坯，然后将铸型坯加热至220℃，保温100s，得到铸型。
实施例1
铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，石墨粉：4％，高铬铸铁粉：7％，氧化镍粉：9％，尿素：6％和聚乙烯醇：3％，其余为硅砂。
一种耐磨锤头，包括锤头和与锤头连接的锤柄，锤头由下列各成分按重量百分比组成：C：1.8％，Cr：12％，Mn：0.9％，Si：0.8％，Al：0.3％，B：0.4％，Mo：0.3％，Cu：0.7％，Ti：0.2％，Mg：0.6％，P<0.05％，S<0.05％，余量为Fe；其制造方法，包括以下步骤：
(1)将锤柄加热至900℃固定在铸型中；
(2)按锤头的各成分重量百分比以铬铁、高铬铸铁、碳素钢、锰铁、碳粉和少量稀有金属铁合金为锤头原料，将锤头原料于感应电炉中熔炼，熔清后调整成分，经过扒渣，得基体金属液，熔炼温度为1590℃；
(3)将(2)中的金属液浇注到(1)中的铸型内，浇注温度为1390℃，经程序降温至60℃以下，程序降温的降温速度为5℃/min，脱去模壳，得到锤头；
(4)将锤头加热至960℃后，保温6小时，使用淬火油进行淬火；
(5)将(4)中的锤头加热至240℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到耐磨锤头。
实施例2
铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，石墨粉：5％，高铬铸铁粉：3％，氧化镍粉：11％，尿素：4％和聚乙烯醇：5％，其余为硅砂。
一种耐磨锤头，包括锤头和与锤头连接的锤柄，锤头由下列各成分按重量百分比组成：C：3.1％，Cr：16％，Mn：1.1％，Si：0.4％，Al：0.45％，B：0.27％，Mo：0.8％，Cu：0.9％，Ti：0.1％，Mg：0.3％，P<0.05％，S<0.05％，余量为Fe；其制造方法，包括以下步骤：
(1)将锤柄加热至1030℃固定在铸型中；
(2)按锤头的各成分重量百分比以铬铁、高铬铸铁、碳素钢、锰铁、碳粉和少量稀有金属铁合金为锤头原料，将锤头原料于感应电炉中熔炼，熔清后调整成分，经过扒渣，得基体金属液，熔炼温度为1615℃；
(3)将(2)中的金属液浇注到(1)中的铸型内，浇注温度为1385℃，经程序降温至60℃以下，程序降温的降温速度为5℃/min，脱去模壳，得到锤头；
(4)将锤头加热至960℃后，保温6小时，使用淬火油进行淬火；
(5)将(4)中的锤头加热至240℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到耐磨锤头。
实施例3
铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，石墨粉：6％，高铬铸铁粉：6％，氧化镍粉：8％，尿素：7％和聚乙烯醇：4％，其余为硅砂。
一种耐磨锤头，包括锤头和与锤头连接的锤柄，锤头由下列各成分按重量百分比组成：C：2.7％，Cr：18％，Mn：0.5％，Si：0.6％，Al：0.5％，B：0.2％，Mo：0.5％，Cu：0.5％，Ti：0.3％，Mg：0.7％，P<0.05％，S<0.05％，余量为Fe；其制造方法，包括以下步骤：
(1)将锤柄加热至1150℃固定在铸型中；
(2)按锤头的各成分重量百分比以铬铁、高铬铸铁、碳素钢、锰铁、碳粉和少量稀有金属铁合金为锤头原料，将锤头原料于感应电炉中熔炼，熔清后调整成分，经过扒渣，得基体金属液，熔炼温度为1600℃；
(3)将(2)中的金属液浇注到(1)中的铸型内，浇注温度为1370℃，经程序降温至60℃以下，程序降温的降温速度为5℃/min，脱去模壳，得到锤头；
(4)将锤头加热至960℃后，保温6小时，使用淬火油进行淬火；
(5)将(4)中的锤头加热至240℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到耐磨锤头。
对照例1
与实施例3的区别在于，铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，其余为硅砂。
对照例2
与实施例3的区别在于，铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，石墨粉：6％，高铬铸铁粉：6％，尿素：7％和聚乙烯醇：4％，其余为硅砂。
对照例3
与实施例3的区别在于，铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，高铬铸铁粉：6％，尿素：7％和聚乙烯醇：4％，其余为硅砂。
对照例4
与实施例3的区别在于，铸型内的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5％，氧化镍粉：8％，高铬铸铁粉：6％，尿素：7％和聚乙烯醇：4％，其余为硅砂。
理化性能检测:
按本实施例和对照例所述方法生产的各锤头铸件，经抽取检测，按钢铁及合金化学分析方法系列国家标准(GB/T223)中的测试方法和《GB/T 17445-2009》中的测试方法进行检测，其物理化学分析数据如下：
表一.锤头表层0-5mm厚度内的化学成分结果
Figure GDA0002390940620000061
表二.离锤头表面20-25mm深度处化学成分结果
Figure GDA0002390940620000062
表三.锤头部位的物理性能检测结果
冲击韧性ak 硬度HRC
实施例1 7.4 67
实施例2 7.9 63
实施例3 7.2 68
对照例1 11.3 58
对照例2 8.7 61
对照例3 8.9 61
对照例4 8.1 63
本发明通过将铸型设计为双层结构，并对内模壳的组份进行改变和调整，使内模壳在浇铸耐磨锤头时，可对耐磨锤头进行渗碳、渗氮和渗铬，通过程序降温过程，使内模壳内的C、N、Cr元素可充分的渗入耐磨锤头的表面层，使耐磨锤头表面0-5mm内的C、N、Cr元素的含量得到提升，从而提高了耐磨锤头的硬度和抗冲击韧性，增加了耐磨性。
本发明中，内模壳内含有的石墨粉和聚乙烯醇在内模壳被金属液加热时，石墨粉和聚乙烯醇受热分解产生的碳元素向金属溶液扩散，同时尿素分解形成的氮元素也向金属液进行扩散，另外高铬铸铁粉在此过程中也进行渗铬；由于金属液在凝固以前，对其进行渗碳和渗氮，以及渗铬时，各元素的扩散效果更好，从而使凝固后得到的锤头的表面的含碳量、含氮量和铬含量得到了大幅提升。
另外，本发明在渗碳和渗氮的过程中还加入了氧化镍粉末进行渗镍，但是在渗镍的过程中，本发明的发明人还发现氧化镍粉末在渗镍的过程中，还促进了渗碳和渗氮，并对渗铬也有一定的促进作用。氧化镍粉末在高温下对石墨、聚乙烯醇和尿素的分解具有催化作用，同时镍原子在向金属液扩散的过程中，镍原子对金属液内的铁原子的晶格产生畸变，增加了镍原子周围的晶格缺陷数量，镍原子将其催化分解的部分碳元素和氮元素渗入金属液，从而促进了渗碳和渗氮。
本发明通过改变铸型的结构和组分，使锤头在浇注后，铸型的内模壳对锤头的表面进行了渗碳、渗氮、渗铬和渗镍，提高了锤头表面的硬度和抗冲击韧性，增加了其耐磨性。同时本发明的氧化镍粉末，促进了渗碳、渗铬和渗氮。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种耐磨锤头，包括锤头和与锤头连接的锤柄，其特征在于，所述的锤头由下列各成分按重量百分比组成：C：1.8-3.1%，Cr：12-18%，Mn：0.5-1.1%，Si：0.4-0.8%，Al：0.3-0.5%，B：0.2-0.4%，Mo：0.3-0.8%，Cu：0.5-0.9%，Ti：0.1-0.3%，Mg：0.3-0.7%，P<0.05%，S<0.05%，余量为Fe；
耐磨锤头的制造方法，包括以下步骤：
（1）将锤柄加热至900-1150℃固定在铸型中；
（2）按锤头的各成分重量百分比选取锤头原料，将锤头原料于感应电炉中熔炼，熔清后调整成分，经过扒渣，得基体金属液，熔炼温度为1590-1615℃；
（3）将（2）中的金属液浇注到（1）中的铸型内，浇注温度为1370-1390℃，经程序降温至60℃以下，脱去模壳，得到锤头；
（4）将锤头加热至960℃后，保温6小时，使用淬火油进行淬火；
（5）将（4）中的锤头加热至240℃后保温3小时，自然冷却至室温，得到耐磨锤头；
所述的模壳包括内模壳和外模壳；所述的内模壳由以下重量百分比的原料组成：水玻璃：5%，石墨粉：4-6%，高铬铸铁粉：3-7%，氧化镍粉：8-11%，尿素：4-7%和聚乙烯醇：3-5%，其余为硅砂。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨锤头，其特征在于，所述的锤头原料包括：铬铁、高铬铸铁、碳素钢、锰铁、碳粉和少量稀有金属铁合金。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨锤头，其特征在于，所述的程序降温的降温速度为5℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨锤头，其特征在于，所述的外模壳由重量百分比为5:100的水玻璃和硅砂组成。
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