双金属复合锤头的试制

熊映　刘晨辉

摘  要：采用双金属复合锤头是提高锤式破碎机使用寿命的有效途径。文章利用高铬铸铁和低碳钢两种材料，通过固-液复合和液-液复合两种铸造工艺，试制了两种尺寸的破碎机锤头。结果表明，两种锤头均具有良好的使用性能，能满足实际生产使用要求。

关键词：复合锤头;双金属;高铬铸铁;破碎机

中图分类号：TG143.9       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）29-0109-02

Abstract： The use of bimetallic composite hammerhead is an effective way to improve the service life of hammer crusher. In this paper， two sizes of crusher hammers were made by using two kinds of materials， high chromium cast iron and low carbon steel， through solid-liquid composite and liquid-liquid composite casting processes. The results show that the two kinds of hammers have good performance and can meet the requirements of practical production.

Keywords： composite hammerhead; bimetal; high chromium cast iron; crusher

目前，錘式破碎机是冶金、矿山、建材等行业的必要机械之一，其中锤头承受了大部分的功耗，也是最容易损坏和最常需要更换的部件[1，2]。因此，对锤头材料和制造工艺的研究是我国相关冶铸工作者的一大研发方向。近年来，采用新型抗磨铸钢和铸铁材料、复合铸造工艺生产的锤头表现出了优良的使用性能[3，6]。本文拟采用高铬铸铁和低碳钢两种材料，通过固-液复合铸造和液-液复合铸造两种工艺，试制了两种典型尺寸的破碎机锤头。

1 材料选择及铸造工艺设计

1.1 材料选择

锤头分为锤端和锤柄两部分，锤端直接与物料发生冲击，要求较高的硬度、强度和耐磨性，采用高铬铸铁材料;锤柄起连接作用，并不直接参与磨损，要求有一定的强度和韧性[4，5]，采用低碳钢材料。

1.2 铸造工艺设计

根据产品设计要求及工厂实际，采用呋喃Ⅰ型树脂砂造型，通过固-液复合铸造工艺制备小锤头，通过液-液复合铸造工艺铸造较大尺寸锤头，两种锤头的形状与尺寸分别如图1a、b所示。

在小锤头的固-液复合铸造中，预先用低碳钢轧制钢板切割30mm厚的燕尾形锤柄，并对锤柄与锤端复合的部位进行清理，涂附保护剂，然后将锤柄作为镶块预置在型腔内（见图2a），经预热后用高铬铸铁液进行浇注，铸造锤端部分。因锤头尺寸较小，采用一模六件进行铸造，其浇注系统见图2b。

在较大锤头的液-液复合铸造中，造型时增设溢流口。造型完成后，先浇注低碳钢液，当溢流口出现一定量的低碳钢液时停止浇注;然后从锤头冒口部位直接浇注高铬铸铁液，直至冒口充满高铬铸铁液时停住浇注;其中两种金属液的浇注间隔为60～100s。由于锤头尺寸较大，采用一模一件进行铸造。

2 锤头的组织及性能

2.1 锤头界面结合情况

本试验中高铬铸铁的浇注温度为1540℃，较大锤头制备时低碳钢的浇注温度为1560℃，两种方案中两种金属之间的界面情况分别如图3a、b所示。

图3a是固-液复合铸造小锤头的界面线切割图。由图可见铸件两金属区域明显，界线清晰，没有缝隙，依靠两部分的燕尾形状的配合和金属间部分原子的扩散达到局部冶金结合，保证其结合强度[6]。其中颜色较深的区域为低碳钢，其组织为铁素体+少量珠光体;颜色较浅区域为高铬铸铁组织：M7C3+M23C6+奥氏体，其碳化物呈杆状[4]。

图3b是液-液复合铸造的较大锤头两种金属结合部位取样的金相组织图。由图可见铸件的两金属间存在一定的过渡区，在该过渡区的左侧为低碳钢区域，右侧为高铬铸铁区域，其组织与图3a基本一致。过渡区的界线呈犬牙交错状，整个区域无缩孔、疏松，无缺陷，且检测到含量不同的C、Cr、Fe、O元素，说明在此区域，两种金属的原子间发生了相互扩散，生成了致密的组织，形成了良好的冶金结合。氧元素的存在，应与浇注、凝固过程中金属发生氧化有关。

2.2 热处理

为细化铸件晶粒，消除铸造应力，提高铸件的综合机械性能，对复合锤头进行了热处理，图4为复合锤头的淬火工艺曲线。首先将锤头加热至1000℃，保温4h，然后迅速放入淬火液中，并来回摆动进行淬火处理;淬火4h后将铸件加热至260℃，保温2h，进行回火处理。最后取出铸件，空冷。

对铸态、热处理后锤头的锤端分别进行了硬度测量，其洛氏硬度（HRC）分别为54.5和57.1。测量结果表明，热处理后铸件锤端高铬铸铁的硬度提高了4.8%。其原因在于随着热处理的进行，M23C6逐渐转化为M7C3，后者的硬度更高，耐磨性更好;生成了回火马氏体，这种组织能降低铸造内应力，提高韧性，且具有高硬度和良好的耐磨性;且碳化物由杆状转化为骨架状，细化了晶粒，提升了铸件的韧性和硬度[5]。

3 锤头的试制及试用验证

依据上述试制工艺方法进行了工业试制，获得了如图5所示的两种复合锤头。在某机制砂制备公司的试用结果表明，这两种锤头的使用效果较好，使用寿命均是高锰钢的2倍多，基本满足了使用要求。

4 结论

（1）采用树脂砂型，固-液复合铸造的小锤头通过燕尾形状的配合和部分冶金结合达到两部分的复合，保证其结合强度;液-液复合铸造的锤头通过两种金属液间原子的相互扩散，达到冶金结合，结合强度更高。

（2）经热处理后，锤端组织M23C6转化为M7C3，生成回火马氏体，晶粒得到细化，硬度、耐磨性和韧性都得到提高，综合使用性能得到提升。

（3）试用结果表明，固-液复合铸造和液-液复合铸造工艺铸造的锤头结合强度较好，能满足使用要求。

参考文献：

[1]卓荣明.防断裂破碎机锤头双液双金属铸造工艺[J].铸造技术，2017（09）：260-262.

[2]卓荣明.大型破碎机锤头复合制作工艺[J].煤矿机械，2018，39（10）：102-103.

[3]郭永亮，吕建军，郭在在，等.双金属复合锤头的消失模铸造工艺[J].兵器材料科学与工程，2012，35（4）：91-93.

[4]程巨强，弥国华，李梦，等.固-液复合铸造锤头的组织与性能[J].中国铸造装备与技术，2014（02）：50-52.

[5]Xingjian Gao， Zhengyi Jiang， Dongbin Wei， et al. Effect of thermomechanical treatment on sliding wear of high-Cr castiron with large plastic deformation[J].Tribology Internatianal，2015，92：117-125.

[6]程红晓，王超，沈卫东，等.锤头的双金属复合铸造工艺[J].铸造技术，2004（3）：32-33.