CN110484809A - 复合锤头、其制备方法和复合锤头铸件模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合锤头、其制备方法和复合锤头铸件模型。复合锤头包括磨损部和安装部，磨损部的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2～3.0％，Mn：3.3～3.8％，Cr：10～15％，Mo：0.5～1.0％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁，安装部的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3～0.4％，Mn：1.2～1.6％，Si：0.4～1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。本发明通过对低合金锰钢合金和耐磨铸铁合金中各个化学成分进行限定，使得安装部达到高韧性的要求，耐磨部达到高耐磨性的要求，同时减少高成本贵金属元素的含量，降低生产成本。

Description

复合锤头、其制备方法和复合锤头铸件模型
技术领域
本发明涉及锤式破碎机锤头制备技术领域，具体而言，涉及复合锤头、其制备方法和复合锤头铸件模型。
背景技术
锤式破碎机是以冲击形式破碎物料的一种设备，是直接将最大粒度为600-1800毫米的物料破碎至25或25毫米以下的一段破碎用破碎机。锤式破碎机适用于在水泥、化工、电力、冶金等工业部门破碎中等硬度的物料，如石灰石、炉渣、焦碳、煤等物料的中碎和细碎作业。整个锤头是锤式破碎机中最关键的构件之一，且是易磨损件。与常规磨损工况不同，锤式破碎机锤头不仅磨损严重，且与物料撞击遭受较大的冲击作用。磨损作用主要作用于磨损部，而冲击作用带来的力学作用往往会导致安装部断裂。断裂后的锤头将对破碎机造成极大的隐患，安全难以保障。因此要求锤头材料具有较好的耐磨性同时兼具良好的耐冲击性能。然而，代表良好耐磨性的硬度指标与良好耐冲击性能的韧性指标之间往往难以兼得，也一直是材料领域难以真正突破的难题之一。
结合锤式破碎机锤头的失效形式，复合锤头极具应用前景。通过选择合适的材料，经复合工艺将具有良好耐磨性能的材料及具有良好韧性的材料制备成复合锤头是目前公认的较好思路之一。但是现有技术中复合锤头的制作成本高、界面易脱落、制作工艺可控性较低、且耐磨性能和韧性也不能得到良好的改善。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供复合锤头，该复合锤头具有良好的耐磨性和韧性，同时成本低。
本发明的目的在于提供复合锤头的制备方法，该方法操作简单，能够保证复合锤头的性能。
本发明的目的在于提供复合锤头铸件模型，该***结构简单，便于制作。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种复合锤头，其包括磨损部和安装部，磨损部的原料包括耐磨铸铁合金，安装部的原料包括低合金锰钢；
所述耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2～3.0％，Mn：3.3～3.8％，Cr：10～15％，Mo：0.5～1.0％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；
所述低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3～0.4％，Mn：1.2～1.6％，Si：0.4～1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。
在可选的实施方式中，所述耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2-2.5％，Mn：3.5-3.8％，Cr：12-15％，Mo：0.5％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；
所述低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3-0.35％，Mn：1.2-1.4％，Si：0.4-0.6％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；
优选地，磨损部与安装部的高度比为1:3～2:5，优选为1:3。
在可选的实施方式中，所述磨损部和所述安装部交界处形成过渡层；
优选地，所述过渡层为铁素体层；
优选地，所述过渡层的厚度为50-100微米；
优选地，所述复合锤头的磨损部的硬度为58-63HRC；
优选地，所述复合锤头的磨损部的冲击韧性为4.5～6.5J/cm2；
优选地，所述复合锤头的安装部的冲击韧性Akv>70J/cm2。
第二方面，本发明实施例提供如前述实施方式任一项所述的复合锤头的制备方法，包括：将熔融后的低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液依次进行浇注，而后成型得到所述复合锤头。
在可选的实施方式中，浇注包括以下步骤：将低合金锰钢熔液进行浇注，随后在低合金锰钢熔液表面加入自发热粉末；而后再浇注耐磨铸铁合金熔液；
优选地，加入自发热粉末包括：在浇注低合金锰钢熔液后，随着温度降低直至低合金锰钢熔液表面呈现近镜面状时，再在低合金锰钢熔液表面施加入自发热粉末；
优选地，自发热粉末的添加量为50-100克；
优选地，浇注低合金锰钢熔液时，控制低合金锰钢熔液的温度为1550-1580℃；
优选地，浇注耐磨铸铁合金熔液时，控制耐磨铸铁合金熔液的温度为1330-1380℃；
优选地，浇注耐磨铸铁合金熔液后，在耐磨铸铁合金熔液表面加入保温覆盖剂。
在可选的实施方式中，浇注成形还包括：成型包括：浇注后进行冷却；
优选地，冷却至200℃以下。
在可选的实施方式中，浇注成形后对铸件进行热处理；
优选地，热处理包括依次进行退火处理、淬火处理和回火处理；
优选地，退火处理包括：将铸件升温至660～680℃，并保温2小时，而后加热至900-950℃，而后均匀化退火4-6小时，接着进行第一次冷却；
优选地，淬火处理包括：将经退火处理的铸件升温至660～680℃，并保温2小时，而后加热至850-900℃，并保温3-5小时，而后将进行第二次冷却；
优选地，回火处理包括：将经淬火处理的铸件加热至250-350℃，保温3～5小时，而后再进行第三次冷却；
优选地，第一次冷却采用随炉冷却至20-30℃；
优选地，第二次冷却是将加热后的铸件利用水雾加风冷淬火工艺进行冷却，至20-30℃；
优选地，第三次冷却是进行空冷至20-30℃。
在可选的实施方式中，制备方法还包括对低合金锰钢进行熔融形成低合金锰钢熔液，熔融后低合金锰钢熔液的温度为1580-1620℃；
优选地，制备方法还包括对耐磨铸铁合金进行熔融形成耐磨铸铁合金熔液，熔融后耐磨铸铁合金熔液的温度为1360-1420℃；
优选地，制备方法还包括制备砂型；
更优选地，制备砂型包括：利用水玻璃砂制备砂型的模型胚，而后利用气体进行硬化，再进行干燥；
更优选地，进行硬化的气体为二氧化碳气体。
第三方面，本发明实施例提供一种复合锤头铸件模型，该复合锤头铸件模型用于制备前述实施方式任一项所述的复合锤头或者实施前述实施方式任一项所述的制备方法，所述复合锤头铸件模型包括模型本体，在模型本体内部设有磨损部型腔、安装部型腔、用于浇注低合金锰钢熔液的单一浇道和用于浇注耐磨铸铁合金熔液的冒口部单一浇道，所述单一浇道与所述安装部型腔连通，所述磨损部型腔设置于所述安装部型腔上方且与所述安装部型腔连通，所述冒口部设置于所述磨损部型腔上方且与所述磨损部型腔连通。
在可选的实施方式中，所述复合锤头铸件模型还包括保温套，所述保温套套设于所述冒口部外；
优选地，在所述安装部型腔和所述磨损部型腔之间设置有分界线；
优选地，所述分界线与磨损部顶端之间的距离是复合锤头整体高度的1/4；
优选地，冒口部的口径为280-300mm。
本发明具有以下有益效果：本发明通过采用对低合金锰钢合金中各个化学成分进行限定，使得其能够达到高韧性的要求，同时避免了使用高成本贵金属元素，降低了生产成本。通过对耐磨铸铁合金中各个化学成分进行限定，使得其能够达到高硬度、高耐磨性的要求，同时也减少了高成本的Cr等金属的使用量，进一步降低了生产成本，通过上述具有高韧性的安装部和高耐磨性的磨损部，最终使得复合锤头同时兼具高韧性和优异的耐磨性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的复合锤头的界面扫描电镜图；
图2为本发明实施例1提供的复合锤头铸件模型的结构示意图。
图标：100-复合锤头铸件模型；110-单一浇道；120-模型本体；130-冒口部；121-安装部型腔；122-磨损部型腔；123-分界线；140-保温套。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明提供了一种复合锤头，其同时具有良好的韧性和耐磨性，具体地，其包括磨损部，磨损部的原料包括耐磨铸铁合金。
所述耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2～3.0％，Mn：3.3～3.8％，Cr：10～15％，Mo：0.5～1.0％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；优选地，耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2-2.5％，Mn：3.5-3.8％，Cr：12-15％，Mo：0.5％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。采用上述化学成分以及控制上述化学成分的配比能够使得耐磨部具备良好的硬度和耐磨性，继而使得复合锤头具有优异的耐磨性，同时，减少了Cr等成本较高的金属的含量，降低了复合锤头的生产成本。
复合锤头还包括安装部，安装部的原料包括低合金锰钢；所述低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3～0.4％，Mn：1.2～1.6％，Si：0.4～1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。优选地，所述低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3-0.35％，Mn：1.2-1.4％，Si：0.4-0.6％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。采用上述化学成分以及控制上述化学成分的配比能够使得安装部具有良好的韧性，同时，采用锰钢代替一般的Cr钢，减少了Cr等成本较高的金属的含量，降低了复合锤头的生产成本。
进一步地，磨损部和所述安装部交界处形成过渡层；
优选地，所述过渡层为铁素体层；
优选地，所述过渡层的厚度为50-100微米。该过渡层能够保证安装部和耐磨部之间的连接，保证了二者的结合强度，继而保证了复合锤头的使用，且该过渡层界面过度平滑，无缺陷，进一步保证了复合锤头的实收寿命和强度。
本发明实施例还提供一种复合锤头的制备方法，包括以下步骤：
将熔融后的低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液依次进行浇注，而后成型得到所述复合锤头。
首先，制备砂型，该步骤包括：利用水玻璃砂制备砂型的模型胚，而后利用二氧化碳气体进行硬化，刷涂料后燃烧进行干燥；
采用上述方法能够保证砂型结构稳定，能够保证制备得到的复合锤头性能优异。
进一步地，对低合金锰钢进行熔融形成低合金锰钢熔液，熔融后出炉前低合金锰钢熔液的温度为1580-1620℃；
优选地，制备方法还包括对耐磨铸铁合金进行熔融形成耐磨铸铁合金熔液，熔融后出炉前耐磨铸铁合金熔液的温度为1360-1420℃。
具体地，采用两台熔炼炉分别同时进行熔炼，并经多次脱氧除渣后取炉前样调整熔炼液中成分至本发明实施例所设定的化学成分范围。尽量保证两炉熔体温度在同一时段达到出炉温度，并保温等待浇注。其中，耐磨铸铁合金出炉温度保持在1360～1420℃，低合金锰钢出炉温度保持在1580～1620℃。达到预定出炉温度后保温时间不宜过长，应在10分钟以内完成浇注。采用上述温度和过程能够保证耐磨铸铁合金熔液形成的耐磨部和低合金锰钢熔液形成的安装部性能得到保证。
需要说明的是，耐磨铸铁合金以及低合金锰钢的熔炼制备为现有常规的合金制备方法。
而后将低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液依次浇注。
而现有技术中制备复合锤头的方法有固-液复合法，但是该方法耐磨部和安装部的连接部位难以实现冶金结合，因此结合强度难以满足要求，使用过程中容易出现断裂。因此，采用液-液复合制备复合锤头可以改善该问题，液-液复合制备复合锤头的一般操作是先浇注完一种金属而后在浇注第二种金属。由于金属的浇注有先后顺序，先浇注的金属的温度较低，而后浇注的金属的温度较高，容易造成复合界面结合较差，降低制备成功率，也降低了复合锤头的性能。因此，浇注过程中需要严格控制第一种金属的温度或者严格控制浇注的两种金属之间的时间差，一般在三十秒以内，但是由于钢铁铸造过程的复杂性，较难对已经浇注到铸型内部的钢液的温度进行准确测温，同时，间隔时间控制范围较窄将给实际操作带来极大的难度。这些技术上的困难导致液-液复合制备锤头的生产较困难，导致制备得到的复合锤头性能差，特别是耐磨部和安装部之间的结合差，使用过程中容易断裂。
为了改善上述技术问题，本发明实施例对浇注过程进行改进。具体地，将低合金锰钢熔液进行浇注，随后在低合金锰钢熔液表面加入自发热粉末；而后再浇注耐磨铸铁合金熔液。添加自发热粉末能够与低合金锰钢熔液发生放热反应，继而对浇注的低合金锰钢熔液进行保温处理，能够延长浇注耐磨铸铁合金熔液和低合金锰钢熔液的操作间隔时间，可以将现有中二者浇注的时间间隔三十秒延长至3分钟以上，有利于操作。能够保证低合金锰钢熔液的温度，防止浇注的低合金锰钢熔液过度降温，便于控制浇注的低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液之间的温度差，有利于保证过渡层的形成，继而保证耐磨部和安装部的结合强度，提升复合锤头的性能。
进一步地，加入自发热粉末包括：在浇注低合金锰钢熔液后进行降温，随着温度降低直至低合金锰钢熔液表面呈现近镜面状时，再在低合金锰钢熔液表面均匀加入自发热粉末。浇注的低合金锰钢熔液的呈现近镜面状反映了低合金锰钢熔液的温度适宜，表面没有完全凝固，仍然具有一定的流动性，适合后续浇注，但是浇注另一种金属需要一定时间，而这段时间内浇注的低合金锰钢熔液将继续降温，导致低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液之间温差大，继而导致最终形成耐磨部和连接部结合不足。而在浇注的低合金锰钢熔液表面施加自发热粉末，自发热粉末与低合金锰钢熔液发生放热反应，对浇注的低合金锰钢熔液进行保温，保证低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液之间温差适宜，继而保证耐磨部和连接部结合强度。
同时，控制浇注的低合金锰钢熔液的呈现近镜面状，能够有效抵抗后浇注的耐磨合金铸铁液对低合金锰钢熔液表层的冲击，保证平稳过渡层的形成，保证复合锤头的结合效果。
浇注的低合金锰钢熔液后间隔3分钟以内浇注耐磨铸铁合金熔液，也就是加入自发热粉末后的，浇注的耐磨铸铁合金熔液和低合金锰钢熔液之间的时间间隔可以达到3分钟，远高于现有技术中几十秒，更利于后续浇注的操作。
进一步地，自发热粉末为市售保温冒口破碎后的改性粉末，例如；Foseco(福士科)的KALMIN系列。自发热粉末能够与低合金锰钢熔液发生发热反应形成挥发性物质，继而低合金锰钢熔液内各个化学成分以及配比等均不会发生变化，自发热粉末仅仅起到保温效果，而不会破坏低合金锰钢熔液的配比，继而保证了最终形成的连接部的韧性。而采用上述自发热粉末能够保证其能够发生放热反应，但是又不会影响低合金锰钢熔液内各个化学成分以及配比。
进一步地，浇注的耐磨铸铁合金熔液和低合金锰钢熔液的高度比为1:3～2:5；控制二者浇注的高度比，能够保证低合金锰钢熔液的保温箱效果，防止低合金锰钢熔液浇注高度不适，浇注后降温速度过快，保证熔液中晶粒的形态和性质，减少杂质的形成，减少浇注耐磨铸铁合金熔液时的冲击，保证形成的复合锤头的性能，同时，提升复合锤头应用时的耐磨性能和韧性。
进一步地，浇注低合金锰钢熔液时，低合金锰钢熔液的温度为1550-1580℃；
优选地，浇注耐磨铸铁合金熔液时，控制耐磨铸铁合金熔液的温度为1330-1380℃。控制浇注是低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液的温度能够有利于耐磨部和安装部的结合，有利于过渡层的形成。
进一步地，浇注耐磨铸铁合金熔液后，在耐磨铸铁合金熔液表面加入保温覆盖剂。添加保温覆盖剂延长浇注耐磨铸铁合金熔液凝固时间，有利于耐磨铸铁合金熔液和低合金锰钢熔液中的杂质和气体上浮，净化熔液，提升复合锤头的质量。
进一步地，成型包括：浇注后进行冷却，使得浇注的低合金锰钢熔液形成磨损部，浇注的耐磨铸铁合金熔液形成安装部，且浇注的低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液的交接处形成过渡层；
优选地，冷却至200℃以下。
具体地，待砂箱温度冷却到200℃以下时开箱，用切割工具沿单一浇道及冒口边缘小心切割，切入深度不能过深，以防引起铸件过热及裂纹。最后用工具敲除多余单一浇道和冒口得到钢-铁复合锤头铸件。
进一步地，成形后对铸件进行热处理；
优选地，热处理包括依次进行退火处理、淬火处理和回火处理；
优选地，退火处理包括：将铸件升温至660～680℃，并保温1.5-2.5小时，而后加热至900-950℃，而后均匀化退火4-6小时，接着进行第一次冷却；
优选地，淬火处理包括：将经退火处理的铸件升温至660～680℃，并保温1.5-2.5小时，而后加热至850-900℃，并保温3-5小时，而后将进行第二次冷却；
优选地，回火处理包括：将经淬火处理的铸件加热至250-350℃，保温3～5小时，而后再进行第三次冷却；
优选地，第一次冷却采用随炉冷却至20-30℃；
优选地，第二次冷却是将加热后的铸件利用水雾加风冷淬火工艺进行冷却，至20-30℃；
优选地，第三次冷却是进行空冷至20-30℃。
采用上述退火-淬火-回火操作，能够有效提升复合锤头的性能。
且本发明实施例中记载的室温为20-30℃之间的室内温度。
实施例1
本实施例提供一种复合锤头，其包括磨损部和安装部，磨损部采用耐磨铸铁合金，其化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.6％，Mn：3.6％，Cr：14％，Mo：1.0％，Si：0.5％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；安装部采用低合金锰钢，低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3％，Mn：1.4％，Si：1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。磨损部与安装部的高度比为1：3。
本实施例提供一种复合锤头的制备方法，包括以下步骤:
首先，制备砂型包括：利用水玻璃砂制备砂型的模型胚，而后利用二氧化碳气体硬化，而后刷涂料燃烧干燥。
按照耐磨铸铁合金及低合金锰钢的成分分别在两台中频炉中进行熔炼，经三次以上除渣及铝线脱氧后加热至出炉温度保温。熔融后低合金锰钢熔液的温度为1600℃,熔融后耐磨铸铁合金熔液的温度为1400℃。
将达到出炉温度的低合金锰钢熔液由炉内倒入钢包，待温度降至1560℃后，进行浇注，浇注后待低合金锰钢熔液表面初步降温至呈现近镜面状时，向低合金锰钢熔液表面均匀撒入80g市售保温冒口破碎后的改性粉末覆盖表层。同时，将耐磨铸铁合金熔液倒入钢包，待温度降至1360℃后，浇注耐磨铸铁合金熔液，浇注完成后在耐磨铸铁合金熔液上撒上保温覆盖剂，完成钢-铁复合锤头浇注。浇注耐磨铸铁合金熔液和浇注待低合金锰钢熔液的时间间隔为2分钟30秒。
而后冷却至室温，开箱，并小心去除多余单一浇道及冒口。
再依次进行退火处理、淬火处理和回火处理。退火处理：将复合锤头升温至680℃，保温2小时后继续加热至900℃，均匀化退火4小时后随炉冷却至室温。淬火处理：而后继续将锤头升温至680℃，保温2小时后加热至860℃，保温4小时后出炉置于空气中，采用水雾加风冷淬火工艺，冷却到室温。回火处理，而后将经淬火处理的铸件加热至280℃保温4小时后空冷得到最终复合锤头。
最终得到的复合锤头，耐磨部的硬度为63HRC，冲击韧性为5.3J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为75J/cm2；锤头在破碎石灰石时平均寿命为高锰钢的4倍，对本实施例的复合锤头进行扫面电镜观察，结果参见图1，根据图1可知，磨损部和安装部交接处形成铁素带过渡层，且过渡层的平均厚度为70微米，结合良好无缺陷。
参见图2，本实施例还提供一种复合锤头铸件模型100，该复合锤头铸件模型100用于制备上述复合锤头或者实施上述制备方法。该复合锤头铸件模型100包括模型本体120，在模型本体内部设有磨损部型腔122、安装部型腔121、用于浇注低合金锰钢熔液单一浇道110和用于浇注耐磨铸铁合金熔液冒口部130，所述单一浇道110与所述安装部型腔121连通，所述磨损部型腔122设置于所述安装部型腔121上方且与所述安装部型腔121连通，所述冒口部130设置于所述磨损部型腔122上方且与所述磨损部型腔122连通。
具体地，浇注时低合金锰钢熔液通过单一浇道110向安装部型腔121进行浇注，通过冒口部130观测低合金锰钢熔液的浇注量和是否形成镜面状。低合金锰钢熔液浇注后再通过冒口部130添加自发热粉末，冒口部130孔径大，能够保证自发热粉末均匀铺撒在低合金锰钢熔液表面。同时，耐磨铸铁合金熔液也通过冒口部130添加，将现有复合锤头铸件模型中的双单一浇道***改为单一浇道***，简化复合锤头铸件模型，同时，避免了混液。
进一步地，在所述安装部型腔121和所述磨损部型腔122之间设置有分界线123；分界线123与磨损部顶端之间的距离是复合锤头整体高度的1/4-2/7；其具体高度根据复合锤头的磨损部与安装部的高度比确定。浇注低合金锰钢熔液时，浇注到分界线123则停止浇注，保证过渡层的形成，也保证耐磨部和安装部能够良好的结合。
进一步地，冒口部130的口径为280-300mm，可以采用290mm、280mm、300mm、285mm、295mm等口径。采用上述口径大小的冒口，能够保证自发热粉末均匀铺设在低合金锰钢熔液表面，以及浇注耐磨铸铁合金熔液是减少耐磨铸铁合金熔液和低合金锰钢熔液的冲击，提升耐磨部和安装部的结合力。
进一步地，复合锤头铸件模型100还包括保温套140，所述保温套140套设于所述冒口部130外；设置保温套140对浇注的耐磨铸铁合金熔液进行保温，有利于复合锤头成型。
实施例2-实施例6
实施例2-实施例6提供的复合锤头结构与实施例1提供的复合锤头结构相同，区别在于制备耐磨部的耐磨铸铁合金和制备安装部的低合金锰钢中各个原料配比有所不同。制备复合锤头的方法操作基本相同，操作条件有所不同，同时，均是利用实施例1提供的复合锤头铸件模型进行复合锤头的制备。
实施例2
本实施例提供的磨损部采用耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2％，Mn：3.3％，Cr：15％，Mo：0.5％，Si：0.4％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；安装部采用低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3％，Mn：1.2％，Si：0.4％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。磨损部与安装部的高度比为2：5。
制备方法：浇注低合金锰钢熔液时，控制低合金锰钢熔液的温度为1570℃，浇注耐磨铸铁合金熔液时，控制耐磨铸铁合金熔液的温度为1365℃；自发热粉末为80g，两次浇注的时间间隔为3分钟。
退火处理、淬火处理以及回火处理：将复合锤头升温至680℃，保温2小时后继续加热至950℃，均匀化退火4小时后随炉冷却至室温。之后继续将锤头升温至680℃，保温2小时后加热至900℃，保温4小时后出炉置于空气中，采用水雾加风冷淬火工艺。冷却到室温后在加热至350℃保温3小时后空冷得到最终复合锤头。
本实施例提供的复合锤头，耐磨部的硬度为60HRC，冲击韧性为5.5J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为90J/cm2；锤头在破碎石灰石时平均寿命为高锰钢的3.5倍。磨损部和安装部交接处形成铁素带过渡层，且过渡层的厚度为80微米。
实施例3
本实施例提供的磨损部采用耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：3.0％，Mn：3.8％，Cr：10％，Mo：0.8％，Si：0.5％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；安装部采用低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.4％，Mn：1.6％，Si：1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。磨损部与安装部的高度比为1：3。
制备方法：浇注低合金锰钢熔液时，低合金锰钢熔液的温度为1550℃，浇注耐磨铸铁合金熔液时，耐磨铸铁合金熔液的温度为1340℃；自发热粉末为50g，两次浇注的时间间隔为2分钟。
退火处理、淬火处理以及回火处理：将复合锤头升温至660℃，保温2小时后继续加热至930℃，均匀化退火4小时后随炉冷却至室温。之后继续将锤头升温至660℃，保温2小时后加热至870℃，保温4小时后出炉置于空气中，采用水雾加风冷淬火工艺。冷却至室温后在加热至250℃保温3小时后空冷得到最终复合锤头。
本实施例提供的复合锤头，耐磨部的硬度为61HRC，冲击韧性为4.5J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为70J/cm2；锤头在破碎石灰石时平均寿命为高锰钢的3倍。磨损部和安装部交接处形成铁素带过渡层，且过渡层的厚度为50微米。
实施例4
本实施例提供的磨损部采用耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2％，Mn：3.5％，Cr：10％，Mo：1.0％，Si：0.4％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；安装部采用低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.35％，Mn：1.2％，Si：0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。磨损部与安装部的高度比为2：5。
制备方法：浇注低合金锰钢熔液时，低合金锰钢熔液的温度为1550℃，浇注耐磨铸铁合金熔液时，耐磨铸铁合金熔液的温度为1330℃；自发热粉末为100g，两次浇注的时间间隔为3分钟。
退火处理、淬火处理以及回火处理：将复合锤头升温至680℃，保温2小时后继续加热至900℃，均匀化退火6小时后随炉冷却至室温。之后继续将锤头升温至680℃，保温2小时后加热至850℃，保温5小时后出炉置于空气中，采用水雾加风冷淬火工艺。冷却至室温后在加热至250℃保温5小时后空冷得到最终复合锤头。
本实施例提供的复合锤头，耐磨部的硬度为58HRC，冲击韧性为6.5J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为81J/cm2；锤头在破碎石灰石时平均寿命为高锰钢的2.8倍。磨损部和安装部交接处形成铁素带过渡层，且过渡层的厚度为100微米。
实施例5
本实施例提供的磨损部采用耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.5％，Mn：3.8％，Cr：12％，Mo：0.5％，Si：0.3％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；安装部采用低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.35％，Mn：1.4％，Si：0.6％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。磨损部与安装部的高度比为1：3。
制备方法：浇注低合金锰钢熔液时，低合金锰钢熔液的温度为1580℃，浇注耐磨铸铁合金熔液时，耐磨铸铁合金熔液的温度为1340℃；自发热粉末为70g，两次浇注的时间间隔为2分18秒。
退火处理、淬火处理以及回火处理：将复合锤头升温至670℃，保温2小时后继续加热至950℃，均匀化退火4小时后随炉冷却至室温。之后继续将锤头升温至670℃，保温2小时后加热至900℃，保温3小时后出炉置于空气中，采用水雾加风冷淬火工艺。冷却至室温后在加热至350℃保温3小时后空冷得到最终复合锤头。
本实施例提供的复合锤头，耐磨部的硬度为62HRC，冲击韧性为4.8J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为78J/cm2；锤头在破碎石灰石时平均寿命为高锰钢的3.2倍。磨损部和安装部交接处形成铁素带过渡层，且过渡层的厚度为65微米。
对比例1：参照实施例1的制备方法制备复合锤头，区别在于：磨损部采用耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.6％，Mn：4.0％，Cr：18％，Mo：1.0％，Si：0.5％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。
该复合锤头的耐磨部的硬度为64HRC，冲击韧性为2.5J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为75J/cm2；锤头在破碎石灰石时磨损部位呈现脆性开裂剥落导致过早失效，无法满足使用要求。
对比例2：参照实施例1的制备方法制备复合锤头，区别在于：低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3％，Mn：1.0％，Si：1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。
该复合锤头的耐磨部的硬度为63HRC，冲击韧性为5.3J/cm2；安装部的室温缺口冲击韧性Akv为88J/cm2；锤头在破碎石灰石过程中安装部分容易变形，导致破碎机失衡，影响破碎效率，同时装配部分易被磨损导致装配出现松动。
对比例3：按照实施例1的原料配比制备复合锤头，区别在于，浇注低合金锰钢后间隔30秒浇注耐磨铸铁合金，而不加自发热粉末。
磨损部和安装部交接处形成过渡层，且过渡层的厚度为20微米，过渡层中主要以碳化物、珠光体等为主，在锤头使用过程中磨损部位和安装部位未达到预期寿命时剥离。
对比例4：按照实施例1的原料配比制备复合锤头，区别在于，浇注低合金锰钢后间隔2分30秒浇注耐磨铸铁合金，而不加自发热粉末。
磨损部和安装部交接处未形成冶金结合的过渡层，铸件冷却下来发现结合区域有明显裂纹，无法使用。
对比例5：按照实施例1的原料配比和制备方法制备复合锤头，区别在于，浇注完低合金锰钢熔液后加入普通的保温覆盖剂。
获得的复合锤头安装部位和磨损部位中间存在明显的杂质层，合金氧化物大量存在，无法形成干净的冶金扩散层，铸件存在裂纹。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合锤头，其包括磨损部和安装部，其特征在于，磨损部的原料包括耐磨铸铁合金，安装部的原料包括低合金锰钢；
所述耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2～3.0％，Mn：3.3～3.8％，Cr：10～15％，Mo：0.5～1.0％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；
所述低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3～0.4％，Mn：1.2～1.6％，Si：0.4～1.0％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁。
2.根据权利要求1所述的复合锤头，其特征在于，所述耐磨铸铁合金的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：2.2-2.5％，Mn：3.5-3.8％，Cr：12-15％，Mo：0.5％，Si≤0.8％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；
优选地，所述低合金锰钢的化学成分按重量百分比包括以下组分：C：0.3-0.35％，Mn：1.2-1.4％，Si：0.4-0.6％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁；
优选地，磨损部与安装部的高度比为1:3～2:5，优选为1:3。
3.根据权利要求1所述的复合锤头，其特征在于，所述磨损部和所述安装部交界处形成过渡层，
优选地，所述过渡层为铁素体层；
优选地，所述过渡层的厚度为50-100微米；
优选地，所述复合锤头的磨损部的硬度为58-63HRC；
优选地，所述复合锤头的磨损部的冲击韧性为4.5～6.5J/cm2；
优选地，所述复合锤头的安装部的冲击韧性Akv>70J/cm2。
4.如权利要求1-3任一项所述的复合锤头的制备方法，其特征在于，包括：将熔融后的低合金锰钢熔液和耐磨铸铁合金熔液依次进行浇注，而后成型得到所述复合锤头。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，浇注包括以下步骤：将低合金锰钢熔液进行浇注，随后在低合金锰钢熔液表面加入自发热粉末；而后再浇注耐磨铸铁合金熔液；
优选地，加入自发热粉末包括：在浇注低合金锰钢熔液后，随着温度降低直至低合金锰钢熔液表面呈现近镜面状时，再在低合金锰钢熔液表面施加入自发热粉末；
优选地，自发热粉末的添加量为50-100克；
优选地，浇注的耐磨铸铁合金熔液和低合金锰钢熔液的高度比为1:3～2:5；
优选地，浇注低合金锰钢熔液时，控制低合金锰钢熔液的温度为1550-1580℃；
优选地，浇注耐磨铸铁合金熔液时，控制耐磨铸铁合金熔液的温度为1330-1380℃；
优选地，浇注耐磨铸铁合金熔液后，在耐磨铸铁合金熔液表面加入保温覆盖剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，成型包括：浇注后进行冷却，
优选地，冷却至200℃以下。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，成型后对铸件进行热处理；
优选地，热处理包括依次进行退火处理、淬火处理和回火处理；
优选地，退火处理包括：将铸件升温至660～680℃，并保温2小时，而后加热至900-950℃，而后均匀化退火4-6小时，接着进行第一次冷却；
优选地，淬火处理包括：将经退火处理的铸件升温至660～680℃，并保温2小时，而后加热至850-900℃，并保温3-5小时，而后将进行第二次冷却；
优选地，回火处理包括：将经淬火处理的铸件加热至250-350℃，保温3～5小时，而后再进行第三次冷却；
优选地，第一次冷却采用随炉冷却至20-30℃；
优选地，第二次冷却是将加热后的铸件利用水雾加风冷淬火工艺进行冷却，至20-30℃；
优选地，第三次冷却是进行空冷至20-30℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备方法还包括对低合金锰钢进行熔融形成低合金锰钢熔液，熔融后低合金锰钢熔液的温度为1580-1620℃；
优选地，制备方法还包括对耐磨铸铁合金进行熔融形成耐磨铸铁合金熔液，熔融后耐磨铸铁合金熔液的温度为1360-1420℃；
优选地，制备方法还包括制备砂型；
更优选地，制备砂型包括：利用水玻璃砂制备砂型的模型胚，而后利用气体进行硬化，再进行干燥；
更优选地，进行硬化的气体为二氧化碳气体。
9.一种复合锤头铸件模型，其特征在于，该复合锤头铸件模型用于制备权利要求1-3任一项所述的复合锤头或者实施权利要求4-8任一项所述的制备方法，所述复合锤头铸件模型包括模型本体，在模型本体内部设有磨损部型腔、安装部型腔、用于浇注低合金锰钢熔液的单一浇道和用于浇注耐磨铸铁合金熔液的冒口部，所述单一浇道与所述安装部型腔连通，所述磨损部型腔设置于所述安装部型腔上方且与所述安装部型腔连通，所述冒口部设置于所述磨损部型腔上方且与所述磨损部型腔连通。
10.根据权利要求9所述的复合锤头铸件模型，其特征在于，所述复合锤头铸件模型还包括保温套，所述保温套套设于所述冒口部外；
优选地，在所述安装部型腔和所述磨损部型腔之间设置有分界线；
优选地，所述分界线与磨损部顶端之间的距离是复合锤头整体高度的1/4～2/7；
优选地，冒口部的口径为280-300mm。
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