CN112058406B - 一种单液铸造双金属复合锤头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单液铸造双金属复合锤头及其制备方法，该锤头包括锤头头部和锤头柄部，锤头柄部前端设置连接部，锤头柄部后端具有连接用的轴孔，连接部置于锤头头部内部，连接部与锤头柄部之间的连接处形成平滑过渡的凹部，连接部为中心开设横向通孔的镶合框，镶合框的纵向截面为环形、椭圆环形、正方形框形或长方形框形；镶合框外侧下边缘距锤头头部顶面为40‑50mm，镶合框外侧边缘距锤头头部侧面为20‑50mm，镶合框内侧上边缘距锤头头部和锤头柄部的连接分界处为10‑30mm；镶合框的横断面为圆形、方形或长方形，圆形直径为12‑30mm，方形或长方形边长为15‑25mm。本发明的锤头材质匹配合理，耐磨损、不断裂、设计合理的热处理工艺，生产工艺简便、使用寿命高。

Description

一种单液铸造双金属复合锤头及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锤头，属于耐磨材料生产技术领域，特别涉及一种单液铸造双金属复合锤头及其制备方法。

背景技术

锤头是锤式破碎机的主要易磨损件，锤头在高速旋转中与物料碰撞，将物料破碎的过程中，锤头也会被磨耗，因此需要经常更换。锤头的不断裂，抗冲击磨损，抗疲劳磨损，抗冲击与热蚀磨损是提高锤头使用寿命的关键。

锤式破碎机锤头是在不同工况的黑色金属矿山、有色金属矿山、水泥、电力、建材采石等领域生产环节的主要设备。锤式破碎机的型号、规格、安装锤头数量也不一致，但是锤头单重一般在5kg至100kg之间。

锤头的传统材质是高锰钢，牌号为ZG120Mn13，ZG120Mn13Cr2。高锰钢的优点是不断裂、抗冲击韧性高，由于初始硬度在HRC22，在破裂物料的过程中产生加工硬化，大约会使硬度提高到HRC50，但仍显耐磨性不足。

锤头要求耐磨性的提高发展到出现ZG120Mn17，ZG120Mn17Cr2，但市场要求耐磨性更高的锤头。耐磨性更高的材质是高铬白口铸铁，国标牌号如BTMCr15，BTMCr20，BTMCr26等。制作5kg至15kg锤头破碎粒度较小的物料尚可，但制作30kg至100kg锤头往往断裂，因该材质冲击韧性低，脆性大，锤头头部与柄部之间往往容易断裂。

双液铸造双金属复合锤头产品的出现解决了这个问题，头部用高铬白口铸铁很耐磨，而柄部用ZG45或ZG25CrMo解决了耐冲击不断裂的问题。但必须用两台中频感应熔炼炉熔炼两种材质，几乎同时浇注，但头部、柄部材质的选择与匹配不佳。

单液铸造双金属复合锤头也应运而生，但制作重量较大的锤头均有开裂倾向，出现了锤头柄部镶合处设计结合不佳等问题。实例如镶合部设计将每边缩小20-30mm，在中线钻25mm的圆孔两个，间距80mm。该锤头在小重量锤头的使用中尚可，但对大重量锤头在工况使用中有开裂倾向。又如镶合部设计将每边缩小20-30mm，在柄部中线处钻孔3个，圆孔直径20-30mm，并在锤柄最下孔插入一个比圆孔稍小的圆钢棒，钢棒长度比镶合部厚度稍长。制作大重量锤头仍在使用中有开裂倾向。又如镶合部设计将每边缩小20-30mm，制成锯齿形，锯齿高约5mm，制作大重量锤头仍在使用中有开裂倾向。又如镶合部设计将每边缩小20-30mm，制成上小下大的楔子形，中间开10*30mm孔，该法制作大重量锤头仍在使用中有开裂倾向。

单液铸造双金属复合锤头不佳实例，如果锤头头部采用高铬白口铸铁，柄部采用低碳钢或ZG45，则在工况使用中轴孔有失圆现象以及涮柄磨损严重的现象。如果锤头头部采用高铬白口铸铁，热处理工艺是根据高铬白口铸铁制定，柄部设计低合金高强度钢要与它的淬火、回火温度一致，如采用ZG45则晶粒粗大不耐磨，如采用ZG25CrMo硬度仍然偏低将会涮柄。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种单液铸造双金属复合锤头及其制备方法，以达到制备的锤头耐磨损、不断裂、生产工艺简便、使用寿命高的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种单液铸造双金属复合锤头，包括锤头头部和锤头柄部，锤头柄部后端具有连接用的轴孔，所述锤头柄部前端设置连接部，所述连接部置于所述锤头头部内部，所述连接部与锤头柄部之间的连接处形成平滑过渡的凹部，所述连接部为中心开设横向通孔的镶合框，所述镶合框的纵向截面为环形、椭圆环形、正方形框形或长方形框形；所述镶合框外侧下边缘距锤头头部顶面为40-50mm，所述镶合框外侧边缘距锤头头部侧面为20-50mm，所述镶合框内侧上边缘距锤头头部和锤头柄部的连接分界处为10-30mm；所述镶合框的横断面为圆形、方形或长方形，所述圆形直径为12-30mm，所述方形或长方形边长为15-25mm。

上述方案中，所述镶合框的体积占锤头头部体积的比例小于六分之一。

上述方案中，所述锤头柄部为低合金高强度钢，其化学成分按质量分数如下：C：0.35-0.39％，Cr：1.5-1.8％，Mo：0.2-0.3％，Mn：0.4-1.0％，Co≤0.3％，W≤0.3％，Si：0.4-1.0％，S≤0.03％，P≤0.035％，其余为Fe。

上述方案中，所述锤头头部为高铬钼钴铌白口铸铁，其化学成分按质量分数如下：C：2.4-3.6％，Cr：22-30％，Mn：0.4-1.0％，Si：0.4-1.0％，Cu≤1.0％，Mo≤1.0％，Co≤0.5％，Nb≤0.5％，Ni≤1％，Ti＜0.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，Cr/C＝8-9，其余为Fe。

一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，采用水玻璃石英砂铸造工艺或者消失模铸造工艺。

上述方案中，所述水玻璃石英砂铸造工艺具体如下：

(1)按比例制备型砂；

(2)锤头柄部铸造：将锤头柄部材质在中频感应炉熔炼出钢水，铸造成型，抛丸机清理；

(3)锤头制成：将锤头柄部置于造型箱型腔中，将锤头头部材质在中频感应炉熔炼出铁水，将其浇注入造型箱型腔中，铸成锤头；

(4)开箱后经抛丸机清理，进行热处理工艺，检查完成。

上述方案中，所述消失模铸造工艺具体如下：

(1)锤头柄部消失模制备：先将聚苯乙烯泡沫塑料做出锤头柄部，经过浸刷耐火材料、烘干制成；

(2)将锤头柄部消失模置于造型箱中，粘贴浇注系统，干砂填满，上振动台振实，铺塑料布包密抽真空，浇注锤头柄部材质的钢水，停抽真空，开箱，抛丸机清理；

(3)锤头头部铸成：将锤头头部消失模分成三部分，做出侧模板、马蹄形板及盖板，将其与锤头柄部的镶合框粘结包裹，形成锤头整体，将锤头头部消失模浸刷耐火涂料，烘干，置于砂箱中，在粘贴浇注系统后，以干砂填满，振动台振实，铺盖薄塑料布包密，扣浇冒口，抽真空，浇注锤头头部材质的钢水，浇完后停抽真空；

(4)开箱后经抛丸机清理，进行热处理工艺，检查完成。

进一步的技术方案中，热处理工艺的淬火温度在980-1050℃。

进一步的技术方案中，热处理工艺包括高温淬火1050℃，高温回火550℃，或者中温淬火1020℃，中温回火450℃，或者低温淬火980℃，低温回火380℃。

进一步的技术方案中，淬火时选用的吹风喷雾淬火、淬油，或者淬水溶性淬火介质，在淬火操作上采用Ms点控温淬火法。

通过上述技术方案，本发明提供的单液铸造双金属复合锤头的生产只需一台中频感应熔炼炉，先将锤头柄部的镶合框铸造出，然后放置到造型箱中，预留锤头头部型腔，将锤头头部铁水浇入造型箱铸成。

本发明的双金属复合锤头适用于5kg至100kg的各种锤式破碎机锤头，而且可以替代双液双金属复合锤头。本发明的锤头柄部镶合框的结构设计可以将锤头头部紧密兜住，结合牢固形成双金属复合整体。镶合框的体积占锤头头部体积的比例小于六分之一，可以使得在锤头的铸造及热处理工艺生产过程中框筋冷却时产生的张应力远小于锤头头部的压应力，从而解决了锤头开裂问题，在各种工况使用条件下，框筋均为圆面结合，无尖角接触，不形成应力源，不发生裂纹的扩展，不会导致开裂，解决了锤头头部与柄部机械结合不断裂的技术难题。

锤头柄部中C和Cr的含量给力学性能提供了基础，加入的微量合金元素Co、W等，可以提高显微组织细化晶粒，增加抗热疲劳性能，提高冲击力及提高耐磨性，保障了锤头柄部轴孔不失圆，抗涮磨不涮柄，以及不断裂，使用寿命长。

锤头头部的化学成分中含C量与含Cr量，及一定的铬碳比给高力学性能提供了基础，加入的微量合金元素Co，Nb等对显微组织晶粒细化、碳化物的弥散分布、提高抗磨损性能以及高硬韧性起到增强作用，特别是锤头在高速旋转中与物料撞击对锤头产生的高应力凿削磨损、热应力疲劳磨损以及撞击瞬间的高温点蚀均起到阻滞与制衡作用，提高了锤头的耐磨性与使用寿命。如果没有微量元素Co，对撞击瞬间的高温点蚀作用就不明显了，锤头的耐磨性与使用寿命提高的效果也不明显。

锤头头部与锤头柄部的化学成分设计、以及热处理工艺对锤头头部材质及锤头柄部材质的合理匹配，淬火操作采用Ms点控温淬火法，可以获得比双液铸造双金属复合锤头耐磨性更好的使用效果，做到了锤头轴孔不失圆，锤柄抗涮磨不涮柄，以及锤头头部抗磨损不开裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种单液铸造双金属复合锤头结构示意图。

图中，1、锤头头部；2、锤头柄部；3、凹部；4、镶合框；5、造型箱；6、浇冒口；7、轴孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种单液铸造双金属复合锤头，如图1所示，包括锤头头部1和锤头柄部2，锤头柄部2后端具有连接用的轴孔7，锤头柄部2前端设置连接部，连接部置于锤头头部1内部，连接部与锤头柄部2之间的连接处形成平滑过渡的凹部3，连接部为中心开设横向通孔的镶合框4，镶合框4的纵向截面为环形；镶合框4外侧下边缘距锤头头部顶面H1为40mm，镶合框4外侧边缘距锤头头部侧面H2为30mm，镶合框4内侧上边缘距锤头头部和锤头柄部的连接分界处H3为30mm；镶合框4的横断面为圆形，圆形直径为20mm。

本实施例中，镶合框4的体积占锤头头部1体积的比例为八分之一。

本实施例中，锤头柄部2为低合金高强度钢，其化学成分按质量分数如下：C：0.36％，Cr：1.6％，Mo：0.2％，Mn：0.8％，Co：0.2％，W：0.2％，Si：0.4-8％，S：0.01％，P：0.03:％，其余为Fe。

本实施例中，锤头头部1为高铬钼钴铌白口铸铁，其化学成分按质量分数如下：C：3.3％，Cr：27％，Mn：0.6％，Si：0.8％，Cu：0.6％，Mo：0.8％，Co：0.4％，Nb：0.3％，Ni:0.5％，Ti：0.3％，S：0.0:3％，P：0.05％，Cr/C＝8.1，其余为Fe。

实施例1：

一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，采用水玻璃石英砂铸造工艺:

(1)按比例制备型砂：石英砂面砂(40-70目)87％，膨润土(＜100目)1％，水玻璃(M2.2-2.5，波美43-50)8％，水分4％；碾压时间8-10分钟。

(2)锤头柄部铸造：将锤头柄部材质在中频感应炉熔炼出钢水，铸造成型，抛丸机清理；

(3)锤头制成：将锤头柄部置于造型箱型腔5中，将锤头头部材质在中频感应炉熔炼出铁水，将其浇注入造型箱型腔中，铸成锤头；

(4)开箱后经抛丸机清理，进行热处理工艺，高温淬火1050℃，高温回火550℃，淬火时选用的吹风喷雾淬火，在淬火操作上采用Ms点控温淬火法。然后进行理化检测达到力学性能。

实施例2：

一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，采用消失模铸造工艺具体如下：

(1)锤头柄部消失模制备：先将聚苯乙烯泡沫塑料做出锤头柄部，经过浸刷耐火材料、烘干制成；

(2)将锤头柄部消失模置于造型箱5中，粘贴浇注系统，干砂填满，上振动台振实，铺塑料布包密抽真空，浇注锤头柄部材质的钢水，停抽真空，开箱，抛丸机清理；

(3)锤头头部铸成：将锤头头部消失模分成三部分，做出侧模板、马蹄形板及盖板，将其与锤头柄部的镶合框粘结包裹，形成锤头整体，将锤头头部消失模浸刷耐火涂料，烘干，置于砂箱中，在粘贴浇注系统后，以干砂填满，振动台振实，铺盖薄塑料布包密，扣浇冒口6，抽真空，浇注锤头头部材质的钢水，浇完后停抽真空；

(4)开箱后经抛丸机清理，进行热处理工艺，低温淬火980℃，低温回火380℃，淬火时选用的淬水溶性淬火介质，在淬火操作上采用Ms点控温淬火法，检查完成。

将本发明实施例1和实施例2制得的单液铸造双金属复合锤头(锤头头部材质BTMCr26CoNb，锤头柄部材质ZG37CrCoWo)与现有的双液铸造双金属复合锤头(锤头头部材质BTMCr26，锤头柄部材质ZG25CrMo)进行性能对比实验。

1、耐磨性对比

单液铸造双金属复合锤头90kg，水玻璃石英砂铸造工艺，破碎物料用水泥石灰石，锤式破碎机型号MB70/90，转子上挂锤轴7条，每条轴挂10个锤头，整机装70个锤头。石灰石入料粒度1100mm，出料粒度25mm。锤头头部硬度HRC65，柄部硬度HRC40。锤头磨损率为0.52g/吨矿石，使用寿命4550小时。

双液铸造双金属复合锤头，头部硬度HRC62，柄部硬度HRC32。锤头磨损率为0.74g/吨矿石，使用寿命3200小时。

两种锤头均无开裂，本发明的单液铸造双金属复合锤头比双液铸造双金属复合锤头的耐磨性提高42％。

2、使用寿命对比

单液铸造双金属复合锤头26kg，水玻璃石英砂铸造工艺，破碎物料用鹅卵石，锤式破碎机转子上挂锤轴4条，每条轴挂7个锤头，整机装28个锤头。最大入料粒度90mm，出料粒度≤15mm。单液铸造双金属复合锤头使用寿命408小时，双液铸造双金属复合锤头使用寿命288小时，本发明的单液铸造双金属复合锤头比双液铸造双金属复合锤头的使用寿命提高41.6％。

单液铸造双金属复合锤头100kg，消失模铸造工艺，破碎物料用钼矿石，锤式破碎机型号MB70/90。在工况条件下均不开裂，本发明的单液铸造双金属复合锤头比双液铸造双金属复合锤头的使用寿命提高40％。

本发明的单液铸造双金属复合锤头的力学性能如下：锤头头部硬度HRC65，冲击功AK12J，柄部硬度HRC40，冲击功AK50J。

本发明的单液铸造双金属复合锤头比双液铸造双金属复合锤头的生产成本降低百分之二十，性价比高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种单液铸造双金属复合锤头，包括锤头头部和锤头柄部，所述锤头柄部前端设置连接部，锤头柄部后端具有连接用的轴孔，所述连接部置于所述锤头头部内部，其特征在于，所述连接部与锤头柄部之间的连接处形成平滑过渡的凹部，所述连接部为中心开设横向通孔的镶合框，所述镶合框的纵向截面为环形、正方形框形或长方形框形；所述镶合框外侧下边缘距锤头头部顶面为40-50mm，所述镶合框外侧边缘距锤头头部侧面为20-50mm，所述镶合框内侧上边缘距锤头头部和锤头柄部的连接分界处为10-30mm；所述镶合框的横断面为圆形、方形或长方形，所述圆形直径为12-30mm，所述方形或长方形边长为15-25mm；所述镶合框的体积占锤头头部体积的比例小于六分之一；所述锤头柄部为低合金高强度钢，所述锤头头部为高铬钼钴铌白口铸铁；

所述锤头柄部化学成分按质量分数如下： C：0.35-0.39%，Cr：1.5-1.8%，Mo：0.2-0.3%，Mn：0.4-1.0%，Co≤0.3%，W≤0.3%，Si：0.4-1.0%，S≤0.03%，P≤0.035%，其余为Fe；

所述锤头头部化学成分按质量分数如下：C：2.4-3.6%，Cr：22-30%，Mn：0.4-1.0%，Si：0.4-1.0%，Cu≤1.0%，Mo≤1.0%，Co≤0.5%，Nb≤0.5%，Ni≤1%，Ti＜0.5%，S≤0.06%，P≤0.06%，Cr/C=8-9，其余为Fe。

2.一种如权利要求1所述的单液铸造双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，采用水玻璃石英砂铸造工艺或者消失模铸造工艺。

3.根据权利要求2所述的一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，所述水玻璃石英砂铸造工艺具体如下：

（1）按比例制备型砂；

（2）锤头柄部铸造：将锤头柄部材质在中频感应炉熔炼出钢水，铸造成型，抛丸机清理；

（3）锤头制成：将锤头柄部置于造型箱型腔中，将锤头头部材质在中频感应炉熔炼出铁水，将其浇注入造型箱型腔中，铸成锤头；

（4）开箱后经抛丸机清理，进行热处理工艺，检查完成。

4.根据权利要求2所述的一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，所述消失模铸造工艺具体如下：

（1）锤头柄部消失模制备：先将聚苯乙烯泡沫塑料做出锤头柄部，经过浸刷耐火材料、烘干制成；

（2）将锤头柄部消失模置于造型箱中，粘贴浇注系统，干砂填满，上振动台振实，铺塑料布包密抽真空，浇注锤头柄部材质的钢水，停抽真空，开箱，抛丸机清理；

（3）锤头头部铸成：将锤头头部消失模分成三部分，做出侧模板、马蹄形板及盖板，将侧模板、马蹄形板及盖板与锤头柄部的镶合框粘结包裹，形成锤头整体，将锤头头部消失模浸刷耐火涂料，烘干，置于砂箱中，在粘贴浇注系统后，以干砂填满，振动台振实，铺盖薄塑料布包密，扣浇冒口，抽真空，浇注锤头头部材质的钢水，浇完后停抽真空；

（4）开箱后经抛丸机清理，进行热处理工艺，检查完成。

5.根据权利要求3或4所述的一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，热处理工艺的淬火温度在980-1050℃。

6.根据权利要求5所述的一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，热处理工艺包括高温淬火1050℃，高温回火550℃，或者中温淬火1020℃，中温回火450℃，或者低温淬火980℃，低温回火380℃。

7.根据权利要求6所述的一种单液铸造双金属复合锤头的制备方法，其特征在于，淬火时选用的吹风喷雾淬火、淬油，或者淬水溶性淬火介质，在淬火操作上采用Ms点控温淬火法。

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