一种锤式破碎机用耐磨锤头及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于破碎机及其生产方法技术领域，具体涉及一种锤式破碎机用耐磨锤头 及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 锤式破碎机是破碎生产线和制砂生产线中的常用设备之一，被广泛用于铁矿石、 砂岩、石膏、高炉渣、煤矸石、块煤等其它中硬矿石的破碎。南京梅山冶金发展有限公司新事 业分公司的铁前原料系统目前在线使用可逆反击式锤式破碎机来承担破碎烧结原料石灰 石的破碎任务，而锤头是锤式破碎机的核心零部件之一，排列在破碎机转子的销轴上，锤头 在破碎机高速运转时直接打击物料，因此，锤头不断受到高硬度物料的冲击、挤压等综合作 用。随着公司产能快速增长，要求破碎机全天候满负荷工作，使得锤头磨损快、易变形、寿命 短，破碎效率低，一般使用寿命最长不超过2个月，有的甚至仅用1个月即报废，无法满足供 料要求，严重制约了生产线的稳定运行。
[0003] 纵观国内外锤头材料，目前使用的锤头材料的种类主要有高锰钢、低、中合金钢、 高铬铸铁等。其中，高锰钢是制造破碎机锤头较早并且很普遍的一种材质，适合作为制造大 型锤头和工作应力较高或大冲击负荷的工况的耐磨材料，然而面对强度较低的石灰石、白 云石等物料时，由于使用中产生的加工硬化很小，锤头磨损非常严重，使用效果很不理想。 低、中合金耐磨钢具有较高的硬度、较好的冲击軔性以及高的耐磨性，加上合适的热处理工 艺，可以获得硬度和韧性匹配较好的耐磨材料。但由于其硬度一般低于55HRC，组织中也只 含有较少的高硬度碳化物，主要靠马氏体基体来抗磨，所以这种锤头的耐磨性还是不够理 想。高铬铸铁由于Cr含量较高，其组织中含有较多的含Cr碳化物，使高铬铸铁具有优异的 耐磨性，从而成为现在使用最广泛的锤头制造材料之一。用高铬白口铸铁做的锤式破碎机 的锤头，其寿命比高锰钢高4~5倍。但由于高铬铸铁的硬度较高，组织中含有较多的碳化 物，因而其脆性较大，应力较大时锤头易发生断裂。因此，如何实现锤式破碎机用锤头的耐 磨性与韧性的良好结合就具有重要的意义。
[0004] 中国专利【申请号】201410334611.X，申请日：2014年07月14日，发明创造名称：一 种大型破碎机锤头，该申请案公开了一种大型破碎机锤头，，包括以下重量百分比的化学成 分：C:2. 2-3. 2%、Cr:18-22%、Si:0? 3-0. 9%、Mn:1. 0-2. 0%、Ni:0? 3-1. 0%、V彡 0? 3%、 Nb彡 0? 2%、W:0? 1-0. 5%、S彡 0? 025%、P彡 0? 025%、Zr:0? 05-0. 2%，余量为铁。本发 明配方合理，制作简单，在一定程度上可以提高锤头的强度、韧性、耐磨性和抗冲击力，适 用于大型破碎机，一定程度上减少了工厂更换锤头的频率，降低了劳动强度，但是用于长时 间的钢铁企业作业时，其强度、韧性、耐磨性以及抗冲击力等又不能达到所需程度，导致 磨损较快，依然需要定期更换。又如：中国专利【申请号】201310208344. 7,申请日：2013年 05月30日，发明创造名称：一种耐磨的破碎机锤头，该申请案公开了一种耐磨的破碎机锤 头，材料为高铬锰钨合金，其中高铬锰钨合金的成分为：C:2. 1-3. 2%、S:0. 3-1. 0%、Mn: 2. 0-3. 3%、Cr:14-18%、Mo:0? 3-0. 5%、W:0? 2-0. 7%，V:0? 2-1. 2%、Ti、Nb< 0? 1% ;该 申请案在一定程度上解决了锤式破碎机锤头磨损快，使用寿命短的问题。但由于上述申请 案均采用整体浇铸形式，在保证锤头耐磨性的基础上，其韧性提高受到了大大限制，从而使 锤头在使用过程中易发生断裂。
[0005] 梅钢现用锤头包括1#与2#两种，其化学成分以及碳当量和碳化物体积分数分别 如表1与表2所不：
[0006] 表1 :梅钢现用1#、2#锤头的化学成分表：
[0010] 并且1#锤头的金相组织、2#锤头的金相组织、1#2#锤头表面洛氏硬度测试结果以 及1#2#锤头冲击韧性测试结果分别如图1、2、3、4所示；根据表1、表2以及图1、2、3、4可 知：
[0011] 1#锤头的碳当量属于过共晶成分，1#锤头属于过共晶合金高铬白口铸铁。因此， 铸态合金在凝固过程首先析出碳化物，随温度降低初析碳化物不断长大，到达共晶温度时 发生共晶反应，生成奥氏体和共晶碳化物，所以组织中的碳化物可分为初析碳化物和共晶 碳化物。初析碳化物由于是从铸铁液体中直接析出的，因此在冷却过程将不断长大，从而主 要以白色粗大的板条状或六边形块状的形式出现，有些六边形内部还存在奥氏体转变产物 或收缩产生的孔洞，如图1所示。当高铬白口铸铁Cr含量高于12%，Cr/C值超过3. 5时， 碳化物主要是M7C3和M23(：6型碳化物。由于1#锤头中Cr含量将近28%，因此，初析碳化物 主要为M7C3共晶碳化物。1#锤头中还存在少量的共晶碳化物，共晶碳化物为菊花状分布， 有些共晶碳化物呈菊花状或点状分布在初析碳化物周围，共晶碳化物主要也为M7C3共晶碳 化物。
[0012] 2#锤头的碳当量属于亚共晶成分，2#锤头属于亚共晶合金高铬白口铸铁。因此铸 铁凝固时首先析出先共晶奥氏体组织，随着温度的降低，初析奥氏体枝晶不断长大，温度到 达共晶转变温度时发生共晶转变，形成奥氏体和共晶碳化物（莱氏体组织）。由于合金元 素较高，淬透性高，正火低温回火热处理后的组织为奥氏体转变产物马氏体和共晶碳化物， 共晶碳化物分布在马氏体组织的界面处，如图2所示，共晶碳化物分布在枝晶之间，碳化物 类型主要为M7C3共晶碳化物，白色的共晶碳化物形貌为板条状或断续的条块状分布在枝晶 之间。从图可以看出，马氏体组织上还有第二相析出（黑点），此析出相主要为正火冷却过 程或回火过程析出的渗碳体相，主要以粒状或点状分布在马氏体基体上。
[0013] 采用HR-150A洛氏硬度计对1#、2#锤头试样进行硬度性能测试，硬度计压头为 120°金刚石圆锥，载荷为150Kg。测试时，将试样平稳放在载物台上，压头保压30s。为 保证数据的准确性，先去除表面氧化皮，再将试样表面磨光，测试均选取每个试样的表 面中部，且彼此有一定距离。待测定3个点的硬度值后，并对其它数据取平均值作为各 试样的洛氏硬度值。各试样的硬度结果如图3所示。由图可知，1#、2#锤头的硬度分别 为59. 1HRC、61. 4HRC，其平均值为60. 3HRC;相比1#锤头，2#锤头各点的硬度值更大。 2#锤头的硬度略高于1#锤头，主要是因为M7C3碳化物的硬度（HV1200-HV1800)略高于 m23c6(hviooo-hviioo)，而1#锤头由于c含量相对更高，其基体中形成了更多的M23C6碳化 物，导致其基体中M7C3碳化物含量低于2#锤头。
[0014] 采用总冲击功为250J的JB-5型摆锤式冲击韧性测试仪测定1#、2#锤头的冲击负 荷能力，试样尺寸为10X10X60_，冲击试样在实验之前经严格表面处理，抛光试样表面划 痕，以防表面缺陷对性能的测试造成影响。各试样进行3次测试，以3次测试结果平均值为 该试样的冲击韧性值，检测结果如图4所示。由图可知，1#、2#锤头的冲击韧性很低，分别为 2. 0J/cm2、2. 8J/cm2;l#、2#锤头各点的冲击韧性差别较大；相比1#锤头，2#锤头的冲击韧 性更大。1#锤头的冲击韧性平均值明显低于2#锤头的主要原因很可能与1#、2#锤头显微 组织中碳化物含量及其基体不同有关，当铬含量超过22%，高铬铸铁铁中碳化物数量增多， 初生碳化物粗大，碳化物对基体的割裂程度增大，材料的冲击韧性变差。由于1#、2#锤头各 点的冲击韧性差别较大，说明材质组织不均匀，因此该型锤头在工作中极易形成局部剥落 式磨损，同时材质韧性不够，又会造成梨削式磨损，这即是梅钢现用1#、2#锤头使用寿命短 的主要原因，其使用寿命最长不超过2个月，有的甚至仅用1个月即报废，无法满足供料要 求，严重制约了生产线的稳定运行。
[0015] 因此，研制出一种适用于本企业，在保证锤头耐磨性的基础上，有效防止发生脆断 的锤式破碎机锤头是本领域技术人员所急需解决的难题