高铬铸铁堆焊锤柄双金属复合锤头的开发研究pdf
学兔兔 2013年第2期 铸 造 设 备 与 工 艺 2013年 4月 FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY · 试验研究· 高铬铸铁堆焊锤柄双金属复合锤头的开发研究 吴振卿，宫红亮。高 华，徐绍娟，张 严，肖 靖。尹维召 (郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州 450001) 摘 要：为了更好的提高双金属复合锤头锤柄的耐磨性和复合界面的结合强度，本文采用先对锤柄堆焊一层高铬 铸铁耐磨材料，然后再采用型内感应加热进行镶铸的工艺。得到的近共晶成分的高铬铸铁表面堆焊层，在低预 热温度下与锤端接触部分达到良好的冶金结合，锤柄堆焊层耐磨性较未堆焊前提高了20倍，改善了工作环境， 锤头整体寿命提高了一倍多。 关键词：高铬铸铁；堆焊；双金属；锤头 中图分类号：TG143 文献标识码：A 文章编号：1674—6694(2013)02—0009—02 Development of High Chromium Iron Overlay on Duplex Metal Composition Hanmmer Handle WU Zhen-qing，GONG Hong-liang，GAO Hua，XU Shao an，ZHANG Yah，XIAO Jing，YIN W f-z o (Institute ofMaterials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001，China) Abstract：In order to improve山e wear resistance of the duplex metal composition hammer—handle and the strength of the composite interface，it is applied that overlaying welding a layer of wear resistance material of high-chromium iron firstly，then using the technology of inlay casting which heated in the cavity by high frequency induction coil．The near eutectic composition of high chromium cast iron surfacing layer has good metallurgical bonding in contact with the end of the hammer with low preheat temperature．The wear resistance of surfacing layer than that not overlaying welding increased by 20 times，the working environment was improved，and the hammer overall life increased more than doubled． Key words：high-chromium iron，overlaying welding，duplex metal，hammer 目前锤式破碎机在电厂，煤矿等单位具有广泛 料，然后再进行镶铸的工艺，这样既能大大的提升锤柄 的应用，由于锤式破碎机破碎的物理硬度和强度都 的耐磨性，又能大大的提升复合界面的结合力，从而提 不是太高，在破碎过程中受到的冲击力不是很大， 高锤头的常规使用的寿命，节约生产所带来的成本。 普通的高锰钢锤头不能通过加工硬化来提高锤头 1 材料的选择 的硬度和耐磨性，而双金属复合锤头是比较理想 的，锤柄采用韧性较好的铸钢材料，锤端采用耐磨 锤端部分的材料要求有很高的耐磨性，使用的 性较好的高铬铸铁材料，采用镶铸法浇注而成，使 工况冲击力不是很大，采用高铬铸铁即能满足要 锤头满足耐磨性，然而铸钢的熔点较高，与锤端复 求，经热处理后，其硬度达到60HRC以上，且具有 合时难以达到冶金结合，有可能会出现锤头松动、脱落 一 定的冲击韧性。其化学成分如表1所示。 的现象【”。另外锤端附近的锤柄的耐磨性较低，承受 表1高铬铸铁的化学成分(质量分数。％) 的弯曲冲击力较大，实际使用的过程中极易出现磨损 l元 素 l C Cr l Mo Mn I Si l l 甚至断裂，导致锤头损坏，严重时会造成生产事 l含量 『2．5～3．5 14—2O l O．5～1．2 0．8 1．0 l 0．5 1．0 l l l 故。基于以上实际问题，本文采用先在锤柄表面堆 焊一层熔点较低且与锤端材料接近的高铬铸铁材 锤柄主要承受物料在破碎过程中产生的弯曲 冲击力，易出现疲劳断裂现象，同时，在破碎过程中 收稿日期：2013—01—12 部分物料也会撞击到锤柄部位，虽然数量不是很 作者简介：吴振卿(1963一)，男，河南偃师人，硕士，教授，研究方 多，但长时间的磨损，尤其是靠近锤端的锤柄，磨损 向：金属基耐磨材料。 基金项目：河南省自然科学基金( o 更为严重，导致锤柄过早的磨损损坏，甚至断裂。基 · 9 · 学兔兔 Apr．2013 No2 铸 造 设 备 与 工 艺 2013年第2期 于以上考虑，锤柄采用韧性较好的ZG270—500，其 组织、黑色马氏体和弥散分布的碳化物组成，这种组 化学成分如表2所示。 织耐磨性良好，而且氢敏感性小，熔合效果较好。 3．2 热处理后锤柄堆焊层硬度测定 表2 ZG270—500的化学成分(质量分数。％) l元素 C Cr Mn Si Ti 截取试样，采用HR一1500A洛氏硬度实验机测 含量 0_3～O．45 0．6～1．0 O．5～0．8 O．4～O．8 0．2 定洛氏硬度，堆焊锤柄堆焊层硬度见表3． 表3 堆焊层硬度 锤端是高铬铸铁材料，堆焊焊条要与锤端的成 分接近，堆焊层组织为近共晶高铬铸铁组织的高铬 铸铁焊条，近共晶高铬铸铁堆焊层熔点比铸钢的熔 点低，有利于锤柄与锤端复合部位有充分的冶金结 3．3 磨损试验 合。 制作锤柄堆焊前后的试样，并作对比。使用 自制的磨损试验机[3j，将试样用夹具夹好，以煤矸石 2 实验方法 作为磨料，磨损24 h后测磨损损失重量。 2．1 焊接工艺 表4 磨损试验结果 首先将锤柄打磨清理，去除表面的氧化皮油污 试验材料 磨损前重／g 磨损后重，g 失重／mg 等杂质。焊条直径为4．0 mm，焊前把焊条加热保温， 堆焊层 40．6237 40．5076 0．1l6l 加热温度为300℃，保温时间为2 h，焊接电流为 ZG270-500 41．2378 38．8236 2．4052 130 A～150 A，焊接速度为7 m／h～9 nl／ll嘲． 2．2 堆焊锤柄与锤端的镶铸 耐磨系数E=标准试样磨损量／堆焊试样磨损 将堆焊后的锤柄预先固定在砂型中，采用型内 量，其中标准试样为ZG270—500，堆焊层试样耐磨 感应加热，将锤柄加热到300℃左右，然后浇铸高 系数E约为21，即其耐磨性为普通ZG270—500的 铬铸铁锤端，接着将铸件进行热处理，热处理工艺 21倍。 为：950 cC保温4 h，出炉空冷至室温，然后再250℃ 3．4 双金属复合锤头实际使用效果 保温2 h，出炉空冷回火处理。 采用该工艺生产的双金属复合锤头在某工厂 进行石灰石破碎，破碎机转速为750 r／min，功率为 3 实验结果与分析 130 kW，使用破碎服役时间是高锰钢锤头的四倍 3．1 显微组织分析 多，是普通双金属复合锤头的两倍多。 采用线切割的方法在复合界面处切割金相试 4 结 论 样，锤柄堆焊层和锤端均为亚共晶高铬铸铁，二者 达到了完全的冶金结合，锤头经过热处理，促进了 1)锤端与锤柄复合部位达到了良好的冶金结 原子的扩散，使得界面呈现犬牙交错状组织，如图1 合，相比原来高熔点的钢基体，预热温度降低300℃， 所示，达到了良好的冶金结合。组织为M c，型碳化 从而能够节省资源，改善工作环境。 物+M回+弥散分布的二次碳化物+A’． 2)通过对锤柄表明上进行堆焊，热处理后锤柄表 堆焊后的锤柄金相组织如图2所示，焊缝组织 面硬度达到60 HRC左右，其耐磨性比原来提高了 为亚共晶高铬铸铁成分，组织接近共晶组织，由共晶 20倍。延长了使用时间，节约了生产所带来的成本。 参考文献： [1]吴振卿，王赞斌，侯成东，等．高铬铸铁一低合金钢双金属复合 锤头的研制[J]．矿山机械，2009(21)：6o一62． [2]刘超平．抗冲击耐磨堆焊焊条的研制[J]．焊接设备与材料， 2002(1)：45—46． [3]王赞斌．合金材料在低应力划伤条件下磨损性能研究[D]．河 图1 复合层金相组织 图2 堆焊层显微组织 南：郑州大学，2010． · 1O·
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