破碎機錘頭材質的選擇及改性

這是解決關于提高錘頭耐磨性，延長其使用壽命問題的較主要、較根本的方式。下面主要介紹以下這種：改性高錳鋼板錘和錘頭的研制。

錘式破碎機的關鍵部件是板錘和錘頭，其安全性、可靠性、耐磨性和使用壽命等性能，直接影響破碎機的安全生產、正常運行及生產成本。有一個例子，曾有一個工廠所用的破碎機是PC1600×1600錘式破碎機，試用過很多廠家提供的高錳鋼板錘和錘頭，但有的使用時出現掉塊和斷裂，有的工作表面出現嚴重的犁溝和流變，只能使用1到3個月。為此，該廠與一家有限公司合作，共同開發研制了一種改性高錳鋼板錘和錘頭。并經過幾年的使用證明，這種板錘和錘頭能夠有效避免上述問題，使用壽命和抗磨損能力較以往所用的普通高錳鋼產品提高了一倍以上。

⑴ 高錳鋼板錘和錘頭的缺點

高錳鋼板錘和錘頭的鑄態組織是奧氏體和碳化物，經過水韌處理后為單一的奧氏體組織，具有較高的韌性，在強烈的沖擊工況條件下，其表面能夠產生加工硬化層，從而使其具有較好的耐磨性。但因石灰石硬度較低，在中低沖擊應力下，高錳鋼板錘和錘頭表面不能形成足夠的加工硬化層，因此其工作表面硬度不夠高，磨損較快。另外，高錳鋼在三百度以下時，其內部組織的晶界周圍會產生炭化物的重新析出，使比較完整致密的機體被碳化物割裂開。這樣，硬度低于碳化物的機體先被磨損，從而使碳化物凸現出來；而凸現出來的碳化物被劃傷、擊碎或脫落，又失去了對機體的保護作用，使機體進一步磨損。如此循環往復，致使高錳鋼板錘和錘頭被很快磨損，使用壽命短。

⑵ 改性高錳鋼板錘和錘頭材質元素的選擇

高錳鋼的耐磨性主要取決于其工作表面的加工硬化能力。據此，我們在設計改性高錳鋼板錘和錘頭的化學成分時，加入了鉻（Cr）、鉬（Mo）、鈦（Ti）、釩（V）和稀土元素，以降低奧氏體的穩定性，使其機體上形成大量微小的第二相質點，阻止位錯運動，從而，強化了基體；并且在奧氏體上彌散析出球狀炭化物，凈化晶界，改善夾雜物的形態和分布，實現綜合強化。從而使改性高錳鋼板錘和錘頭具有高韌性、高強度和良好的抗磨損性能。

①碳含量

碳是影響鋼的各種性能的主導元素。在一定范圍內，碳含量增加，鋼的硬度、破壞強度、屈服強度和耐磨性能都增加。但當大于1.4%時，鋼的韌性就會降低，并出現粗大的沿晶界分布的炭化物，給消除炭化物的固溶處理帶來困難。因此應控制碳含量在1.1～1．2%。

②錳含量

錳是一個較為強烈的晶界炭化物形成元素，由其形成穩定的奧氏體（含量低時不能滿足奧氏體的形成條件）；它又是個過熱敏感元素，隨著錳含量的增加，鋼的強度、耐磨性也增加。但當錳含量大于1.4%時，鋼的各種性能就不再提高，且生成錳的碳化物，易產生粗大的柱轉狀晶，給熱處理帶來困難，并會加大鑄造收縮，降低鋼的導熱性能，從而易導致各種鑄造缺陷。所以，宜控制錳含量在11.5%～12.5%。

③硅含量

硅有顯著的固溶強化作用，增加剛的致密性、提高耐磨性。當硅含量〈0.3%時，鋼中氧化錳含量增加，將促進熱裂，不能保證脫氧；硅含量過高時，會降低碳在其中的溶解度，促進炭化物沿晶界析出，使韌性降低。故硅含量通常控制在硅含量0.3～0.7%。

④其他元素

鉻（Cr）能顯著提高鋼的淬透性，固溶強化基體，促進鐵素體的形成，降低奧氏體的穩定性，提高加工硬化能力，鉻含量一般應控制在鉻含量為1.8～2.2%；

鉬能夠溶入奧氏體，可大幅度提高鋼的淬透性、回火穩定性以及細化晶粒，還有控制回火脆性、改善沖擊韌性的作用，鉬宜控制在0.25%～0.4%；

鈦、釩和稀土元素主要用作變質劑，可凈化晶界，細化晶粒，在奧氏體基體上彌散析出球狀炭化物，以實現綜合強化，其含量甚微；

錳鐵中含有較高的磷，是對鋼有害的元素，它與鐵錳形成低熔點的磷酸鹽，含量過高時，會形成磷共晶，使鑄件開裂，對沖擊韌性和耐磨性均不利，其含量應控制在小于0.07%。

⑶制造工藝

①熔煉

在500kg堿性爐襯中頻感應爐中，采用不氧化法熔煉。先根據爐料、鐵合金的化學成分和吸收率進行鋼的配料計算，然后熱爐裝料以防止帶入氣體，錳鋼隨料加入，溶化期間用大功率送電，當鋼溶化90%時，測量鋼液溫度，避免鋼液溫度過高，當鋼液溫度達到1500度時，取樣做爐前化學成分分析，然后根據分析結果，加入鐵合金調整所需要的各種金屬元素。在鋼液溫度達到1550度時出鋼。采取插入法在鋼包中沖鋁終脫氧，加鋁后用強制置入法迅速向鋼液中加入調制劑，待鋼液表面將要結膜時迅速澆注。

②鑄造

鑄造是影響鑄件質量的一個重要環節，要嚴格執行鑄造工藝，澆注工藝和清理工藝。我們采取定向凝固工藝澆注，澆注溫度控制在1460～1480度。因澆注溫度低，要注意澆冒口系統通暢，使鋼液能平穩而暢通的快速充型和有效補縮，防止產生冷裂，改善鑄造一次結晶組織，消除柱狀晶，創造形成等軸晶的熱力學條件，減少晶見缺陷和偏析，提高鋼的致密性，保證鑄件具有良好的機械性能。

③熱處理

鑄態的板錘和錘頭比較脆，因此不能鑄態使用，必須經過固熔處理（水韌處理）。板錘和錘頭的入爐溫度在400度以下，然后，隨著溫度的升高，分階段進行梯形保溫，等到爐溫達到1050度時保溫20到24小時，完成炭化物的分解，碳、錳等元素溶入奧氏體，并使其均勻化。等到爐溫達到1100度時打開爐門，把工件迅速放入水池淬火。淬火采用大容積水池，流動水處理，既在水池上方讓熱水溢處。水池內的水的溫度嚴格控制在20到40度之間。淬火完成后，取出工件空氣中自然冷卻。

⑷使用效果

改性高錳鋼板錘和破碎機錘頭在經過變質處理后，細化了晶粒，使其耐磨性提高，且有較好的韌性，有效的防止了在強烈沖擊狀況下的斷裂和掉塊問題，其表面加工硬化能力也得到提高。普通高錳鋼和改性高錳鋼板錘的使用性能對比如下表4-3。
表4-3  性能對比表

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