多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的研制
多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的研制 郭长庆，程军 【内蒙古科技大学科技中心，内蒙古包头０１４０１０） 摘要：介绍了多元合金化复合变质处理高铬铸铁Ｃｒ２０ＭｏＣｕ２ＢＮｂＲＥＴｉ的化学成分、变质处理 工艺，多元合金化复合变质处理后高铬铸铁的组织和力学性能的变化以及采用多元合金化 复合变质处理高铬铸铁生产破碎机锤头的生产的基本工艺、生产所带来的成本和使用性能．工业实验表明： 复合变质处理高铬铸铁锤头的耐磨性约是高锰钢锤头的４倍。 关键词；多元合金化；复合变质；锤头；高铬铸铁 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｕｌｔｉ－ＡｌｌｏｙｉｎｇＣｏｍｐｌｅｘＭｏｄｉｒｙｉｎｇＨｉｇｈ ＣｈｒｏｍｉｕｍＣａｓｔ ＩｒｏｎｓＨａｍｍｅｒｓ Ｇｕｏ Ｃｈａｎｇ－ｑｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇ Ｊｕｎ （ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢａｏｔｏｕ０１４０１０，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＣｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ．ｃｏｍｐｌｅｘ－ｍｏｄｉｆｖｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒｇｏｎｅ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ａｌｌｙｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ－ｍｏｄｉｆｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｆｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆＣｒ２０ＭｏＣｕ２ＢＮｂＲＥＴｉｈｉ吐ｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ａｌｌｙｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ－ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｓｈａｍｍｅｒｓｗｅｒｅａｌｓｏ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄ ｂｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｔｈａｔｔｈｅＷｅａｌ＂ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｈａｍｍｅｒｓｉｓａｂｏｕｔ４ｔｔｉｍｅｓｈｉ曲ｅｒｔｈａｌｌ ｔｈａｔｏｆｔｈｅｈｉｇｈｍａｎｇａｎｅｓｅｓｔｅｅｌｃｒｕｓｈｅｒｈａｍｍｅｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｍｕｌｔｉ－ａｌｌｏｙｉｎｇ，ｃｏｍｐｌｅｘｍｏｄｉｆｙｉｎｇ，ｈａｍｍｅｒ，ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｓ 引言 在建材、电力、矿山、冶金、公路建设及化工等行业中，矿物原料的细碎普遍的使用的是锤式破 碎机。锤头是锤式破碎机关键而又易磨损的零件。当破碎机运行时，非常快速地旋转的破碎机转子带动锤 头猛烈地撞击进入破碎机内的矿物原料使其粉碎，物料在被粉碎的同时锤头也受到严重的磨损。因 此，锤头服役性能的优劣必然的联系到锤式破碎机的工作效率。目前，国内外用来制造破碎机锤头的 耐磨材料主要有高锰钢、低合金耐磨铜和高铬铸铁三种。高锰钢具有加工硬化特点。然而，高锰钢 锤头在实际使用的过程中由于受到的冲击力有限（中、低应力），所以锤头表面不能被高度硬化，加工 硬化后的表面硬度通常在ＨＢ４００左右（相当于洛氏硬度ＨＲＣ４０．４２）ＩｌＪ，结果高锰钢锤头耐磨性较 差，高锰钢锤头有逐渐被淘汰的趋势；低合金贝氏体或弓氏体耐磨钢锤头具有｛ｉ雯度，苛、韧性好、耐 磨性能优良以及生产所带来的成本低等优点１“，目前在市场中占有一定的份额。然而，低台金耐磨钢硬度的 上限通常为ＨＲＣ５５，硬度过高则脆性增大，导致锤头断裂的危险性加大。此外，低台金耐磨钢的组 织中不含或只含有少量的高硬度的碳化物，所以，这种锤头像高锰钢锤头一样耐磨性仍然不够理想； 高铬铸铁Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ目前被认为是牛产锤式破碎机锤头比较理想的耐磨材料，是因为 Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁的硬度可达到ＨＲＣ５８以上，其丛体为硬度较高的马氏体，并且组织中含有 大量的高硬度的碳化物Ｍ７Ｃ３（ＨＶｌ２００—１７００），所以，Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁锤头的常规使用的寿命是高 锰钢锤义和低合金钢锤头的４－６倍口“。因此，Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁正在成为目前国内外生产破碎 机锤头采用的主要耐磨材料。然而，Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁含有一定量的贵重合金元素Ｍｏ和Ｎ｛， 尤其是合金元素佣（含量在１．５－３％），由于近几年来钳铁价格飞涨（６５“钢铁已由２００３年的每吨４．６ 万元上涨２００５年每吨４８万元），致使其生产所带来的成本大幅度提升，远高于高锰铡锤头和低台金铡耐磨锤 头。此外，Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁韧性不足导致锤头经常发生断裂也是制约其被，。泛推广应用的另 外一个重要原因。囚此，研制一种新型低成本、韧性优良和高耐磨的高铬铸铁锤头己成为提高我国 作者简介：郭Ｋ庆（１９６２－）．男，内蒙古包头市人，教授，主要是做特种金属材料研究。电话：****，*****４８， Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｕｏｃｈａｎｇｑｉｎｇ覆１２６ｃｏｉｎ 锤式破碎机作业率一项亟待解决的问题。多元台金化复合变质处理高铬铸铁就是在Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高 铬铸铁的基础上为解决这样一些问题而研发的一种新型耐磨材料。 １．实验材料及实验方法 表１给出了实验用Ｃｒ２０ＭｏＣｕ２ＢＮｂＲＥＴｉ高铬铸铁和常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁的化学成分。 两者相比，不难发现：实验用Ｃｒ２０ＭｏＣｕ２高铬铸铁与常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＮｉＣｕ高铬铸铁的化学成分基本 相同，只是新型高铬铸铁中去掉了贵重合金元素Ｎｉ，将铜的含量由０．８．１．２％提高至１．８．２．０％，将 Ｍｏ含量从Ｉ．５～３％降低至０．５～Ｏ．７％。这样做的目的是使高铬铸铁的生产所带来的成本大幅度的降低。钼之所以 没有被彻底去除是囚为钼和铜配合可以明显提高淬透性１５。‘。１。去掉镍和降低铜含量对淬透性的影响一 方面通过适量增加Ｃｕ的含量来加以补偿，另一方面加入了能够明显提高淬透性的微量合金元素Ｂ。 硼是迄今为止人们所发现能提高淬透性最有效的合金元素。合金钢的淬透性实验表明【７】：０．００５％Ｂ 提高钢的淬透性的效果相当在钢中加入０．５％Ｍｏ、ｏ．５％Ｍｎ、０．５％Ｎｉ和０．５％Ｃｒ的综合效果。所以， 硼提高淬透性的能力至少为钮的１００倍。另外，硼也是一个非常廉价的合金元素。实验用高铬铸铁 中Ｔｉ、Ｎｂ和ＲＥ的加入主要是为了净化钢水和细化结晶组织。 表ｌ实验用高铬铸铁与常规高铬铸铁的化学成分比较（ｗｔ％） ＴａｂｌｅｌＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｈｉｇｈｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｓｗｉｔｈｎｏｉ＇ｌ／ｌａｌｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｓＭ％） ＣＳｉＭｎＣｒＣｕＭｏＮｉＢＴＩＲＥＮｂ 实验用 ２９／３３≤０８≤１．０１８／２２１５／２００．５／０．７０≤０．１５０．４０３０．２ 常规用 ２９／３３≤０８≤１０１８／２２０８／１．２ｌ－５／３．００．６／１．２００Ｉ／０３ ０ ０ 注：表中数据Ｔｊ、Ｎｂ、ＲＥ和Ｂ分别为在高铬铸铁铁水中３０＃Ｔｉ．Ｆｅ、５０群Ｎｂ．－Ｆｃ，ｌ＃稀土合金和２０＃Ｂ．Ｆｅ的加入量。 含碳量在２．９－３．３范围内时，Ｃｒ２０高铬铸铁属共晶铸铁，若不加以处理，组织中的共晶碳化物 Ｍ７Ｃ３会形成一个连续的、粗大的三维网络，这是高铬铸铁冲击韧性不足的根本原因。所以，改善高 铬铸铁冲击韧性的重点是破坏这个连续的、粗大的共晶碳化物网络，而变质处理是实现这一日的 有效手段。 由于变质处理对于改善高铬铸铁具有很重要的意义，所以国内外材料工作者们对此进行了大 量的研究，研制出了种类非常之多的变质剂。在这些变质剂中，有采用单一合金元素进行变质的，也有 采用多种合金元素进行复合变质的；有采用无机盐进行变质的，也有采用无机盐＋合金元素进行变质 ［８－ＩＯ］＊本文在总结前人所做的大量工作的基础上，并结台共晶高铬铸铁的特性，采用了Ｔｉ、Ｎｂ、ＲＥ 和Ｂ四个合金元素组成的复合变质剂对新型高铬铸铁进行了变质处理。在这四个合金元素中，Ｔｉ和 ＲＥ是变质剂中常用的合金元素，而Ｎｂ和Ｂ作为变质剂合金元素则很少被采用。所以，Ｔｉ、Ｎｂ、ＲＥ 和Ｂ四个合金元素即是合金化元素，也是变质剂元素。 Ｔｉ、Ｎｂ、ＲＥ和Ｂ组成的复合变质剂的配制方法是：将３０＃Ｔｉ．Ｆｅ、５０＃Ｎｂ．Ｆｅ，ｌ＃稀土合金和２０＃Ｂ．Ｆｅ 的大合金块粉碎成小于１５ｍｍ的小块。然后，按照加入的要求比例称量，倒入容器中搅拌混合均匀 即可。表２给出了实验用变质剂的配方。其中，Ｔｉ．Ｆｅ、Ｎｂ．Ｆｅ和ｌ＃稀土合金的加入量参照前人的研 究成果加以固定，而Ｂ—Ｆｅ的加入量有所变化，这主要是考虑到合适的Ｂ．Ｆｅ加入量难以确定的缘故。 表２实验用岛铬铸铁变质剂配方（ｗｔ％） 旦！堡！！堕！！！￡！坐堕竺堕！竺竺￡！竺翌！璺！垒！！ｇ！！业！堕里生堡！！壁！竺呈！！竺丝！ 变质剂 Ｔｉ・ Ｆｅ Ｎｂ－Ｆｅ ＲＥ（Ｉ＃台金） Ｂ－Ｆｃ 注：表中数据为在高铬铸铁铁水中的加入量。 １０３ 高铬铸铁的变质处理实验在内蒙古科技大学５０ｋｇ中频感应电炉中进行。中频感应电炉的炉衬用 镁砂打结。熔炼前将粒度小于２０ｍｉｌｌ的钼铁块和部分粒度小于５０ⅡｌＩＩＩ的高碳铬铁放在炉底，之后加入 废钢并通电开始熔化。待熔清后提温，陆续加入余下的高碳铬铁。出钢前１０分钟加入ｏ．３ｗｔ％的高 碳锰铁和Ｏ．３ｗｔ％的６５＃硅铁进行预脱氧，然后调整成分，之后加入铜板。用铁皮或铝薄将称量好的 变质剂包裹并将其放在钢包底部，当铁水温度达到１５５００Ｃ时插铝终脱氧出钢，铁水经稍加镇静后注 入到用水玻璃砂造型的２０ｒｍｘ２０∞ｘ１１０ｌｌｌｍ的非标准冲击试样和ｍ１５０ｍｍｘｌ００ＩＩⅡＩＩ的用于测淬透层深度 的圆棒试样的模样中。 待试样冷却到室温后，清理打磨掉试样上的飞边和毛刺。选用经Ｂ１变质处理的六个园棒试样放 入到热处理炉中分别加热至８５００Ｃ、９０００Ｃ、９５００Ｃ、１０００。Ｃ和１０５００Ｃ保温１．５小时出炉空冷，之后 ２５００Ｃ回火４小时。用钼丝切割机从圆锭中间部位沿径向切下一个厚约２０ｒａｍ圆片，将其中的一面 用金相砂纸由粗到细打磨、抛光，然后沿径向由表面至心部每隔ｌｍｍ打硬度，硬度ＨＲＣ＝５６所对应 的深度被认为是淬透层深度。 冲击试验在ＪＢ３０／Ａ型摆锤式冲击试验机上进行。２０ｒｍｘ２０ ｍｍｘ １ １０ｍ非标准试样所用跨距为７０ ｆｉｌｍ。将冲断后的试样研磨，打硬度和制成金相样进行组织观察，硬度试验在ＨＲｌ５０Ｄ型洛氏硬度试 验机上进行，显微组织观察ＮＥＯＰＯＴ－３型光学金相显微镜上进行。 ２．实验结果及分析讨论 ２．１奥氏体化温度对多元合金化复合变质处理对高铬铸铁淬透性的影响 图１示出了奥氏体化温度对经Ｂｌ变质处理的高铬铸铁淬透层深度的影响。由图１知，高铬铸铁 的淬透层深度随奥氏体化温度的变化所表现出的特性与含硼钢是一样的，即呈现峰值特性曲线。随 奥氏体化温度的升高，含硼高铬铸铁的淬透层深度逐渐升高，在９５００ｃ达到峰值，之后，继续升高 奥氏体化温度淬透层深度非但不增加，反而逐渐下降。所以，含硼高铬铸铁的最佳奥氏体化温度应 为９５０。Ｃ。高铬铸铁经Ｂｌ变质处理和９５００ｃ奥氏体后在缓慢的空气中冷却其淬透层深度已达１５０ｍ， 对于一般厚大的耐磨备件已经足够了。 ２．２复合变质处理对高铬铸铁组织和性能的影响 图２示出了变质剂中硼铁的加入量对硬度的影响。图３示出了变质剂中硎铁的加入量对冲击韧 性的影响。由图２和３知：变质处理使高铬铸铁的硬度略有升高。但不明显。变质处理埘高铬铸铁 的韧性有显著地影响．例如：冲击韧性从未变质前的５．５Ｊ／ｃｍ２提高到加入变质剂Ｂ１后的１２．３Ｊ／ｃｍ２， 提高幅度达１２３％。继续增加变质剂中硼铁的加入量时，冲击韧性反而逐渐下降。显然，在新型高铬 铸铁的变质剂中，Ｂ．Ｆｅ的加入量不宜超过Ｏ．１５％。 邑 Ｖ 划 隧 踏 划 世 奥嘣科馓（ｏｃ） 图１奥氏体化温度对淬透层深度的影响（奥氏体化保温１．５小时出炉空冷，然后２５００ｃ回火４小时） Ｆｉｇｕｒｅｌ Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｈａｒｄｅｎｅｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇｆｏｒ１ ５ｈｏｕｒｓ．ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ｉｎａｉｒｔｈｅｎＩｅｍｐｅｄｎｇａｔ２５００Ｃｆｏｒ４ｈｏｕｒｓ） ７０ ６５ 譬６０ 王 蜊５５ 髫５０ ４５ ４０ ０ ｎ１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ ｎ６ ｎ７ 珊铁加入量帆＿｛ｆ） 圉２硼铁加入量对硬度的影响（９５００Ｃ１１５ｈ奥氏体化后空冷，２后２５０。Ｃ回火４，ｊ、臀｝、 Ｆｉｇｕｒｅ３ Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅｎ＇ｏ－ｂｏｒｏｎａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｈａｒｄｎｅｓｓ ｆａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ａｔ９５０。Ｃｆｏｒ１．５ｈｏｕｒｓ．ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙｃｏｏｌｉｎｇ ｉｎａｉｒ ｔｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｔ２５００Ｃｆｏｒ４ ｈｏｕｒｓ） 趟 豆 冉 量 删铁加八量（ｗｔ％） 图３硼铁加入量对冲击韧性的影响（９５０。ｃ／ｌ５ｈ奥氏体化后空冷，之后２５０。ｃ回火４小时） Ｆｉｇｕｒｅ３ Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅｒｒｏ—ｂｏｒｏｎａｄｄｉｔｉｏｎｏｎ ｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ（ａｕｓｔｅｎｌｔｉｚｉｎｇ ａｔ９５０。Ｃｆｏｒ１．５ｈｏｕｒｓ．ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｃｏｏｌｉｎｇｉｎ ａｉｒｔｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｔ２５００Ｃｆｏｒ４ ｈｏｕｒｓ） 变质剂ＢＩ使得Ｃｒ２０ＭｏＣｕ２ＢＮｂＲＥＴｉ高铬铸铁力学性能发生显著改善的最终的原因在于其明显 地改变了高铬铸铁的显微组织。图４（ａ）、（ｂ）和（ｃ）分别示出了不加变质剂和加变质剂后的显微 组织的变动情况。由图４（ａ）知，未加变质剂时，高铬铸铁的碳化物呈粗大的、连续的网状形式分 布，加入变质剂Ｂｌ后，碳化物转变为独立的团块状均匀地分布在基体上，如图４（ｂ－１）所示，对 应的高倍组织金相照片更加清楚地说明了这一点，如图５所示。然而，当变质剂中Ｂ．Ｆｅ加入量超过 ０．１５％后，组织中慢慢的出现了粗大的初晶碳化物，如图４（ｃ）所示。可见，正是由于组织问存在的 明显差异，造成了不同处理后的实验高铬铸铁的韧性之间产生了显著的差异。 需要指出的是，为了排除结晶取向对显微组织观察带来的影响，对与图４（ｂ．１）相互垂直的金 相试样表面也进行了显微组织观察，其结果如图４（ｂ－２）所示，比较图４（ｂ．１）和图４（ｂ－２）可以 发现：两个垂直面的显微组织无明显差异，这充分证明了变质剂Ｂｌ的变质效果是成功的。 变质剂对高铬铸铁的变质原理至今尚不清楚，但一般认为Ｔｉ是一个非常活泼的合金元素，它 与铁水中的氧、氮和碳都有很强的亲和力。在铁水凝固冷却期间，Ｔｉ与【Ｏ］、［Ｎ】和【ｃ］结合形成大量 细小的氧化物、氮化物和碳化物颗粒，这些细小的颗粒悬浮在铁水中，可能会成为新相形核的基底， 结果了细化了高铬铸铁，并使高铬铸铁的共晶反应发生明显的变化，导致碳化物与奥氏体共品组织分离： Ｎｂ是一个与Ｔｉ非常相似的合金元素，变质ＪｆＵｒｌ叻日入Ｎｂ是为了进一步劫１强１１的变质作用；ＲＥ是活 泼的合金元素。它与氧和硫有很强的亲和力。所以，ＲＥ加入到高铬铸铁中能够有效地降低铁水中的 ［Ｏ】和［ｓ】的含量。另外，稀土能够改善夹杂物的形态，土除钢中的有害化学气体和细化显微组织：硼也是 一个很活泼的合金元素，它与氧有很强的亲和力。硼是一个低熔点元素，变质剂中的硼在铁水凝固 期问可能会被排挤剑结晶前沿，从而延缓凝固速度、细化显微组织和改变共晶反应的结晶规律。 ０５ （ｂ－２）０．１５％Ｂ・ Ｆｅ （ｃ）０ ２５％Ｂ－Ｆｅ 图４硼铁加人量对显微组织的影响（９５００Ｃ／１．５ｈ奥氏体化后空冷，之后２５０。Ｃ回火４小时） Ｆｉｇｕｒｅ４ Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅ＂ｏ－ｂｏｒｏｎａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ａｔ９５０。（２ｆｏｒ１．５ｈｏｕｒｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｃｏｏｌｉｎｇ ｉｎａｉｒｔｈｅｎｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａＩ２５０。Ｃｆｏｒ４ｈｏｕ嘲 图５变质处理高铬铸铁显微组织 Ｆｉｇｕｒｅ ５ Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎａｌｔｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘｍｏｄｉＯｉｎｇ ３．多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的生产的基本工艺 与常见的机械零配件不同，破碎机锤头的特点足（１）对加工精度要求不高；（２）对表面光洁度 要求不严格；（３）数量大。而真空消失模铸造工艺（ＥＰＣ）的特点能够完全满足破碎机锤头的生产 工艺技术要求，所以，实验用高铬铸铁锤头的成型采用真空消失模铸造，其工艺流程如下： 固 需要指出的是，牛产工艺中之所以要求趁铸件处于｝ｒ热状态下打掉浇冒ｕ丰要是考虑到如果将 １０６ 高铬铸铁直接冷却到室温后，采用电焊割掉浇冒口时常常会在浇冒１３处产生开裂。 ４．装机实验 ‘ 工业实验锤头主要有两种类型，一种是板式反击破碎机锤头，另一种是带轴孔的立轴式破碎机 锤头。在反击式破碎机中，板型锤头被镶嵌到破碎机转子的夹持机构中，锤头只有－－ｄ部分暴露在 外面。所以，这种类型锤头在工作过程中发生断裂的可能性较小，可铸做成整体。实验用ＰＦ一１３１５ 反击破碎机用锤头呈厚板状，长７４６ｍｍ，宽１９２．５ｍｍ，厚１４８ｒａｍ，重量约３１５ｋｇ。 对于立轴式破碎机锤头，其工作原理与反击破碎机不一样。破碎机转子上的转轴通过锤头轴 孔与锤头连接在一起，当转子非常快速地旋转时，带动其上的每个锤头高速转动与进入破碎内机的物料块 发生猛烈撞击。这类锤头在工作时由于整个锤头都被暴露在外面与物料非间接接触，所以，除锤头的 头部外，锤柄部分也有某些特定的程度的磨损，另外，由于轴孔处受到强烈地离心力的作用以及薄弱的锤 柄部位受到强烈地冲击和振动作用，使得锤头经常在轴孔和锤柄部位发生断裂。所以，这类锤头应 采用双金属复合铸造的方法生产，即在锤头的头部打击部位采用高硬度和高耐磨的实验用高铬铸铁， 而在锤柄部位采取高强度和高韧性的低合金高强度钢。本文采用镶铸法进行锤头的双金属复合铸造， 其工艺是采用真空消失模铸造方法首先铸出锤柄部分，然后将锤柄要镶铸的部位清理打磨并插入锤 头打击部位的模样中，之后再用真空消失模铸造方法将高铬铸铁铁水注入，用高铬铸铁把锤柄包覆 起来，从而完成锤头的复合和成型。镶铸法虽然可行，但必须要谨慎地解决在高铬铸铁表面上形成 裂纹的难题。实验用ＣＰＬ．１５００立轴式破碎机用锤头重约６０蚝，复合锤头的锤柄采用３５ＣｒＮｉＭｏ， 其形状和尺寸如图６所示。 孑一严 、二ｌ —ｍ——、．≤ ｚ｝Ｊ ！｝ ｛ｌ Ｉ 网６实验锤头示意图 Ｆｉｇｕｒｅ６ Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｏｆｅｘｐｅｒｉｎａｅｎｔａｌｃｒａｓｈｅｒｈａｍｍｅｒ 实验用破碎机锤头的生产在包头市宏庆高新技术特种金属材料有限责任公司５００Ｋｇ的中频感应 电炉中进行。中频电炉的炉衬用镁砂打结。新型高铬铸铁锤头在包头某铁矿的ＰＦ．１３１５反击式破碎 机上和内蒙古呼和浩特某高速公路碎石厂的ＣＰＬｌ２５立轴式破碎机上进行了长期的实验，并获得了 成功。表３给出了装机实验结果，可见所研制的多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的常规使用的寿命 约为高锰钢锤头的４倍。 表３装机实验结果 Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 表４实验高铬铸铁钝头与常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉ高铬铸铁锤头的生产所带来的成本的比较 Ｔａｂ４ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣＯＳｔｂｅｔｗｅｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄｎｏｒｍａｌＣｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉｈｉｇｈｃｈｒｏｍｉｕｍｃａｓｔｉｒｏｎｓｈａｍｍｅｒｓ 注：（”６５＃钢铁按３５００００元／ｕｔＥ计，生铁按２６００元／Ｕ－Ｅ计．废钢按２２００元，吨计。 （２）复合锤头的锤柄与锤头打击部位高铬铸铁的比例按照ｌ：Ｉｉｌ。。 ５．多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的生产所带来的成本 表４给出了采用新型高铬铸铁牛产１吨ＣＰＬｌ２５立轴式破碎机锤头和ＰＦ．１３１５反击破碎机锤头 的生产所带来的成本，并与常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉ高铬铸铁生产相同类型的锤头的生产所带来的成本进行了比较。由表４ 知：新型高铬铸铁ＣＰＬｌ２５立轴式破碎机锤头和ＰＦ一１３１５反击破碎机用锤叉的生产所带来的成本分别约为７８３０ 元邝屯和９６１０元／吨，而常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉ高铬铸铁生产相同类型的锤头的生产所带来的成本分别为１０４８０ 元／吨和１４９１０元／口屯，可见采用新型商铬铸铁代替常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉ高铬铸铁生产１吨ＣＰＬｌ２５立 轴式破碎机锤头和ＰＦ．１３１５反击破碎机锤头生产所带来的成本可分别降低约２６５０元和５３００元。 ６．结论 （１）多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的研究是在Ｃｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉ高铬铸铁的基础上进行的。 经过重新合金化后的高铬铸铁锤头的化学成分为２．９～３．３％Ｃ，Ｓｉ，＜０．８％，Ｍｎ≤１．ｏ％，Ｏ．５～Ｏ．８％ Ｍｏ，１．５～２０％Ｃｕ，０．１５％Ｂ—Ｆｅ（加入量），０．４％Ｔｉ－Ｆｅ（加入量），０．３％ＲＥ（１＃稀土合金加入量） 和Ｏ．２％Ｎｂ－Ｆｅ（加入量），其中Ｂ．Ｆｅ、Ｔｉ．Ｆｅ、１＃稀土合金和Ｎｂ－Ｆｅ是以变质剂的形式加入到俐包中 的。 （２）新型商铬铸铁在经９５００Ｃ奥氏体化，２５００Ｃ回火后力学性能为：硬度ＨＲＣ６２，冲击韧性１２．３．１／ ｃｍ ２，且淬透层深度（以硬度达到ＨＲＣ５５为标准）≥１５０衄以上。 （３）经过变质处理后，新型高铬铸铁中的其晶碳化物转变为细小的、独立的团块状颗粒均匀地分 布在基体上，结果冲击韧性较没有变质处理前提高了１２０％。 （４）多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的耐磨性约为高锰钢Ｍｎｌ３的４倍。 （５）多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的生产所带来的成本低于常规Ｃｒ２０Ｍ０２ＣｕＮｉ高铬铸铁锤头的生 产成本。 参考文献； １１】付英，熊其兴，李志华．改性锰钢锤头的研制【Ｊ】铸造设备研究，２００３，（２）：２％３０ 【２ｌ周永欣，吕振森．低合金铸钢锤头的研制【Ｊ】．热加工工艺，１９９７，（７）：４５－４６ ［３】许龙江．ＹＮ８０Ｉ新型高寿命立磨锤头的研制［Ｊ】煤矿机械，２０００，（１１）：１６—１７ 【４］吴振卿，卢广玺，汤文们．高铬铸铁．铸钢双金属复合锤头的研带ＵＩＪ］．铸造设备研究．２０００，（５）：１８－２０ 【５】许龙订：ＪＮ８０Ｉ新型高寿命立磨锤头的研制【Ｊ】．煤矿机械．２０００，（１Ｉ）：１６－１７ 【６】程臣强，康春北，高兴明，王先武．微合金化多元合惫化高铬铸铁破碎机扳锤的研制与应ｌｌＪＩＪ］．铸造技术，２００４， １０（２５）：７２９・ ８—７４０ 【７１Ｈ．Ｂ．ＫｎｏｗｌｉｔｏｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｏｎａｌｌｄＳｔｅｅｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ［０１，１９５４：１７６－１７９ 【８】陈东，顾泉佩，林国荣，扬文涛高铬铸铁变质的试验研究ＩＡＩ．中国金属学会耐廉材料学术委员会．第五届全国耐 廓材料学术会议论文选集【ｃ１．大连：１９８９３５－３８ 【９】杨建华．钾钠生质Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ系耐磨土ｉｉ焊焊条的研究［Ａ】中困金属学会耐磨材料学术委员会．第五届全田耐席材料 学术会议论义选集【ｃ】大连：１９８９．２０－２５ 【１０】温质清，张永维．王庆顺锌变质处理对高铬铸铁组织和性能的影响［ＡＪ，中国金属学会耐麝材料学术委员会第 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