高铬铸铁堆焊锤柄双金属复合锤头的开发研究吴振卿
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2013年第2期 铸造设备与工艺 目前锤式破碎机在电厂，煤矿等单位具有广泛 的应用，由于锤式破碎机破碎的物理硬度和强度都 不是太高，在破碎过程中受到的冲击力不是很大， 普通的高锰钢锤头不能通过加工硬化来提高锤头 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 性较好的高铬铸铁材料，采用镶铸法浇注而成，使 锤头满足耐磨性，然而铸钢的熔点较高，与锤端复 合时难以达到冶金结合，有可能会出现锤头松动、脱落 的现象 １ 。另外锤端附近的锤柄的耐磨性较低，承受 的弯曲冲击力较大，实际使用的过程中极易出现磨损 甚至断裂，导致锤头损坏，严重时会造成生产事 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 料，然后再进行镶铸的工艺，这样既能大大的提升锤柄 的耐磨性，又能大大的提升复合界面的结合力，从而提 高锤头的常规使用的寿命，节约生产所带来的成本。 1材料的选择 锤端部分的材料要求有很高的耐磨性，使用的 工况冲击力不是很大，采用高铬铸铁即能满足要 求，经热处理后，其硬度达到６０ＨＲＣ以上，且具有 一定的冲击韧性。其化学成分如表１所示。 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 部分物料也会撞击到锤柄部位，虽然数量不是很 多，但长时间的磨损，尤其是靠近锤端的锤柄，磨损 更为严重，导致锤柄过早的磨损损坏，甚至断裂。基 表1高铬铸铁的化学成分（质量分数，%） 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450） 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2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：TG43文献标识码：A文章编号：674-6694（23）2-9-2 DevelopmentofHighChromiumIronOverlayon DuplexMetalCompositionHanmmerHandle WUZhen-qing，GONGHong-liang，GAOHua，XUShao-juan，ZHANGYan，XIAOJing，YINWeizhao （InstituteofMatrialsScincandEnginring，ZhngzhouUnivrsity，ZhngzhouHnan45，China） Abstract：Inordertoimprovethewearresistanceoftheduplexmetalcompositionhammer-handleandthestrengthofthe compositeinterface，itisappliedthatoverlayingweldingalayerofwearresistancematerialofhigh-chromiumironfirstly，thenusing thetechnologyofinlaycastingwhichheatedinthecavitybyhighfrequencyinductioncoil.Theneareutecticcompositionofhigh chromiumcastironsurfacinglayerhasgoodmetallurgicalbondingincontactwiththeendofthehammerwithlowpreheat temperature.Thewearresistanceofsurfacinglayerthanthatnotoverlayingweldingincreasedby2times，theworkingenvironment wasimproved，andthehammeroveralllifeincreasedmorethandoubled. Keywords：high-chromiumiron，overlayingwelding，duplexmetal，hammer 收稿日期：23--2 作者简介：吴振卿（963-），男，河南偃师人，硕士，教授，研究方 向：金属基耐磨材料。 基金项目：河南省自然科学基金（92347）。 元素ＣＣｒＭｏＭｎＳｉ 含量２．５～３．５１４～２００．５～１．２０．８～１．００．５～１．０ ·试验研究· Apr.23№2 铸造设备与工艺 FOUNDRYEQUIPMENTANDTECHNOLOGY 203年第2期 203年4月 9·· 2013年第2期Apr.213№2铸造设备与工艺 于以上考虑，锤柄采用韧性较好的ＺＧ２７０５００，其 化学成分如表２所示。 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 合。 2实验方法 2.1焊接工艺 首先将锤柄打磨清理，去除表面的氧化皮油污 等杂质。焊条直径为４．０ｍｍ，焊前把焊条加热保温， 加热温度为３００℃，保温时间为２ｈ，焊接电流为 １３０Ａ￣１５０Ａ，焊接速度为７ｍ／ｈ￣９ｍ／ｈ ２ ． 2.2堆焊锤柄与锤端的镶铸 将堆焊后的锤柄预先固定在砂型中，采用型内 感应加热，将锤柄加热到３００℃左右，然后浇铸高 铬铸铁锤端，接着将铸件进行热处理，热处理工艺 为：９５０℃保温４ｈ，出炉空冷至室温，然后再２５０℃ 保温２ｈ，出炉空冷回火处理。 3实验结果与分析 3.1显微组织分析 采用线切割的方法在复合界面处切割金相试 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 原子的扩散，使得界面呈现犬牙交错状组织，如图１ 所示，达到了良好的冶金结合。组织为Ｍ ７ Ｃ ３ 型碳化 物＋Ｍ 回 ＋弥散分布的二次碳化物＋Ａ’． 堆焊后的锤柄金相组织如图２所示，焊缝组织 为亚共晶高铬铸铁成分，组织接近共晶组织，由共晶 组织、黑色马氏体和弥散分布的碳化物组成，这种组 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 截取试样，采用ＨＲ １５００Ａ洛氏硬度实验机测 定洛氏硬度，堆焊锤柄堆焊层硬度见表３． 3.3 磨损试验 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 ３ ，将试样用夹具夹好，以煤矸石 作为磨料，磨损２４ｈ后测磨损损失重量。 耐磨系数E＝标准试样磨损量／堆焊试样磨损 量，其中标准试样为 ＺＧ２７０ ５００，堆焊层试样耐磨 系数E 约为２１，即其耐磨性为普通ＺＧ２７０ ５００的 ２１倍。 3.4 双金属复合锤头实际使用效果 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７５０ｒ／ｍｉｎ，功率为 １３０ｋＷ，使用破碎服役时间是高锰钢锤头的四倍 多，是普通双金属复合锤头的两倍多。 4 结 论 １）锤端与锤柄复合部位达到了良好的冶金结 合，相比原来高熔点的钢基体，预热温度降低３００℃， 从而能够节省资源，改善工作环境。 ２）通过对锤柄表明上进行堆焊，热处理后锤柄表 面硬度达到６０ＨＲＣ左右，其耐磨性比原来提高了 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－低合金钢双金属复合 锤头的研制［Ｊ］．矿山机械，２００９（２１）：６０ 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 南：郑州大学，２０１０． 表3 堆焊层硬度 试样号 １ ２ ３ ４ 堆焊层硬度（ＨＲＣ） ６０．２ ６１．８ ５９．６ ６２．２ ５ 平均值 ６０．７ ６０．９ 表2 ZG27 -5 的化学成分（质量分数，%） 图 复合层金相组织 20 μm 2 μm 图2 堆焊层显微组织 元素 Ｃ Ｃｒ Ｍｎ Ｓｉ Ｔｉ 含量 ０．３～０．４５ ０．６～１．０ ０．５～０．８ ０．４～０．８ ０．２ 表4 磨损试验结果 试验材料 磨损前重／ｇ 磨损后重／ｇ 失重／ｍｇ 堆焊层 ＺＧ２７０ ５００ ４０．６２３７ ４１．２３７８ ４０．５０７６ ３８．８２３６ ０．１１６１ ２．４０５２ 1 · ·
