CN111482579A - 一种耐磨钢结硬质合金复合锤头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐磨钢结硬质合金复合锤头及其制造方法，步骤包括：1)将钛粉、石墨粉、外加硬质颗粒以及添加剂混和，加入水基粘结剂搅拌均匀，调制成合金粉膏状体或冲压成预制体；2)将合金粉膏状体贴敷或将干燥后预制体固定在锤头锤面消失模模型上，后涂挂防粘砂耐火涂料，干燥，埋箱，干砂振动造型；3)浇注高韧性的奥氏体锰钢或低碳合金钢熔液，高温钢液诱发合金粉膏状体或预制体中钛金属元素与碳元素发生燃烧反应，原位生成TiC颗粒，同时高温钢液渗入合金颗粒层，与外加的TiC、WC、Al2O3及其它合金粉末颗粒之间发生作用，冷却清理，再经热处理后，即可制造出高韧高硬耐磨钢结硬质合金复合锤头。

Description

一种耐磨钢结硬质合金复合锤头及其制造方法
技术领域
本发明属于耐磨钢基复合材料技术领域，涉及一种耐磨钢结硬质合金复合锤头及其制造方法。
背景技术
锤式破碎机是冶金、矿山、建材、水泥、电力和耐火材料等行业破碎物料的主要设备之一，锤头是其主要易损耐磨件。锤式破碎机工作原理是利用高速旋转锤头的动能对进入破碎机内的物料从其解理面被冲击破碎，在相对运动过程中，被破碎物料与锤头表面相互作用，产生高应力磨损。被破碎物料一般是岩石、金属矿石等坚硬的物体，当物料硬度超过锤头材料硬度时，物料的棱角压入材料表面使材料发生塑性流动而挤压到凹坑的周围，材料变形到一定程度，物料被压碎成颗粒。多个颗粒与凹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提高，当超过材料的应力疲劳极限时，材料形成磨屑脱落。因此，锤头的好坏直接影响了破碎机的破碎效率。
目前国内市场上锤式破碎机使用的各种型号的锤头材料种类很多，最常用的是高锰钢，在某些场合下高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，其主要原因是高锰钢需要在较大的冲击力场合下才能产生高硬度的表面硬化层，在中、低冲击力的场合下不耐磨；锻造低合金钢锤头硬度值低，耐磨性能差；高铬铸铁锤头具有优良的耐磨性能，但是韧性较差，极易发生脆性断裂。各种单一材料均不能满足实际使用工况条件的要求。
锤头在实际服役过程中不是整个锤面全部用于破碎物料，只有侧面靠近边缘区域进行破碎，称为工作区，随着锤头的不断磨损，工作区形状发生改变，物料对锤头的磨损方式也发生变化，即前期以撞击凿削磨料磨损为主，逐渐转为后期以切削冲刷磨损为主，在不同工况条件下两种磨损形式所占比例不同。当物料与高速旋转的锤头撞击时，如果是正面撞击，物料尖角会压入锤面，形成撞击坑，其冲击力全部转化为对锤面的压应力，此时锤头属于撞击凿削式磨料磨损。当物料以一定角度撞击锤头时，冲击力可以分解为垂直锤面的法向应力和平行锤面的切向应力，前者使锤头表面产生冲击坑，后者对锤头表面进行切削，形成一道道切削沟槽，则为切削冲刷磨损。
锤头整体根据工作性质可以划分为锤柄和锤面两部分，要求锤头使用部位（锤面）要有高的耐磨性，安装部位（锤柄）要有高的强韧性。针对所分析的锤头不同部位要求不同使用性能的情况，双金属复合是提高锤头使用寿命的有效途径，为此，人们开发了镶铸、双液和固液等双金属复合锤头制造工艺。
但现有的双金属复合锤头的制造方法，无论是固液双金属工艺还是双液双金属工艺，都只是依靠两种金属，自身的相互融合渗透来结合，由于两种金属自身性能的差异，导致双金属结合部位的铸造缺陷较多且结合部位强度偏低，在生产中表现为，工艺难控制，成品率低；在使用中表现为，双金属结合部位易出现破损、崩块的现象，甚至断裂。这种现象极大地降低了锤头的使用寿命，有时还会因锤头断裂造成设备的损毁。
公开号为CN201530904A的中国专利申请公开了一种破碎机复合材料锤头及其负压铸造方法，该专利描述了采用真空负压铸造方法将WC复合高锰钢、合金钢和普通碳钢制备复合锤头，但该专利所用WC比重大、价格昂贵、生产成本高，所用基体材料为高锰钢、合金钢或碳钢硬度低，在冲击磨损工况下，基体磨损快，对WC颗粒支撑作用小，WC颗粒易剥落，难以发挥WC的作用，且用真空负压铸造工艺复杂。
公开号为CN201530904A的中国专利中公开了一种双液双金属复合锤式破碎机用锤头及其制备方法，该方法是在铸型型腔中锤头和锤柄之间用燕尾形隔板，然后同时浇注两种不同的金属，冷却后制得复合锤头。该发明存在的问题是隔板难以完全熔化，影响到锤头和锤柄的界面冶金结合。
中国专利申请号为CN201310238299的发明专利中公开了一种锤式破碎机的耐磨锤头及其制备方法,包括锤头的端部和锤头的柄部,其特征是:锤头的端部是高铬铸铁,其成分按重量百分比为:C:2.40%～3.20%、Si:0.30%～1.50%、Mn:0.50%～2.0%、Cr:12.0%～18.0%、P: ≤0.10%、S: ≤0.06%、Ce:0.04%、V:0.10%～0.20%，余为铁；锤头的柄部是中碳低合金钢,其成分按重量百分比为:C:0.30%～0.50%、Si:0.30%～1.0%、Mn: 0.70%～1.5%、Cr:1.0%～3.0%、Mo:0.15%～0.25%、P: ≤0.04%，S: ≤0.04%、余为铁。该技术方案制造锤头的高铬铸铁材料中的铬与碳含量的比例不是最优，铬的含量偏低，起抗磨损作用的铬的碳化物数量少，导致锤头耐磨性不够。
申请号为CN104722743的中国专利中公开了一种锤式破碎机复合锤头的制备方法，其特征是锤头的柄部为低碳合金钢，先从铸型底部浇注低碳低合金钢，待钢液溢出暂停一段时间，再从上层浇注高铬铸铁，同时高温铁液渗入预置的Al2O3、ZrO2陶瓷颗粒中，使该复合锤头的使用部位形成陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料，该方法中外加的陶瓷颗粒与高铬铸铁基体难以形成良好的冶金结合，增加锤头脆性断裂风险。
专利申请号为201110410796的发明专利公开一种原位合成钢结硬质合金铸造复合锤头的方法及锤头，其采用真空消失模铸造工艺，将Ti粉、石墨粉、W粉和金属粉末混合，加入粘结剂制成粉末涂料膏剂，填充在锤头铸件EPS泡沫塑料模型的工作部分补强沟槽或孔洞内，在浇注过程中，利用钢液的高温引发自蔓延合成反应，发生Ti+C→TiC和W+C→WC反应，形成TiC和WC基硬质合金相，钢液填充硬质相间隙得到原位合成碳化钛和碳化钨钢结硬质合金，硬质合金镶嵌在锤头工作部分钢基体内。使用原位合成钢结硬质合金铸造复合锤头的方法制造的锤头，硬质合金与铸件完全冶金结合，结合牢固，在使用过程中具有高耐磨性和耐冲击性，并且工艺流程简单，生产成本低，适合大规模工业化生产。但该制备方法得到的TiC和WC颗粒在钢结硬质合金中分布不均匀并易集聚桥接，而且自蔓延合成反应剧烈，基体钢液渗入较多，钢结硬质合金块或合金柱中硬质颗粒体积分数小，内部组织缺陷较多，导致锤头耐磨性不足。
专利申请号为201910476887的发明专利公开一种钢结硬质合金-ZTA陶瓷复合耐磨材料制作方法及应用，材料制法如下：a.将金属粉末TiC、C和Fe进行配比；采用湿法球磨制制得金属粉末；b.将3Y-ZrO2粉体和a-Al2O3粉配制原料粉，称取聚羧酸盐分散剂，倒入水中搅匀后，分别将原料粉、磨球、水和聚酸盐分散剂倒入高效搅拌磨机，球磨出浆，搅拌注入石膏模具成型出板状坯体，养护干燥后破碎过筛，装入高温匣钵烧结，制出钢结硬质合金粉末颗粒；c.在制备的钢结硬质合金粉末中加入含乙基纤维素的松油醇、凡士林和机油，加热捣打练泥；将制备好的泥料和ZTA颗粒在对辊机挤压练泥，制成钢结硬质合金-ZTA陶瓷复合耐磨材料颗粒。该材料制作的锤头密度低、耐磨性好、工艺性好、和基体结合好。该方法制备的锤头中钢结硬质合金-ZTA陶瓷复合耐磨块与基体形成的过渡层薄，两者之间结合强度不高，耐磨块中钢结硬质合金颗粒和ZTA颗粒与基体材料的润湿性较差，使用过程中颗粒容易脱落，且制备工艺较为复杂。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明是利用燃烧合成硬质相颗粒技术与铸渗工艺相结合的一种以TiC为主的复相颗粒增强钢结硬质合金耐磨复合锤头及其制造方法，绿色节能，成本低廉且易于工业化生产，使复合锤头既保证了锤头锤柄的高韧性，又提高了锤头磨损服役部位锤面的硬度及耐磨性能。
本发明的技术方案如下：一种耐磨钢结硬质合金复合锤头，其由高韧性的基体材料和钢结硬质合金硬化层复合材料制成，所述钢结硬质合金硬化层为采用合金粉料制成的一种原位合成TiC与外加的TiC、WC、Al2O3硬质陶瓷以及合金碳化物颗粒增强钢结硬质合金硬化层。
优选的是，所述钢结硬质合金硬化层采用合金粉料制成，所述合金粉料包括金属钛粉、石墨粉、碳化钛粉、碳化钨粉、氧化铝粉、铬铁合金粉、锰铁合金粉和稀土中的一种或多种。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层设置在耐磨钢结硬质合金复合锤头锤面。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为5～150mm。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为30～120mm。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为5mm。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为30mm。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为50mm。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为100mm。
上述任一方案中优选的是，钢结硬质合金硬化层厚度为150mm。
上述任一方案中优选的是，所述合金粉末包含金属钛粉30～70wt%、石墨粉10～40wt%、碳化钛粉5～15wt%、碳化钨粉1～10wt%、铬铁合金粉5～15wt%、锰铁合金粉1～10wt%，氧化铝粉0～5wt%和稀土0～5wt% 。
上述任一方案中优选的是，所述合金粉末包含金属钛粉40～60wt%、石墨粉15～25wt%、碳化钛粉6～12wt%、碳化钨粉2～8wt%、铬铁合金粉6～12wt%、锰铁合金粉2～8wt%，氧化铝粉1～4wt%和稀土1～4wt% 。
上述任一方案中优选的是，所述合金粉末包含金属钛粉40wt%、石墨粉10wt%、碳化钛粉10wt%、碳化钨粉10wt%、铬铁合金粉15wt%、锰铁合金粉5wt%，氧化铝粉5wt%和稀土5wt% 。
上述任一方案中优选的是，所述金属钛粉粒度18～150μm，石墨粉粒度1.3～45μm，碳化钛粉粒度20～75μm，碳化钨粉粒度20～200μm，铬铁合金粉粒度45～200μm，锰铁合金粉粒度23～180μm，氧化铝粉粒度2～25μm，稀土粒度5～45μm。
上述任一方案中优选的是，所述高韧性的基体材料为奥氏体锰钢或低碳合金钢。
上述任一方案中优选的是，所述奥氏体锰钢基体的硬度值为19～22HRC，低碳合金钢基体的硬度值为30～45HRC。
上述任一方案中优选的是，所述高韧性的基体材料为奥氏体锰钢时，其组织为单相奥氏体组织；高韧性基体材料为低碳合金钢时，其组织为珠光体或低碳马氏体或贝氏体组织。
上述任一方案中优选的是，所述钢结硬质合金硬化层组织包括基体相组织和分布其上的原位合成TiC、外加TiC、WC、Al2O3颗粒相以及合金碳化物。
上述任一方案中优选的是，所述钢结硬质合金硬化层中原位合成TiC颗粒体积百分数为10～40%，外加TiC颗粒体积百分数为10～30%，WC颗粒体积百分数为5～10%，Al2O3颗粒相体积百分数为0～5%；合金碳化物体积百分数为1～10%，其余为基体相组织。
上述任一方案中优选的是，所述钢结硬质合金硬化层中原位合成TiC颗粒体积百分数为15～35%，外加TiC颗粒体积百分数为15～35%，WC颗粒体积百分数为6～8%，Al2O3颗粒相体积百分数为1～4%；合金碳化物体积百分数为2～8%。
上述任一方案中优选的是，所述高韧性的基体材料其冲击功在50～200J范围内。
上述任一方案中优选的是，所述钢结硬质合金硬化层具有良好的耐磨性，其硬度呈梯度变化趋势，硬度值范围为45～72HRC。
上述任一方案中优选的是，耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，利用高温燃烧反应结合消失模铸渗工艺，在所述耐磨钢结硬质合金复合锤头锤面抗磨损区域形成以TiC为主复相颗粒增强的钢结硬质合金硬化层。
本发明还公开上述耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，包括以下步骤：
（1）合金粉混配料；
（2）合金粉料成型；
（3）造型浇注；
（4）热处理。
优选的是，步骤（1）中按质量百分比分别称取金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂进行配料，并混合均匀。
上述任一方案中优选的是，所述金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比30～70：15～40：10～30：10～30。
上述任一方案中优选的是，所述金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比40～60：20～35：15～25：15～25。
上述任一方案中优选的是，所述金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比35：15：20：30。
上述任一方案中优选的是，所述金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比50：15：15：20。
上述任一方案中优选的是，所述金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比65：15：10：10。
上述任一方案中优选的是，所述硬质陶瓷颗粒包括TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为5～15：5～10：0～5。
上述任一方案中优选的是，所述TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为5：10：5。
上述任一方案中优选的是，所述TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为10：5：5。
上述任一方案中优选的是，所述TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为15：5：5。
上述任一方案中优选的是，所述添加剂包括铬铁合金、锰铁合金或稀土中至少一种。
上述任一方案中优选的是，所述铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为5～15：1～10：0～5。
上述任一方案中优选的是，所述铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为5：1：5。
上述任一方案中优选的是，所述铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为10：5：5。
上述任一方案中优选的是，所述铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为15：10：5。
上述任一方案中优选的是，所述铬铁合金包括低碳铬铁、中碳铬铁或高碳铬铁中一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述锰铁合金包括低碳锰铁、中碳锰铁或高碳锰铁中一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述稀土包括稀土硅铁合金、稀土硅镁合金或氧化稀土中一种或几种。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（1）中的混配料投入到V型混料机中混合均匀。
上述任一方案中优选的是，混合时间为0.5～8h。
上述任一方案中优选的是，所述步骤（2）中合金粉料成型的方法为：将混合均匀的粉末加入水基胶粘剂，调制成合金粉膏状体或压制成预制体，之后固定在锤头使用部位的锤面消失模塑料模型的凹槽上，干燥，涂挂防粘砂耐火涂料。
上述任一方案中优选的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:2～100。
上述任一方案中优选的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:2。
上述任一方案中优选的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:10。
上述任一方案中优选的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:50。
上述任一方案中优选的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:100。
上述任一方案中优选的是，将合金粉膏状体或预制体固定在消失模模型的凹槽上后，干燥温度低于40ºC。
上述任一方案中优选的是，所述水基胶粘剂为聚乙烯醇水溶液或羧甲基纤维素钠水溶液。
上述任一方案中优选的是，所述聚乙烯醇质量百分数为0.5%～6%，羧甲基纤维素钠水溶液质量百分数0.5%～6%。
上述任一方案中优选的是，在步骤(2)中，所述预制体压制压力为1～200MPa。
上述任一方案中优选的是，在步骤(2)中，预制体固定方法包括粘接到锤头锤面泡沫塑料表面上或直接固定在锤面泡沫塑料预留的凹槽中。
上述任一方案中优选的是，在步骤(2)中，涂挂防粘砂涂料次数为1～3遍，涂料层厚度为1.0～3.0mm。
上述任一方案中优选的是，所述涂料层厚度为1.0mm。
上述任一方案中优选的是，所述涂料层厚度为2.0mm。
上述任一方案中优选的是，所述涂料层厚度为3.0mm。
上述任一方案中优选的是，耐火涂料骨料包括石英粉、高铝粉、刚玉粉、镁砂粉、镁橄榄石粉中的一种或几种。
上述任一方案中优选的是，涂有防粘砂涂料的铸件模型在不高于50ºC的温度范围内充分干燥，干燥时间为16～48h。
上述任一方案中优选的是，锤头消失模模型中的消失模采用可发性聚苯乙烯泡沫塑料制成。
上述任一方案中优选的是，所述造型浇注的操作方法包括：将干燥好的锤头消失模模型埋箱，干砂振动造型；采用奥氏体锰钢钢液或低碳合金钢钢液熔炼合格后负压浇注。
上述任一方案中优选的是，所述熔炼奥氏体锰钢钢液为高锰钢、超高锰钢、中锰钢及改性高锰钢中的至少一种，钢液浇注温度范围为1450～1520ºC。
上述任一方案中优选的是，所述低碳低合金钢钢液采用质量百分比为C：0.15～0.35%，合金元素含量小于4%的低碳合金钢，钢液浇注温度范围为1500～1580ºC。
上述任一方案中优选的是，步骤（3）的铸造工艺为干砂消失模铸造工艺，干砂为10～60目的石英砂或宝珠砂，浇注时抽真空负压度在0.03～0.075MPa之间。
上述任一方案中优选的是，步骤（4）中热处理的操作方法为：将奥氏体锰钢基钢结硬质合金复合锤头加热、固溶后进行水韧化处理；将低碳合金钢基钢结硬质合金复合锤头加热后淬火，冷却到室温后回火。
上述任一方案中优选的是，所述奥氏体锰钢基硬质合金复合锤头水韧化热处理工艺，是将复合锤头加热到1050～1080 ºC时保温1～3h，快速淬入冷水中。
上述任一方案中优选的是，所述低碳合金钢基硬质合金复合锤头热处理工艺，是将复合锤头加热到860～1020 ºC并保温1～3h，快速淬入水中或在空气中冷却，冷却到室温后，在250～500 ºC的温度范围内保温1～3h进行回火处理。
有益效果：
本发明公开了一种耐磨钢结硬质合金复合锤头及其制造方法，采用燃烧合成硬质颗粒技术与铸渗工艺相结合，本发明采用燃烧合成反应原位生成的TiC颗粒以及外加TiC、WC、Al2O3等硬质颗粒对锤头锤面部位抗磨损区域进行弥散陶瓷颗粒强化，生成耐磨的钢结硬质合金硬化层，其锤柄的冲击功值最高可达200J，钢结硬质合金硬化层的硬度值最高可达72HRC，这就使复合锤头既保证了锤头锤柄的高韧性，又提高了锤头锤面磨损服役部位的硬度及耐磨性能。其工艺过程包括：1)将按化学计量比配制好的钛粉、石墨粉、外加硬质颗粒以及添加剂经混和均匀，加入适量的水基粘结剂搅拌均匀，调制成合金粉膏状体或冲压成预制体；2)将合金粉膏状体贴敷或将干燥后预制体固定在锤头锤面消失模模型上，后涂挂防粘砂耐火涂料，干燥，埋箱，干砂振动造型；3) 浇注高韧性的奥氏体锰钢或低碳合金钢熔液，高温钢液诱发合金粉膏状体或预制体中钛金属元素与碳元素发生燃烧反应，原位生成TiC颗粒，并放出大量的热，同时高温钢液渗入合金颗粒层，与外加的TiC、WC、Al2O3及其它合金粉末颗粒之间发生物理和化学作用，冷却清理，再经热处理后，即可制造出高韧高硬耐磨钢结硬质合金复合锤头。
（1）本发明通过采用燃烧合成反应原位生成的TiC颗粒以及外加TiC、WC、Al2O3等硬质颗粒对锤头锤面抗磨损区域进行弥散硬质陶瓷颗粒强化，生成耐磨的钢结硬质合金硬化层，硬质陶瓷颗粒体积分数大，体积分数范围为45～80%，在基体相中分布均匀，其颗粒形貌和分布情况如附图图3和图5所示。而TiC、WC 、Al2O3等颗粒的显微硬度明显高于高铬铸铁中起抗磨损作用铬的碳化物，其耐磨性能优于高铬铸铁，其锤柄的冲击功范围在50J～200J之间，钢结硬质合金硬化层的硬度值范围为最高可达45～72HRC，使复合锤头既保证了锤头锤柄的高韧性，又提高了锤头锤面磨损部位的硬度及耐磨性能；
（2）添加铬铁、锰铁、WC等合金粉末后，与渗入的基体钢液相互作用，一方面铬、锰、钨元素固溶于基体相中，起固溶强化作用；另一方面熔解重新析出新的合金碳化物，如（Cr,Fe）3C2、（Cr,Fe）23C6、（Cr,Fe）7C3 、（W,Fe）7C3、W6C等，这些碳化物可以细化晶粒，大幅度提高基体相的硬度，对硬质合金颗粒相的支撑作用大幅度加强；
（3）本发明采用的燃烧合成反应绿色节能，原位合成TiC过程中放出大量的热，大大改善了铸渗工艺条件，合金化过程更加容易，钢结硬质合金硬化层厚度厚，最厚处可达150mm，其内部组织致密；
（4）另外，本发明通过添加TiC、WC和Al2O3等颗粒，起到稀释Ti+C→TiC和W+C→WC两个反应生成物TiC和WC浓度，实现控制反应速度的目的，降低反应体系气体产生量，改善组织内部缺陷及颗粒分布状态；同时TiC、WC和Al2O3等颗粒也是性能优良的耐磨硬质相，可以提高硬质合金层中的硬质颗粒相的体积分数，从而达到提高耐磨性的目的；
（5）本发明复合锤头生产工艺简单，钢结硬质合金硬化层与锤头铸造同时进行，大大缩短了复合锤头的生产工艺流程，制造成本低，易于产业化。
附图说明
图1-图3为高锰钢基钢结硬质合金复合材料组织照片；
图4-图6为低合金钢基钢结硬质合金复合材料组织照片；
图7为利用本发明制备复合锤头示意图；
图8为图7的剖视图。
1、锤柄；2、锤面；3、钢结硬质合金硬化层。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明一种耐磨复合锤头的制造方法，包括合金粉混配料、合金粉料成型、造型浇注和热处理，耐磨钢结硬质合金复合锤头锤端具有原位生成的TiC颗粒以及外加TiC、WC、Al2O3等硬质颗粒弥散强化的钢结硬质合金硬化层，方法包括以下步骤：
(1)所述合金粉混配料：按质量百分比(30～70)：(10～40)：(10～30)：(10～30)分别称取金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂进行配料，投入到V型混料机中混合均匀。
(2)所述合金粉料成型：将上述混合均匀的粉末加入适量的水基胶粘剂，水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:2～1:100，搅拌均匀后调制成合金粉膏状体或添入模具中压制成预制体，将合金粉膏状体贴敷或预制体固定在锤头锤面消失模模型上，在低于40ºC的温度下干燥后，涂挂多遍防粘砂涂料，充分干燥。
(3) 所述造型浇注：将干燥好的锤头消失模模型埋箱，干砂振动造型；奥氏体锰钢或低碳合金钢钢液熔炼合格后负压浇注。高温钢液与合金粉层接触引发Ti与C元素反应，原位生成TiC，并放出大量的热，同时高温钢液渗入合金颗粒层，与外加的TiC、WC 、Al2O3及其它合金粉末颗粒之间发生物理和化学作用，制造出高韧高硬耐磨钢结硬质合金复合锤头。
(4) 所述热处理：将奥氏体锰钢基钢结硬质合金复合锤头加热到一定温度并保温一定时间固溶后进行水韧化处理；将低碳合金钢基钢结硬质合金复合锤头加热到一定温度并保温一定时间后淬火，冷却到室温后回火。
本发明进一步优化的技术方案是，步骤(1)中，所述硬质陶瓷颗粒：由TiC颗粒或WC颗粒或Al2O3颗粒中的一种或几种组成，其占总原料质量百分比为(5～15)：(5～10)：(0～5)。
本发明进一步优化的技术方案是，步骤(1)中，所述添加剂：由铬铁合金、锰铁合金和稀土组成，其质量百分比为(5～15)：(1～10)：(0～5)，铬铁合金包括低碳铬铁或中碳铬铁或高碳铬铁中一种或几种，锰铁合金包括低碳锰铁或中碳锰铁或高碳锰铁中一种或几种，稀土包括稀土硅铁合金或稀土硅镁合金或氧化稀土中一种或几种。
本发明进一步优化的技术方案是，步骤(1)中，所述在V型混料机中混合均匀时间为0.5～8h。
本发明进一步优化的技术方案是，步骤(2)中，所述水基胶粘剂为质量百分数0.5～6%的聚乙烯醇(PVA)水溶液或0.5～6%的羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(2)中，所述预制体压制压力为1～200MPa；预制体固定方法包括用有机粘接剂粘接到锤头锤面泡沫塑料表面上或直接固定在锤面泡沫塑料预留的凹槽中等方式。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(2)中，所述涂挂防粘砂涂料次数一般为1～3遍，涂料层厚度为1.0～3.0mm，涂料骨料包括石英粉、高铝粉、刚玉粉、镁砂粉、镁橄榄石粉中的一种或几种。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(2)中，所述涂有防粘砂涂料的铸件模型在不高于50ºC的温度范围内充分干燥去除潮气，干燥过程总时间为16～48h。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(2)中，所述锤头消失模模型中的消失模为可发性聚苯乙烯泡沫塑料。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(3)中，所述熔炼奥氏体锰钢钢液为高锰钢、超高锰钢、中锰钢及改性高锰钢中任一种，钢液浇注温度范围为1450～1520ºC；所述熔炼低碳合金钢钢液为可采用质量百分比为C：0.15～0.35%，合金元素含量小于4%的低碳合金钢，钢液浇注温度范围为1500～1580ºC。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(3)中，所述铸造工艺为干砂消失模铸造工艺，干砂为10～60目的石英砂或宝珠砂，抽真空负压度控制在0.03～0.075MPa之间。
本发明进一步优化的技术方案是，在步骤(4)中，所述奥氏体锰钢基硬质合金复合锤头水韧化热处理工艺，是将复合锤头加热到1050～1100 ºC时保温1～3h，快速淬入冷水中；所述低碳合金钢基硬质合金复合锤头热处理工艺，是将复合锤头加热到860～1020 ºC并保温1～3h，快速淬入水中或在空气中冷却，冷却到室温后，在250～500 ºC的温度范围内保温1～3h进行回火。
本发明制备的耐磨钢结硬质合金复合锤头，其由高韧性的基体材料和钢结硬质合金硬化层复合材料组成，其中钢结硬质合金硬化层为原位合成TiC与外加的TiC、WC、Al2O3以及合金碳化物等颗粒增强钢基复合材料。
本发明进一步优化的技术方案是，其颗粒增强钢结硬质合金硬化层原料中含有金属钛粉、石墨粉、碳化钛粉、碳化钨粉、氧化铝粉、铬铁合金粉、锰铁合金粉和稀土，其特征在于：所述一种原位合成TiC以及外加TiC、WC、Al2O3等复相颗粒增强钢基复合材料，所述原料中的合金粉末包含粒度18～150μm的金属钛粉30～70wt%、粒度1.3～45μm的石墨粉10～40wt%、粒度20～75μm的碳化钛粉5～15wt%、粒度20～200μm的碳化钨粉1～10wt%、粒度45～200μm的铬铁合金粉5～15wt%、粒度23～180μm的锰铁合金粉1～10wt%，粒度2～25μm的氧化铝粉0～5wt%和粒度5～45μm的稀土0～5wt%，利用高温燃烧反应结合消失模铸渗工艺，原位生成TiC颗粒与外加的TiC、WC、Al2O3以及合金碳化物等颗粒增强钢基钢结硬质合金硬化层。
本发明进一步优化的技术方案是，所述的颗粒增强钢基钢结硬质合金硬化层厚度为5～150mm。
本发明进一步优化的技术方案是，所述的颗粒增强钢基钢结硬质合金硬化层，钢结硬质合金硬化层组织包括基体相组织和分布其上的原位合成TiC、外加TiC、WC、Al2O3颗粒相以及少量合金碳化物。
本发明进一步优化的技术方案是，所述的颗粒增强钢基钢结硬质合金硬化层，高韧性的基体材料为奥氏体锰钢时，其基体相组织为单相奥氏体组织；高韧性基体材料为低碳合金钢时，其基体相组织为珠光体或低碳马氏体或贝氏体组织。
本发明进一步优化的技术方案是，所述的颗粒增强钢基钢结硬质合金硬化层，原位合成的TiC颗粒体积百分数为10～40%，外加TiC颗粒体积百分数为10～30%，WC颗粒体积百分数为5～10%，Al2O3颗粒相体积百分数为0～5%；合金碳化物体积百分数为1～10%，其余为基体相组织。
本发明进一步优化的技术方案是，所述的颗粒增强钢基钢结硬质合金硬化层，所述高韧性的基体材料具有较高的冲击韧性，其冲击功在30～200J范围内，奥氏体锰钢基体的硬度值19～25HRC，低碳合金钢基体的硬度值为19～45HRC。钢结硬质合金硬化层具有良好的耐磨性，其硬度呈梯度变化趋势，硬度值范围为45～72HRC。
实施例2
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，首先制作锤式破碎机锤头泡沫塑料白模，该锤头为50Kg以上的大中型破碎机锤头，根据锤头实际使用磨损情况，在锤面泡沫塑料模型中制作出凹槽，计算出凹槽的体积，得到硬质合金粉料的重量。
按重量百分比称取粒度23-45μm的金属钛粉1200g、6.5-13μm的石墨粉300g、75μm的碳化钛粉100g、150μm铸造碳化钨粉150g、18μm的氧化铝粉50g 、150μm的高碳铬铁粉100g、80μm的中碳锰铁粉50g和稀土硅铁合金粉50g，在V型混料机机中混合6h，然后加入4%聚乙烯醇水溶液约600g，在拌和机中搅拌1.0h制成合金粉料膏状体。将混合均匀的合金粉料膏状体涂覆在锤式破碎机锤头泡沫塑料模型锤面预留的凹槽中，涂覆厚度10～15mm，在不大于40 ºC的烘干房内干燥12h，也可在自然环境中充分干燥24h。然后，外挂约0.8～1.2mm厚的镁砂粉涂料，在不高于50 ºC的烘干房内干燥24-48h，要求烘干房相对湿度不超过30%。
将干燥好的复合锤头泡沫塑料模型及浇注系统组箱，并用30～40目宝珠砂填埋，置于振实台上振动紧实造型。按国家标准熔炼ZG120Mn13Cr2高锰钢钢液，浇注温度为1450～1480 ºC，真空负压0.045～0.055MPa，保压时间10分钟，浇注结束后静置4小时后翻箱、落砂，清理、打磨后得到复合锤头铸件。
将复合锤头铸件加热到1050～1080 ºC，并保温2小时，快速淬入水温低于40 ºC的水池中，进行水韧化处理。
高锰钢基钢结硬质合金硬化层与高锰钢基体呈冶金结合，表面质量好，合金层厚度为10～15mm，硬度40～60HRC，基体高锰钢的冲击韧性大于100J／cm2，添加少量的氧化铝粉可以提高硬化层的致密度及耐腐蚀性能，对钢结硬质合金硬化层进行组织观察，如图1-图3所示。
实施例3
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，首先制作细碎机锤头泡沫塑料白模，该锤头为50Kg的中小型破碎机锤头，入料粒度小于200mm，根据锤头实际使用磨损情况，在锤面泡沫塑料模型上制作出凹槽，计算出凹槽的体积，得到硬质合金粉料的重量。
按重量百分比称取粒度23-45μm的金属钛粉500g、6.5-13μm的石墨粉150g、75μm的碳化钛粉90 g、45μm碳化钨粉50g、75μm的高碳铬铁粉60g、80μm的高碳锰铁粉40g和稀土硅铁合金粉10g，在V型混料机机中混合2h，然后加入2%羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液约400g，在拌和机中搅拌0.5h制成合金粉料膏状体。将混合均匀的合金粉料膏状体涂覆在锤头锤面泡沫塑料模型预留的凹槽中，涂覆厚度5～10mm，在不大于40 ºC的烘干房内干燥10h，也可在自然环境中充分干燥24h。然后，外挂约0.8～1.2mm厚的镁砂粉涂料，在不高于50ºC的烘干房内干燥24～36h，要求烘干房相对湿度不超过30%。
将干燥好的复合锤头泡沫塑料模型及浇注系统组箱，并用30～40目宝珠砂填埋，置于振实台上振动紧实造型。按奥氏体锰钢铸件国家标准熔炼ZG120Mn7Mo1中锰钢钢液，浇注温度为1460～1500ºC真空负压0.050～0.060MPa，保压时间10分钟，浇注结束后静置4小时后翻箱、落砂，清理、打磨后得到复合锤头铸件。
将复合锤头铸件加热到1040～1060 ºC，并保温1小时，快速淬入水温低于40 ºC的水池中，进行水韧化处理。
中锰钢基钢结硬质合金硬化层与中锰钢基体呈冶金结合，表面质量好，合金层厚度为5～12mm，硬度50～62HRC，基体中锰钢的冲击韧性大于50J／cm2。基体选用中锰钢后，提高了硬化层平均硬度，铬铁、锰铁和稀土硅铁的加入提高了硬化层中基体相的强度，使硬质合金硬化层在使用过程中硬化速度加快，提高了初始耐磨性，适用于中小型破碎机锤头。
实施例 4
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，首先制作大型破碎机锤头泡沫塑料白模，该锤头重量在90公斤以上，入料粒度大于400mm，根据现场锤头实际使用磨损情况，在锤面泡沫塑料模型上制作出凹槽，根据凹槽的形状和尺寸，设计得到预制体模型的尺寸。
按重量百分比称取粒度23-45μm的金属钛粉1800g、6.5-13μm的石墨粉450g、45μm的碳化钛粉300 g、45μm碳化钨粉150g、75μm的高碳铬铁粉200g、75μm的中碳锰铁粉80g和稀土硅铁合金粉20g，在V型混料机机中混合8h，然后加入6%聚乙烯醇水溶液约300g，在拌和机中搅拌1h，将混合均匀的合金粉料添加到模具中压制成合金预制体，在不大于40 ºC的烘干房内干燥6h，也可在自然环境中充分干燥8～10h，将干燥好的预制体用有机粘接剂固定在锤面塑料模型的凹槽中。然后，外挂约1.5～2.0mm厚的镁砂粉涂料，在不高于50 ºC的烘干房内干燥24-48h，要求烘干房相对湿度不超过30%。
将干燥好的复合锤头泡沫塑料模型及浇注系统组箱，并用30～40目宝珠砂填埋，置于振实台上振动紧实造型。熔炼ZG120Mn17Cr2超高锰钢钢液，浇注温度为1450～1480ºC真空负压0.045～0.055MPa，保压时间10分钟，浇注结束后静置4小时后翻箱、落砂，清理、打磨后得到复合锤头铸件。
将复合锤头铸件加热到1080～1100 ºC，并保温2.5小时，快速淬入水温低于40 ºC的水池中，进行水韧化处理。
超高锰钢基钢结硬质合金硬化层与超高锰钢基体呈冶金结合，表面质量好，合金层厚度为15～100mm，硬度45～62HRC，基体超高锰钢的冲击韧性大于150J／cm2。将合金粉料压制成合金预制块，减少了粘接剂的用量，提高了硬质合金硬化层内部质量及硬质陶瓷颗粒相的体积分数，从而提高了硬化层的耐磨性，适用于大型的破碎机锤头。
实施例 5
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，首先制作水泥熟料破碎机细碎机锤头泡沫塑料白模，该锤头为5～12Kg的小型破碎机锤头，根据锤头实际使用磨损情况，将锤面泡沫塑料模型制作出凹槽，计算出凹槽的体积，得到硬质合金粉料的重量。
按重量百分比称取粒度23-45μm的金属钛粉400g、6.5-13μm的石墨粉100g、75μm的碳化钛粉60g、150μm铸造碳化钨粉30g、23μm的氧化铝粉15g 、75μm的高碳铬铁粉30g、50μm的高碳锰铁粉10g和稀土硅镁铁合金粉5g，在V型混料机机中混合6h，然后加入4%聚乙烯醇水溶液约600ml，在拌和机中搅拌1.0h制成合金粉料膏状体。将混合均匀的合金粉料膏状体涂覆在锤式破碎机锤头泡沫塑料模型锤面预留的凹槽中，涂覆厚度10~15mm，在不大于40 ºC的烘干房内干燥12h，也可在自然环境中充分干燥24h。然后，外挂约1.2～2.0mm厚的石英砂粉涂料，在不高于50 ºC的烘干房内干燥24-48h，要求烘干房相对湿度不超过30%。
将干燥好的复合锤头泡沫塑料模型及浇注系统组箱，并用20-40目干石英砂填埋，置于振实台上振动紧实造型。按耐磨钢铸件国家标准熔炼ZG30CrNiMo低碳合金钢钢液，浇注温度为1520～1580 ºC，真空负压0.055～0.065MPa，保压时间10分钟，浇注结束后静置2小时后翻箱、落砂，清理、打磨后得到复合锤头铸件。
将复合锤头加热到860～890 ºC并保温2h，在空气中快速冷却，冷却到室温后，在350 ºC的温度下保温2小时进行回火。
低合金钢钢基钢结硬质合金硬化层与低合金钢基体呈冶金结合，表面质量好，合金层厚度为10～15mm，硬度50～68HRC，基体ZG30CrNiMo低碳合金钢的冲击韧性大于30J／cm2。本实施例中用粗颗粒的铸造碳化钨替代碳化钨粉可以大幅度提高硬化层硬度，加入少量氧化铝粉可以提高硬化层的抗高温氧化性能，基体选用低碳合金钢既增加了硬化层的硬度也提高了高温强度。对钢结硬质合金硬化层进行组织观察，如图4-图6所示。
实施例 6
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，首先制作打铁机破碎机锤头细碎机锤头泡沫塑料白模，该锤头为20～50Kg的中型破碎机锤头，原料为废钢，根据锤头实际使用磨损情况，在锤面泡沫塑料模型上制作出凹槽，计算出凹槽的体积，得到硬质合金粉料的重量。
按重量百分比称取粒度23-45μm的金属钛粉600g、6.5-13μm的石墨粉150g、75μm的碳化钛粉90 g、45μm铸造碳化钨粉50g、75μm的高碳铬铁粉60g、80μm的高碳锰铁粉40g和稀土硅铁合金粉10g，在V型混料机机中混合2h，然后加入4%聚乙烯醇水溶液约400g，在拌和机中搅拌0.5h制成合金粉料膏状体。将混合均匀的合金粉料膏状体涂覆在锤头锤面泡沫塑料模型预留的凹槽中，涂覆厚度10~20mm，在不大于40 ºC的烘干房内干燥10h，也可在自然环境中充分干燥24h。然后，外挂约1.0～1.5mm厚的镁橄榄石粉涂料，在不高于50ºC的烘干房内干燥24-36h，要求烘干房相对湿度不超过30%。
将干燥好的复合锤头泡沫塑料模型及浇注系统组箱，并用30-40目宝珠砂填埋，置于振实台上振动紧实造型。熔炼ZG120Mn17Cr2超高锰钢钢液，浇注温度为1450～1480ºC真空负压0.045～0.055MPa，保压时间10分钟，浇注结束后静置4小时后翻箱、落砂，清理、打磨后得到复合锤头铸件。
将复合锤头铸件加热到1080-1100 ºC，并保温2小时，快速淬入水温低于40 ºC的水池中，进行水韧化处理。
超高锰钢基钢结硬质合金硬化层与超高锰钢基体呈冶金结合，表面质量好，合金层厚度为10～20mm，硬度45～62HRC，基体超高锰钢的冲击韧性大于150J／cm2。本实施例通过选择添加铸造碳化钨和超高锰钢基体材料，其钢结硬质合金硬化层韧性高、耐磨性好，可以用来破碎韧性较好的被破碎物料，避免锤头锤面掉块或断裂现象发生，是原使用高锰钢材质锤头使用寿命的3-4倍。
实施例7
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，钢结硬质合金硬化层厚度为5mm。
实施例8
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，钢结硬质合金硬化层厚度为30mm。
实施例9
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，钢结硬质合金硬化层厚度为150mm。
实施例10
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述合金粉末包含金属钛粉30wt%、石墨粉30wt%、碳化钛粉10wt%、碳化钨粉5wt%、铬铁合金粉10wt%、锰铁合金粉10wt%，氧化铝粉2.5wt%和稀土2.5wt% 。
实施例11
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，合金粉末包含金属钛粉40wt%、石墨粉10wt%、碳化钛粉10wt%、碳化钨粉10wt%、铬铁合金粉15wt%、锰铁合金粉5wt%，氧化铝粉5wt%和稀土5wt% 。
实施例12
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，合金粉末包含金属钛粉70wt%、石墨粉10wt%、碳化钛粉5wt%、碳化钨粉1wt%、铬铁合金粉5wt%、锰铁合金粉4wt%，氧化铝粉2.5wt%和稀土2.5wt% 。
实施例13
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，金属钛粉粒度18μm，石墨粉粒度1.3μm，碳化钛粉粒度20μm，碳化钨粉粒度20μm，铬铁合金粉粒度45μm，锰铁合金粉粒度23μm，氧化铝粉粒度2μm，稀土粒度5μm。
实施例14
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，金属钛粉粒度100μm，石墨粉粒度20μm，碳化钛粉粒度40μm，碳化钨粉粒度100μm，铬铁合金粉粒度100μm，锰铁合金粉粒度90μm，氧化铝粉粒度10μm，稀土粒度20μm。
实施例15
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，金属钛粉粒度150μm，石墨粉粒度45μm，碳化钛粉粒度75μm，碳化钨粉粒度200μm，铬铁合金粉粒度200μm，锰铁合金粉粒度180μm，氧化铝粉粒度25μm，稀土粒度45μm。
实施例16
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述钢结硬质合金硬化层中原位合成TiC颗粒体积百分数为10%，外加TiC颗粒体积百分数为30%，WC颗粒体积百分数为10%，Al2O3颗粒相体积百分数为5%；合金碳化物体积百分数为10%，其余为基体相组织。
实施例17
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述钢结硬质合金硬化层中原位合成TiC颗粒体积百分数为20%，外加TiC颗粒体积百分数为20%，WC颗粒体积百分数为7%，Al2O3颗粒相体积百分数为2%；合金碳化物体积百分数为6%，其余为基体相组织。
实施例18
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述钢结硬质合金硬化层中原位合成TiC颗粒体积百分数为40%，外加TiC颗粒体积百分数为30%，WC颗粒体积百分数为10%，Al2O3颗粒相体积百分数为5%；合金碳化物体积百分数为10%，其余为基体相组织。
实施例19
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比30：40：20：10。
实施例20
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比50：15：15：20。
实施例21
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂的质量百分比65：15：10：10。
实施例22
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为5：10：5。
实施例23
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为10：5：5。
实施例24
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，TiC颗粒、WC颗粒、Al2O3颗粒分别占总原料质量百分比为15：5：5。
实施例25
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为5：1：5。
实施例26
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为10：5：5。
实施例27
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述铬铁合金、锰铁合金、稀土占总原料质量百分比为15：10：5。
实施例28
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:2。
实施例29
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:50。
实施例30
一种耐磨复合锤头的制造方法，和实施例1相似，不同的是，所述水基胶粘剂与混合粉末的质量比为1:100。
本发明公开了一种耐磨钢结硬质合金复合锤头及其制造方法，采用燃烧合成硬质颗粒技术与铸渗工艺相结合，本发明采用燃烧合成反应原位生成的TiC颗粒以及外加TiC、WC、Al2O3等硬质颗粒对锤头锤面部位抗磨损区域进行弥散陶瓷颗粒强化。
采用上述实施例制备的复合锤头生成耐磨的钢结硬质合金硬化层，其锤柄的冲击功值最高可达200J，钢结硬质合金硬化层的硬度值最高可达72HRC，这就使复合锤头既保证了锤头锤柄的高韧性，又提高了锤头锤面磨损服役部位的硬度及耐磨性能。 本发明通过采用燃烧合成反应原位生成的TiC颗粒以及外加TiC、WC、Al2O3等硬质颗粒对锤头锤面抗磨损区域进行弥散硬质陶瓷颗粒强化，生成耐磨的钢结硬质合金硬化层，硬质陶瓷颗粒体积分数大，体积分数范围为45～80%，在基体相中分布均匀，其颗粒形貌和分布情况如附图图3和图5所示。而TiC、WC 、Al2O3等颗粒的显微硬度明显高于高铬铸铁中起抗磨损作用铬的碳化物，其耐磨性能优于高铬铸铁，其锤柄的冲击功范围在50J～200J之间，钢结硬质合金硬化层的硬度值范围为最高可达45～72HRC，使复合锤头既保证了锤头锤柄的高韧性，又提高了锤头锤面磨损部位的硬度及耐磨性能；
本发明添加铬铁、锰铁、WC等合金粉末后，与渗入的基体钢液相互作用，一方面铬、锰、钨元素固溶于基体相中，起固溶强化作用；另一方面熔解重新析出新的合金碳化物，如（Cr,Fe）3C2、（Cr,Fe）23C6、（Cr,Fe）7C3 、（W,Fe）7C3、W6C等，这些碳化物可以细化晶粒，大幅度提高基体相的硬度，对硬质合金颗粒相的支撑作用大幅度加强；
本发明采用的燃烧合成反应绿色节能，原位合成TiC过程中放出大量的热，大大改善了铸渗工艺条件，合金化过程更加容易，钢结硬质合金硬化层厚度厚，最厚处可达150mm，其内部组织致密；
另外，本发明通过添加TiC、WC和Al2O3等颗粒，起到稀释Ti+C→TiC和W+C→WC两个反应生成物TiC和WC浓度，实现控制反应速度的目的，降低反应体系气体产生量，改善组织内部缺陷及颗粒分布状态；同时TiC、WC和Al2O3等颗粒也是性能优良的耐磨硬质相，可以提高硬质合金层中的硬质颗粒相的体积分数，从而达到提高耐磨性的目的。
本发明复合锤头生产工艺简单，钢结硬质合金硬化层与锤头铸造同时进行，大大缩短了复合锤头的生产工艺流程，制造成本低，易于产业化。
需要说明的是，以上实施例仅是为了理解本发明，本发明不限于该实施例，凡在本发明的技术方案基础上所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐磨钢结硬质合金复合锤头，其由高韧性的基体材料和钢结硬质合金硬化层复合材料制成，其特征在于： 所述钢结硬质合金硬化层为采用合金粉料制成的一种原位合成TiC与外加的TiC、WC、Al2O3硬质陶瓷以及合金碳化物颗粒增强钢结硬质合金硬化层。
2.根据权利要求1所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头，其特征在于： 所述钢结硬质合金硬化层采用合金粉料制成，所述合金粉料包括金属钛粉、石墨粉、碳化钛粉、碳化钨粉、氧化铝粉、铬铁合金粉、锰铁合金粉和稀土中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头，其特征在于：所述
钢结硬质合金硬化层中原位合成TiC颗粒体积百分数为10～40%，外加TiC颗粒体积百分数为10～30%，WC颗粒体积百分数为5～10%，Al2O3颗粒相体积百分数为0～5%；合金碳化物体积百分数为1～10%，其余为基体相组织。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：利用高温燃烧反应结合消失模铸渗工艺，在所述耐磨钢结硬质合金复合锤头锤面抗磨损区域形成以TiC为主复相颗粒增强的钢结硬质合金硬化层。
5.根据权利要求4所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）合金粉混配料；
（2）合金粉料成型；
（3）造型浇注；
（4）热处理。
6.根据权利要求5所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：步骤（1）中按质量百分比分别称取金属钛粉、石墨粉、硬质陶瓷颗粒和添加剂进行配料，并混合均匀。
7.根据权利要求5所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）中合金粉料成型的方法为：将混合均匀的粉末加入水基胶粘剂，调制成合金粉膏状体或压制成预制体，之后固定在锤头使用部位的锤面消失模塑料模型的凹槽上，干燥，涂挂防粘砂耐火涂料。
8.根据权利要求5所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：步骤（3）的铸造工艺为干砂消失模铸造工艺，干砂为10～60目的石英砂或宝珠砂，浇注时，抽真空负压度在0.03～0.075MPa之间。
9.根据权利要求5所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：步骤（4）中热处理的操作方法为：将奥氏体锰钢基钢结硬质合金复合锤头加热、固溶后进行水韧化处理；将低碳合金钢基钢结硬质合金复合锤头加热后淬火，冷却到室温后回火。
10.根据权利要求9所述的耐磨钢结硬质合金复合锤头的制造方法，其特征在于：奥氏体锰钢基硬质合金复合锤头水韧化热处理工艺，是将复合锤头加热到1050～1080 ºC时保温1～3h，快速淬入冷水中。
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