CN105195265A - 双复合耐磨锤头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双复合耐磨锤头包括锤柄和锤体，所述的锤体为两种金属液体复合浇铸而成，所述的锤体与固体锤柄浇铸连接而成锤头。其制造方法包括以下步骤：步骤1：根据锤头的结构制作浇铸砂型；步骤2：低合金钢坯料加工锤柄并将锤柄的一端预埋到锤头的浇铸砂型中；步骤3：选择高铬铸铁和碳钢按顺序定量浇注；步骤4：热处理。该双复合耐磨锤头不仅能够提高锤头的耐磨性能，而且锤体和锤柄结合紧密不产生裂纹，克服铸造缺陷，提高产品出品率，降低清理工作量，锤头的质量和使用寿命得到大幅提升。

Description

双复合耐磨锤头及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种双复合耐磨锤头的制造工艺，属新型复合材料制备技术领域。

背景技术

锤头是矿山、建材、电力、冶金和化工行业广泛使用的锤式破碎机上的关键配件，也是易磨损件，消耗量巨大。锤头整体依据工作性质不同分为锤柄和锤体两部分，锤柄要求较高的强度和韧性，锤体则要求较高的耐磨性。长期以来，锤头多采用高锰钢制造，既保证了锤柄的强韧性，又利用高锰钢的加工硬化来满足锤体的耐磨性。高锰钢的基体组织为奥氏体，在坚硬物料的破碎挤压过程中转变成马氏体，理论上应该具有较高的表面硬度。但在物料破碎中，尖锐和坚硬的物料容易划伤锤体表面，加工硬化来不及形成，就被严重磨损，从而导致锤头失效。

复合锤头以高铬铸铁为锤体，碳钢为锤柄。因为碳钢价格低廉，使锤头整体的材料成本下降；高铬铸铁硬度高，更耐磨，使用寿命成倍提高。因此复合锤头的应用是解决锤头耐磨问题的有效途径。

现有技术复合锤头制造主要有二种方法，一种是液-液复合，另一种是固-液复合。

液-液复合是两种不同的金属液按顺序注入锤头铸型中，先浇入锤体部分的高铬铸铁，后浇入锤柄部分的铸钢。这样在冷却收缩时，铸钢液渗入高铬铸铁，锤体和锤柄的连接处是铸钢，能够保证连接处的强韧性。另外，锤体部分在下部，其致密度能够得到充分的保证。为了保证锤柄部分的致密度，必须在锤柄铸型的顶部安置足够大的冒口。为了保证补缩通道畅通，还需要在锤柄部位设置补贴。这样就会造成锤头铸件工艺出品率低，清理工作量大的不利因素。

固-液复合是固体的锤柄预埋在锤头的铸型中，然后将高铬铸铁液浇入铸型中包围锤柄的一端，形成复合锤头。锤柄可以是锻钢件，也可以由钢板切割而成，其强韧性要明显优于铸钢件的锤柄。高铬铸铁的浇注温度为1350-1400℃，碳钢的熔点在1500℃左右；因此，高铬铸铁锤体与碳钢锤柄很难形成冶金结合。解决这个问题有两个方法：1）通过改变锤柄结构与高铬铸铁锤体形成机械结合，但其结合力不如冶金结合；2）通过大幅提高高铬铸铁的浇注温度，达到锤体和锤柄的冶金结合，但铬是易氧化元素，提高温度容易造成铬元素烧损和形成氧化夹杂。此外，高铬铸铁属于脆性材料，凝固收缩时受到碳钢锤柄的阻碍时容易形成裂纹，在锤头作业时逐步扩展直至断裂。

按照目前现有技术复合耐磨锤头成形方法，锤头的耐磨性能能够提高，寿命延长；但容易产生各种类型的铸造缺陷，影响锤头的质量和使用寿命，需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅能够提高锤头的耐磨性能，而且锤体和锤柄结合紧密不产生裂纹，克服铸造缺陷，提高产品出品率，降低清理工作量，锤头的质量和使用寿命得到大幅提升的双复合耐磨锤头及其制造方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

双复合耐磨锤头，包括锤柄和锤体，所述的锤柄和锤体浇铸连接而成，所述的锤体为两种金属液体复合浇铸而成，所述的锤体与固体锤柄浇铸连接而成锤头。

所述的锤柄由锻钢或型钢加工形成，其材质为低合金钢；所述的锤体由高铬白口铸铁和碳钢两种金属液体按先后顺序注入锤头浇铸砂型并包围在固体锤柄一端四周复合浇铸而成，与锤柄形成冶金结合。

低合金钢的成分及质量百分比（%）：C：0.3-0.9，Mn：0.4-1.2，Si：0.3-1.0，Cr：0.2-1.2，Mo：0.1-0.8，Ni：0.5-6.0，P≤0.05，S≤0.05，其余为Fe。性能要求：抗拉强度≥800MPa，冲击韧性≥40J/cm²。

高铬铸铁的成分及质量百分比（%）：C：1.8-3.2，Mn：0.4-1.2，Si：0.3-1.0，Cr：10.0-30.0，Mo：0.1-3.0，Cu：0.5-1.0，Ni：0.5-3.0，Ti：0.0-0.4，P≤0.04，S≤0.04，其余为Fe。性能要求：HRC≥60，冲击韧性≥10J/cm²。

碳钢的成分及质量百分比（%）：C：0.2-0.5，Mn：0.3-0.8，Si：0.3-0.6，P≤0.04，S≤0.04，其余为Fe。性能要求：延伸率≥20%。

双复合耐磨锤头的制造方法包括以下步骤：

步骤1：根据锤头的结构制作浇铸砂型，硬化后烘干；

步骤2：将低合金钢坯料经过模锻或者机械加工达到锤柄的尺寸要求，清理锤柄表面后预热，并将预热后锤柄的一端预埋到锤头的浇铸砂型中；

步骤3：选择高铬铸铁和碳钢按顺序定量浇注，分别熔炼高铬铸铁和碳钢，先将定量的高铬铸铁铁液浇入浇铸砂型，浇注温度1350-1450℃，在高铬铸***固后，立即浇入碳钢液，浇注温度1500-1600℃，直至充满浇铸型腔；冷却后去除浇冒口，清理锤头铸件；

步骤4：热处理：正火后回火处理，正火：将双复合耐磨锤头加热到880-1080℃，保温2-5小时后，出炉鼓风空冷至室温；回火：将双复合耐磨锤头加热到200-300℃，保温2-5小时后，出炉冷却。

本发明锤头的耐磨层高铬铸铁置于浇铸砂型的底部，冷却速度快，晶粒细，补缩充分，组织致密，最后凝固处能够得到碳钢的补充，高铬铸铁与碳钢两者之间相互渗透，结合力强劲；碳钢的碳含量较低，塑性好，包围在低合金钢锤柄四周，结合紧密，不产生裂纹。在浇注温度范围内适当提高碳钢的浇注温度，碳钢与锤柄表面融合，形成过渡层，结合力强；锤柄作为碳钢的内冷铁，补缩量减少，冒口可以缩小，甚至可以不设冒口，出品率大幅提高，清理工作量降低。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明不仅能够提高锤头的耐磨性能，而且锤体和锤柄结合紧密不产生裂纹，克服铸造缺陷，提高产品出品率，降低清理工作量，锤头的质量和使用寿命得到大幅提升。

2、本发明锤头的耐磨层高铬铸铁置于浇铸砂型的底部，冷却速度快，晶粒细，补缩充分，组织致密，最后凝固处能够得到碳钢的补充，高铬铸铁与碳钢两者之间相互渗透，结合力强劲；碳钢的碳含量较低，塑性好，包围在低合金钢锤柄四周，结合紧密，不产生裂纹。在浇注温度范围内适当提高碳钢的浇注温度，碳钢与锤柄表面融合，形成过渡层，结合力强；锤柄作为碳钢的内冷铁，补缩量减少，冒口可以缩小，甚至可以不设冒口，出品率大幅提高，清理工作量降低。

附图说明

图1为本发明实施例中锤头的结构示意图；

图2为图1的剖面左视图；

图3为本发明实施例中浇铸砂型的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中浇铸砂型浇铸后的剖面结构示意图。

图中序号：1、锤柄，2、锤体，3、浇铸砂型，4、碳钢铸型型腔，5、高铬铸铁铸型型腔，6、冒口，7、第一浇口，8、第二浇口，9、定位销，10、底部槽孔，11、定位孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例一：参见图1和图2，一种双复合耐磨锤头，包括锤柄1和锤体2，锤柄1的一端设置有底部槽孔10，另一端设置有定位孔11；锤体2的顶端呈弧面结构；所述的锤柄1由锻钢加工形成，其材质为低合金钢，低合金钢的成分及质量百分比（%）：C：0.3-0.9，Mn：0.4-1.2，Si：0.3-1.0，Cr：0.2-1.2，Mo：0.1-0.8，Ni：0.5-6.0，P≤0.05，S≤0.05，其余为Fe；所述的锤体2由高铬白口铸铁和碳钢两种金属液体按先后顺序注入锤头浇铸砂型3并包围在固体锤柄1底部槽孔10端四周复合浇铸连接而成锤头，锤体2与锤柄1形成冶金结合，高铬铸铁的成分及质量百分比（%）：C：1.8-3.2，Mn：0.4-1.2，Si：0.3-1.0，Cr：10.0-30.0，Mo：0.1-3.0，Cu：0.5-1.0，Ni：0.5-3.0，Ti：0.0-0.4，P≤0.04，S≤0.04，其余为Fe；碳钢的成分及质量百分比（%）：C：0.2-0.5，Mn：0.3-0.8，Si：0.3-0.6，P≤0.04，S≤0.04，其余为Fe。

实施例二：参见图1、图2、图3和图4，一种双复合耐磨锤头，包括锤柄1和锤体2，锤柄1的一端设置有底部槽孔10，另一端设置有定位孔11；锤体2的顶端呈弧面结构；所述的锤柄1由锻钢加工形成，其材质为低合金钢，所述的锤体2由高铬白口铸铁和碳钢两种金属液体按先后顺序注入锤头浇铸砂型3并包围在固体锤柄1底部槽孔10端四周复合浇铸连接而成锤头，锤体2与锤柄1形成冶金结合。

该双复合耐磨锤头的制造方法包括以下步骤：

步骤1：根据锤头的结构制作浇铸砂型3，选择水玻璃砂制作浇铸砂型3，浇铸砂型3用CO₂硬化，然后200℃烘干；

步骤2：选择低合金钢，其成分的质量百分比：C：1.5%，Mn：0.6%，Si：0.3%，Cr：0.6%，Mo：0.6%，Ni：5.5%，P≤0.05%，S≤0.05%，其余为Fe，锻压成锤柄毛坯，经机械加工到需要的尺寸，锤柄1表面清理干净，并预热到400℃；并将锤柄1的底部槽孔端预埋到锤头的浇铸砂型3中，另一端采用定位销9通过定位孔11固定在浇铸砂型3外；

步骤3：选择高铬铸铁和碳钢按顺序定量浇注，高铬铸铁成分的质量百分比：C：2.8%，Mn：0.5%，Si：0.5%，Cr：16.0%，Mo：1.0%，Cu：0.5%，Ni：1.0%，Ti：0.4%，P≤0.05%，S≤0.05%，其余为Fe；碳钢成分的质量百分比：C：0.25%，Mn：0.4%，Si：0.5%，P≤0.05%，S≤0.05%，其余为Fe；分别在两台中频感应电炉中熔炼到温度：高铬铸铁1430℃，碳钢1630℃；先将定量的高铬铸铁铁液从第一浇口7浇入浇铸砂型3中，浇注温度控制在1350℃左右；在浇注温度范围内适当降低浇注温度，冷却速度快，组织致密，晶粒细化，表面质量好；定量浇注满高铬铸铁铸型型腔5，使得高铬铸铁在浇铸砂型3中的高度略高于第一浇口7的内浇道的上沿，这样可以通过第一浇口7观察高铬铸铁的凝固情况控制好冷却时间，当第一浇口7观察到的高铬铸铁完全凝固后，立刻用耐火材料封住第一浇口7并将碳钢钢液从第二浇口注入浇铸砂型3，直至充满碳钢铸型型腔4；碳钢的浇注温度控制在1580℃，在浇注温度范围内适当提高碳钢的浇注温度是为了促使锤柄1的表面出现熔融层，与碳钢形成冶金结合；碳钢液体通过锤柄底部槽孔10填补锤体中心的缩孔，同时渗透入高铬铸铁锤体中心，使两种的结合更为紧密；碳钢液体流经冒口6进入浇铸砂型3，使冒口6的碳钢钢液温度始终保持高温，形成自上而下的温度梯度，有利于冒口6的补缩；碳钢的含碳量较低，塑性优良，在冷却过程中受到锤柄1的收缩阻碍，也不至于产生裂纹；冷却后去除浇冒口6，清理锤头铸件；

步骤4：热处理：热处理分为二个阶段，正火处理和回火处理，正火处理：将铸造好的双复合耐磨锤头放入电阻炉内加热，在980℃保温4小时后出炉，鼓风快冷10分钟后空冷到室温；回火处理工艺：将正火处理后的双复合耐磨锤头放入电阻炉内加热，在250℃保温4小时后出炉，空冷到室温。

锤头的检验：锤头无外观铸造缺陷；锤头解剖内部未发现缩孔、缩松和裂纹；双金属结合部有明显的过渡层；锤柄1部位取样的冲击韧性为43J/cm²，微观组织为回火马氏体+少量贝氏体；锤体2部位取样的冲击韧性为14J/cm²，硬度为HRC62。

实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.双复合耐磨锤头，包括锤柄⑴和锤体⑵，所述的锤柄⑴和锤体⑵浇铸连接而成，其特征在于：所述的锤体⑵为两种金属液体复合浇铸而成，所述的锤体⑵与固体锤柄⑴浇铸连接而成锤头。

2.根据权利要求1所述的双复合耐磨锤头，其特征在于：所述的锤柄⑴由锻钢或型钢加工形成，其材质为低合金钢；所述的锤体⑵由高铬白口铸铁和碳钢两种金属液体按先后顺序注入锤头浇铸砂型⑶并包围在固体锤柄⑴一端四周复合浇铸而成，与锤柄⑴形成冶金结合。

3.根据权利要求2所述的双复合耐磨锤头，其特征在于：低合金钢的成分及质量百分比（%）：C：0.3-0.9，Mn：0.4-1.2，Si：0.3-1.0，Cr：0.2-1.2，Mo：0.1-0.8，Ni：0.5-6.0，P≤0.05，S≤0.05，其余为Fe。

4.根据权利要求2所述的双复合耐磨锤头，其特征在于：高铬铸铁的成分及质量百分比（%）：C：1.8-3.2，Mn：0.4-1.2，Si：0.3-1.0，Cr：10.0-30.0，Mo：0.1-3.0，Cu：0.5-1.0，Ni：0.5-3.0，Ti：0.0-0.4，P≤0.04，S≤0.04，其余为Fe。

5.根据权利要求2所述的双复合耐磨锤头，其特征在于：碳钢的成分及质量百分比（%）：C：0.2-0.5，Mn：0.3-0.8，Si：0.3-0.6，P≤0.04，S≤0.04，其余为Fe。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的双复合耐磨锤头，其特征在于：双复合耐磨锤头的制造方法包括以下步骤：

步骤1：根据锤头的结构制作浇铸砂型⑶，硬化后烘干；

步骤2：将低合金钢坯料经过模锻或者机械加工达到锤柄的尺寸要求，清理锤柄表面后预热，并将预热后锤柄的一端预埋到锤头的浇铸砂型⑶中；

步骤3：选择高铬铸铁和碳钢按顺序定量浇注，分别熔炼高铬铸铁和碳钢，先将定量的高铬铸铁铁液浇入浇铸砂型⑶，浇注温度1350-1450℃，在高铬铸***固后，立即浇入碳钢液，浇注温度1500-1600℃，直至充满浇铸型腔；冷却后去除浇冒口⑹，清理锤头铸件；

步骤4：热处理：正火后回火处理，正火：将双复合耐磨锤头加热到880-1080℃，保温2-5小时后，出炉鼓风空冷至室温；回火：将双复合耐磨锤头加热到200-300℃，保温2-5小时后，出炉冷却。