CN105463300A - 一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液其中，原料组分按重量百分比包括：碳：3.73～3.78％，硅：2.62～2.65％，锰：0.22～0.25％，铬：0.50～0.55％，钼：0.21～0.24％，铜：0.57～0.60％，镍：0.33～0.35％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；将合金液进行浇注得到锤头坯体；将锤头坯体升温进行奥氏体化，保温，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为2～4，K2的值为5～7。

Description

一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法
技术领域
本发明涉及锤式破碎机技术领域，尤其涉及一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法。
背景技术
锤式破碎机在砖厂及煤矸石加工厂广为使用，锤头在高速转动中经受物料的冲击与磨损，是其主要的磨损件。现在砖厂较常使用的锤头有高锰钢锤头、高铬铸铁锤头和双金属复合锤头。但各种材质锤头都存在一定的局限性。高锰钢经水韧处理后的组织为单相奥氏体，在强烈冲击、挤压载荷的反复作用下，具有加工硬化的特点，并且冲击能量越大，硬化效果越好。但是如果加工硬化效果不充分，表面硬度就偏低，其耐磨性就差。煤矸石加工厂使用后的高锰锤头残体其硬度只有HRC28-32，显然加工硬化不足，直接影响锤头的使用寿命。高铬铸铁基体主要由马氏体及碳化物组成，具有很好的硬度及耐磨性，但是韧性较低，其ak值在3～5J/cm2。其在破碎的过程中遇到较硬的物料(如石子、铁渣等)易碎裂。双金属铸造锤头使用效果较好，但价格偏高，性价比不合适。
因此，现开发一种适合于在砖厂及煤矸石加工厂使用的既不破碎又耐磨的锤头是当前急需解决的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，所得铸铁锤头具有较高的初始硬度及适当的冲击韧性，硬度可达HRC53，冲击功可达34.8J，可弥补高锰钢及高铬铸铁锤头的缺点与不足，符合实际生产需求。
本发明提出的一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括如下步骤：
S1、熔炼：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液；其中合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.73～3.78％，硅：2.62～2.65％，锰：0.22～0.25％，铬：0.50～0.55％，钼：0.21～0.24％，铜：0.57～0.60％，镍：0.33～0.35％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到锤头坯体，浇注温度≥1350℃；
S3、热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为2～4，K2的值为5～7，n碳和n铬分别为合金液中碳元素和铬元素所占重量百分比。
优选地，S1的合金液中，锰、铜和镍的重量比为0.23～0.24：0.58～0.59：0.335～0.345。
优选地，S1的合金液中，铬和钼的重量比为0.52～0.53：0.22～0.23。
优选地，S1中，合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.74～3.76％，硅：2.63～2.64％，锰：0.23～0.24％，铬：0.52～0.53％，钼：0.22～0.23％，铜：0.58～0.59％，镍：0.335～0.345％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁。
优选地，S3中，保温时间为2.4～2.8h。
优选地，S3中，等温淬火时间为4.5～5h。
本发明中各元素作用如下：
碳：作为形成石墨球的主要元素，可以有效的控制石墨个数及石墨大小，同时，适当的碳当量可以使铁液易于流动，增加铁液的充型能力，减少缩松缩孔，提高铸件的致密性，但是碳含量过高，容易产生石墨漂浮，影响铸铁的性能。
硅：作为强烈促进石墨化的元素，又能起到孕育的效果。较高的含硅量对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处。硅含量高些，对形成球状石墨有利，但硅含量超过3.0％时，冲击韧性会急剧降低。
锰：可以扩大奥氏体区，增强了奥氏体的稳定性；固溶在基体和碳化物中，可以强化基体，提高硬度，提高基体的淬透性。但是，较高的含锰量会引起晶粒粗大，且极易富集到共晶团的边界形成珠光体或碳化物。严重时碳化物形成网状，极大地影响了材料的韧性。由于锤头要求具有较高的韧性，所以应控制锰含量。
铬：可提高淬透性，同时是碳化物形成元素，在球墨铸铁中，它能与碳生成M3C型碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上，提高材料的硬度及耐磨度。经试验发现证实：含Cr0.5％，碳化物约占15～20％，满足实际需求。
钼：可强烈提高材料的淬透性。加钼后奥氏体向珠光体转变受阻，并且降低了珠光体的临界温度，在较低温度下进行等温淬火，能够比较容易的得到铁素体组织。另一方面，钼是分配系数较低的正偏析元素，在奥氏体中心含量为0.39％，故钼的添加应控制在0.4％以下，并与铜、镍配合使用。
铜：可扩大奥氏体相区，改善石墨球形状和增加石墨球个数。具有良好的淬透性，为负偏析元素，当铁液在共晶点凝固时能够削弱由钼、锰的正偏析带来负面影响，减少白亮区，促进组织的均匀化。
镍：可有效的扩大奥氏体相区，提高奥氏体稳定性，同时具有良好的淬透性，所以能明显改善基体的力学性能。
本发明采用含碳化物等温淬火球墨铸铁制备锤头，其作为一种优良的机械工程材料，具有硬度高、韧性好、重量轻及降音、减震等特点，可弥补高锰钢及高铬铸铁锤头的缺点与不足。而热处理工艺对含碳化物等温淬火球墨铸铁的组织和性能的影响很大，不同的奥氏体化参数及等温参数，都会产生明显的性能差异。
由于煤矸石硬度偏低，且较脆，在锤式破碎机破碎的过程中冲击力较小，等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法的加工硬化程度低于含碳化物等温淬火球墨铸铁磨球，故等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法热处理后应保证其具有较高的初始硬度及适当的冲击韧性。
而含碳化物等温淬火球墨铸铁是近几年来由等温淬火球墨铸铁派生出的一种新型的球铁材料。在等温淬火球墨铸铁的基础上加入强碳化物，使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物。奥氏体化温度较高时，奥氏体中碳含量较高时，奥氏体更加稳定，最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体，等温温度较高时，奥氏体不易转变成针状铁素体和马氏体，也使得最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体；而奥氏体组织可以改善材料的冲击韧性，但是会降低材料的硬度；在热处理过程中，冲击韧性和硬度表现出相互竞争、动态变化的过程，因此，根据合金成分调整热处理制度，平衡冲击韧性与硬度的关系成为获得良好综合性能的关键；本发明中，通过整体考虑奥氏体化温度、等温淬火温度、奥氏体化时间、等温淬火的保温时间，揭示四个工艺参数之间的关系，通过对四个工艺参数进行综合考虑，优化了热处理工艺制度，使得材料具有良好的综合性能。本发明的硬度可达HRC53，冲击功可达34.8J，符合实际生产需求。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括如下步骤：
S1、熔炼：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液；其中合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.73％，硅：2.65％，锰：0.22％，铬：0.55％，钼：0.21％，铜：0.60％，镍：0.33％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到锤头坯体，浇注温度为1370℃；
S3、热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温2.8h，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头，等温淬火时间为4.5h；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为4，奥氏体化温度为947℃，K2的值为5，等温淬火温度为264℃，n碳和n铬分别为合金液中碳元素和铬元素所占重量百分比。
实施例2
本发明提出的一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括如下步骤：
S1、熔炼：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液；其中合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.78％，硅：2.62％，锰：0.25％，铬：0.50％，钼：0.24％，铜：0.57％，镍：0.35％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到锤头坯体，浇注温度为1360℃；
S3、热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温2.4h，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头，等温淬火时间为5h；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为2，奥氏体化温度为935℃，K2的值为7，等温淬火温度为283℃，n碳和n铬分别为合金液中碳元素和铬元素所占重量百分比。
实施例3
本发明提出的一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括如下步骤：
S1、熔炼：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液；其中合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.74％，硅：2.64％，锰：0.23％，铬：0.53％，钼：0.22％，铜：0.59％，镍：0.335％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到锤头坯体，浇注温度为1380℃；
S3、热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温2.6h，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头，等温淬火时间为4.6h；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为3.5，奥氏体化温度为945℃，K2的值为5.5，等温淬火温度为267℃，n碳和n铬分别为合金液中碳元素和铬元素所占重量百分比。
实施例4
本发明提出的一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，包括如下步骤：
S1、熔炼：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液；其中合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.76％，硅：2.63％，锰：0.24％，铬：0.52％，钼：0.23％，铜：0.58％，镍：0.345％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到锤头坯体，浇注温度为1350℃；
S3、热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温2.5h，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头，等温淬火时间为4.8h；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为2.5，奥氏体化温度为938℃，K2的值为6.5，等温淬火温度为277℃，n碳和n铬分别为合金液中碳元素和铬元素所占重量百分比。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、熔炼：将原料置于熔炼炉中升温至熔融状态，调质，出炉得到合金液；其中合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.73～3.78％，硅：2.62～2.65％，锰：0.22～0.25％，铬：0.50～0.55％，钼：0.21～0.24％，铜：0.57～0.60％，镍：0.33～0.35％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到锤头坯体，浇注温度≥1350℃；
S3、热处理：将锤头坯体升温进行奥氏体化，然后保温，等温淬火得到等温淬火球墨铸铁锤头；奥氏体化温度T1＝920+K1×(n碳/n铬)，等温淬火温度T2＝230+K2×(n碳/n铬)，其中K1的值为2～4，K2的值为5～7，n碳和n铬分别为合金液中碳元素和铬元素所占重量百分比。
2.根据权利要求1所述等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，其特征在于，S1的合金液中，锰、铜和镍的重量比为0.23～0.24：0.58～0.59：0.335～0.345。
3.根据权利要求1或2所述等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，其特征在于，S1的合金液中，铬和钼的重量比为0.52～0.53：0.22～0.23。
4.根据权利要求1-3任一项所述等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，其特征在于，S1中，合金液的组分按重量百分比包括：碳：3.74～3.76％，硅：2.63～2.64％，锰：0.23～0.24％，铬：0.52～0.53％，钼：0.22～0.23％，铜：0.58～0.59％，镍：0.335～0.345％，磷：≤0.05％，硫：≤0.03％，其余为铁。
5.根据权利要求1-4任一项所述等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，其特征在于，S3中，保温时间为2.4～2.8h。
6.根据权利要求1-5任一项所述等温淬火球墨铸铁锤头的制备方法，其特征在于，S3中，等温淬火时间为4.5～5h。
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