专利名称：一种带陶瓷耐磨层的破碎机锤头及其铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种带陶瓷耐磨层的破碎机锤头及其铸造 方法。
背景技术：
锤头是各类锤式破碎机的主要工作零件，同时也是易损 件，每年消耗量巨大。通过对耐磨材料行业大量的跟踪调研 发现，耐磨钢铁材料制作锤头普遍存在的问题是高锰钢锤 头使用寿命短；中低碳合金钢锤头由于组织中没有硬质相， 耐磨性较差；镍硬铸铁、高铬铸铁硬度高，耐磨性好，但材 料的强度和韧性差，在破碎冲击力的作用下易产生断裂；采 用机械组装、粘结复合和冶金复合等方法生产的铸铁锤头使 用效果好，但存在工艺复杂、成本髙等缺点。目前，由各种 耐磨材料制作的锤头很难达到硬度和耐磨性高、强度和韧性 好的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带陶瓷耐磨层的破碎机缍 头及其铸造方法，锤头采用高硼铸钢为母体材料，陶瓷颗粒 复合层为锤头表层，通过消失模铸造与铸渗法铸造相结合的 成型铸造方法制作锤头，高温钢液作为母体渗透于陶瓷颗粒复合层中并形成冶金结合，生产的锤头产品强度和韧性好、 硬度和耐磨性高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该锤头由 母体的表层上覆合复合层组成，母体为高硼铸钢，其化学成
分的质量分数为CO. 20% 0. 40%、 Bl. 0% 2. 5%、 Sil. 0 % 1. 5%、 S<0. 07、 P<0. 08、 MnO. 8% 1. 2%、 CuO. 8% 1. 5%、 CrO. 8% 1. 2%、 V<0. 20%、 Ti<0. 10%、 N<0. 10 %、 RE<0. 30%、 Fe90. 85 94. 55%;复合层为陶瓷颗粒复 合而成，其成份的体积分数为40 100目WC20% 40%、 60 100目铬铁粉10% 20%、 PVA粘结剂4X 7X、硼砂 2% 3%、 Eps微珠30 64°/o。
本发明的铸造方法是消失模铸造与铸渗法铸造相结合 的成型铸造方法，采用负压将髙温钢液渗透于复合层中并形 成冶金结合；其中，高硼铸钢预处理过程为将普通废钢、 铬铁、硅铁、铜板在中频感应炉内混合加热熔化，钢液熔清 后加入锰铁和硼铁，调整成分，成分合格后将温度升高到 1570 1620°C，加入占钢液质量O. 15 0. 30%的铝进行脱 氧；浇注包内预先加入占钢液质量0.30%的稀土、 0.20°%的 钒铁、0. 10%的钛铁、0. 10%的氮化铬铁，其粒度小于8mm，
采用包内冲入法对脱氧后的钢液进行微合金化处理，静置 2 3分钟后将钢液浇入消失模中形成锤头产品；热处理采用 箱式电阻炉加热，加热至1000°C高温奥氏体化后保温2小时， 水冷方式快速冷却，随后在18(TC保温4小时后空冷至室温； 其中，消失模铸造过程为用聚苯乙烯(Eps)泡沫塑料制 成锤头消失模，其泡沬塑料模比锤头实际尺寸在两侧的磨损 面各少3 10mm厚度，该3 10mra厚度留作粘贴陶瓷颗粒复合层，在泡沫塑料模两侧粘贴上陶瓷颗粒复合层后，再涂敷
耐火涂料烘干；在泡沬塑料模上还要粘贴浇口与冒口，并将 贴好浇口与冒口的模具一同埋入干砂中，在振动频率为50 60Hz、振幅为1 2mm、加速度为1 2g参数范围内进行振实， 负压真空度为0. 02 0. 04Mpa;其中，铸渗法铸造过程为 铸渗法是表面改性与铸件成型同时进行的一种表面改性技 术，表面改性材料是陶瓷颗粒复合层，将复合层的各种配料 混合均匀，并放置于为复合层设计的模具中捣实与刮平，烘 干后粘贴在锤头泡沫塑料模两侧，接着涂敷耐火涂料，50°C 烘烤温度烘干；高硼铸钢钢液的浇注温度为1470°C 1520 °C，浇注时高温钢液在负压作用下渗透于陶瓷颗粒复合层 中，形成了锤头两侧的磨损面上3 10mm的陶瓷颗粒复合层。
本发明具有以下优点①锤头的母体材料高硼铸钢硬质 相硼化物的显微硬度高(1400 1600HV)，且孤立分布，而 高硼铸钢基体组织经淬火、回火后全部转变成强度高塑性好 的回火马氏体，以致锤头在使用中不易磨损和断裂；②锤头 的复合层厚度3 10mm，由陶瓷材料等组成，均匀分布于高 硼铸钢母体的工作面上，并形成冶金结合，耐磨性与高铬白 口铸铁相比可提高1 2倍，这是因为母体材料对陶瓷颗粒的 "支撑效应"和陶瓷颗粒对母体的"阴影效应"共同作用 的结果；③采用消失模铸造与铸渗法铸造两者结合的成型铸 造方法，冶金结合程度好；④当锤头的复合层磨损后，锤头 还可继续使用，延长了锤头使用寿命，降低了使用成本。
具体实施例方式
实例l:该锤头由母体的表层上覆合复合层组成，母体 材料为高硼铸钢，其化学成分的质量分数如下CO. 21%、B1.4%、 Sil. 1%、 MnO. 91%、 CuO. 85%、 Crl.2%、 TiO. 085 %、 V0. 14%、 NO. 074%、 REO. 21%、 SO. 032%、 PO. 041%、 Fe93. 74%;复合层为陶瓷颗粒复合层，其成份的体积分数为 40目WC20X、 60目铬铁粉10%、 PVA粘结剂4X、硼砂2 %、 Eps微珠640/。。
本发明的铸造方法是消失模铸造与铸渗法铸造相结合 的成型铸造方法，采用负压将高温钢液渗透于复合层中并形 成冶金结合；其中，高硼铸钢预处理过程为将普通废钢、
格铁、硅铁、铜板在中频感应炉内混合加热熔化，钢液熔清 后加入锰铁和硼铁，调整成分，成分合格后将温度升高到
1570°C，加入占钢液质量O. 15%的铝进行脱氧，浇注包内预 先加入占钢液质量0.30%的稀土、 0.20%的钒铁、0. 10%的 钛铁、0. 10%的氮化铬铁，其粒度小于8mm，采用包内冲入 法对脱氧后的钢液进行微合金化处理，静置2 3分钟后将 钢液浇入消失模中形成锤头产品；热处理采用箱式电阻炉加 热，加热至1000。C高温奥氏体化后保温2小时，水冷方式快 速冷却，随后在180。C保温4小时后空冷至室温；其中，消 失模铸造过程为用聚苯乙烯(Eps)泡沬塑料制成锤头消 失模，其泡沫塑料模比锤头实际尺寸在两侧的磨损面各少 3mm厚度，该3mm厚度留作粘贴陶瓷颗粒复合层，在泡沫塑 料模两侧粘贴上陶瓷颗粒复合层后，再涂敷耐火涂料烘干； 在泡沬塑料模上还要粘贴浇口与冒口 ，并将贴好浇口与冒口 的模具一同埋入干砂中，在振动频率50Hz、振幅为lmm、加 速度为lg参数范围内进行振实，负压真空度为0. 02Mpa;其 中，铸渗法铸造过程为铸渗法是表面改性与铸件成型同时 进行的一种表面改性技术，表面改性材料是陶瓷颗粒复合层，将复合层的各种配料混合均匀，并放置于为复合层设计 的模具中捣实与刮平，烘干后粘贴在锤头泡沬塑料模两侧， 接着涂敷耐火涂料，50。C烘烤温度烘干；高硼铸钢钢液的浇
注温度为1470°C，浇注时高温钢液在负压作用下渗透于陶瓷 颗粒复合层中，形成了锤头两侧的磨损面上3mm的陶瓷颗粒 复合层。
实例2:该锤头由母体的表层上覆合复合层组成，母体 材料为高硼铸钢，其化学成分的质量分数如下CO. 29%、 Bl. 85%、Sil. 25%、Mnl. 13%、Cul. 15%、CrO. 97%、TiO. 087 %、 VO. 11%、 NO. 064%、 REO. 19%、 SO. 042%、 PO. 047%、 Fe92.82%;复合层为陶瓷颗粒复合层，其成份的体积分数为 40目WC30X、 60目铬铁粉15%、 PVA粘结剂5. 5%、硼砂 2.5%、 Eps微珠47。/0。
本发明的铸造方法是消失模铸造与铸渗法铸造相结合 的成型铸造方法，采用负压将高温钢液渗透于复合层中并形 成冶金结合；其中，高硼铸钢熔炼、热处理等过程为将普 通废钢、铬铁、硅铁、铜板在中频感应炉内混合加热熔化， 钢液熔清后加入锰铁和硼铁，调整成分，成分合格后将温度 升高到1600。C，加入占钢液质量0.25%的铝进行脱氧。浇 注包内预先加入占钢液质量0. 30%的稀土、 0. 20%的钒铁、 0. 10%的钛铁、0. 10%的氮化铬铁，其粒度小于8誦，采用 包内冲入法对脱氧后的钢液进行微合金化处理，静置2 3 分钟后将钢液浇入消失模中形成锤头产品；热处理采用箱式 电阻炉加热，加热至1000。C高温奥氏体化后保温2小时，水 冷方式快速冷却，随后在180。C保温4小时后空冷至室温；其 中，消失模铸造过程为用聚苯乙烯(Eps)泡沫塑料制成锤头消失模，其泡沫塑料模比锤头实际尺寸在两侧的磨损面
各少6mm厚度，该6mm厚度留作粘贴陶瓷颗粒复合层，在泡 沫塑料模两侧粘贴上陶瓷颗粒复合层后，再涂敷耐火涂料烘 干；在泡沬塑料模上还要粘贴浇口与冒口，并将贴好浇口与 冒口的模样一同埋入干砂中，在振动频率55Hz、振幅为 1.5腿、加速度为1.5g参数范围内进行振实，负压真空度为 0.03Mpa;其中，铸渗法铸造过程为铸渗法是表面改性与 铸件成型同时进行的一种表面改性技术，表面改性材料是陶 瓷颗粒复合层，将复合层的各种配料混合均匀，并放置于为 复合层设计的模具中捣实与刮平，烘干后粘贴在缍头泡沫塑 料模两侧，接着涂敷耐火涂料，5(TC烘烤温度烘干；高硼铸 钢钢液的浇注温度为1490°C，浇注时高温钢液在负压作用下 渗透于陶瓷颗粒复合层中，形成了锤头两侧的磨损面上6mm 的陶瓷颗粒复合层。
实例3:该锤头由母体的表层上覆合复合层组成，母体 材料为髙硼铸钢，其化学成分的质量分数如下CO. 389%、 B2. 39%、Sil.41%、Mnl. 17%、Cul. 35%、 Crl. 09%、TiO. 086 %、 V0.17%、 NO. 084%、 REO. 27%、 SO. 037%、 P0. 044%、 Fe91.51%;复合层为陶瓷颗粒复合层，其成份的体积分数为 40目WC40X、 60目铬铁粉20%、 PVA粘结剂7X、硼砂3 %、 Eps微珠300/0。
本发明的铸造方法是消失模铸造与铸渗法铸造相结合 的成型铸造方法，采用负压将高温钢液渗透于复合层中并形 成冶金结合；其中，高硼铸钢熔炼、热处理等过程为将普 通废钢、铬铁、硅铁、铜板在中频感应炉内混合加热熔化， 钢液熔清后加入锰铁和硼铁，调整成分，成分合格后将温度升高到1620。C，加入占钢液质量0.30%的铝进行脱氧，浇 注包内预先加入占钢液质量0. 30%的稀土、 0. 20%的钒铁、 0. 10%的钛铁、0. 10%的氮化铬铁，其粒度小于8mm，采用 包内冲入法对脱氧后的钢液进行微合金化处理，静置2 3 分钟后将钢液浇入消失模中形成锤头产品；热处理采用箱式 电阻炉加热，加热至1000。C高温奥氏体化后保温2小时，水 冷方式快速冷却，随后在180。C保温4小时后空冷至室温；其 中，消失模铸造过程为用聚苯乙烯(Eps)泡沫塑料制成 锤头消失模，其泡沫塑料模比锤头实际尺寸在两侧的磨损面 各少10mm厚度，该10mm厚度留作粘贴陶瓷颗粒复合层，在 泡沬塑料模两侧粘贴上陶瓷颗粒复合层后，再涂敷耐火涂料 烘干；在泡沬塑料模上还要粘贴浇口与冒口，并将贴好浇口 与冒口的模具一同埋入干砂中，在振动频率为60Hz、振幅为 2mm、加速度为2g参数范围内进行振实，负压真空度为 0.04Mpa;其中，铸渗法铸造过程为铸渗法是表面改性与 铸件成型同时进行的一种表面改性技术，表面改性材料是陶 瓷颗粒复合层，将复合层的各种配料混合均匀，并放置于为 复合层设计的模具中捣实与刮平，烘干后粘贴在锤头泡沫塑 料模两侧，接着涂敷耐火涂料，5(TC烘烤温度烘干；高硼铸 钢钢液的浇注温度为1520°C，浇注时高温钢液在负压作用下 渗透于陶瓷颗粒复合层中，形成了锤头两侧的磨损面上10mm 的陶瓷颗粒复合层。
权利要求
1、一种带陶瓷耐磨层的破碎机锤头，其特征在于该锤头由母体的表层上覆合复合层组成，母体为高硼铸钢，其化学成分的质量分数为C0.20％～0.40％、B1.0％～2.5％、Si1.0％～1.5％、S＜0.07、P＜0.08、Mn0.8％～1.2％、Cu0.8％～1.5％、Cr0.8％～1.2％、V＜0.20％、Ti＜0.10％、N＜0.10％、RE＜0.30％、Fe90.85～94.55％；复合层为陶瓷颗粒材料复合而成，其成份的体积分数为40～100目WC20％～40％、60～100目铬铁粉10％～20％、PVA粘结剂4％～7％、硼砂2％～3％、Eps微珠30～64％。
2、 根据权利要求1所述的一种带陶瓷耐磨层的破碎机锤头 的铸造方法，其特征在于该铸造方法是通过消失模铸造与铸 渗法铸造相结合的成型铸造方法，高温钢液在负压作用下渗透 于陶瓷颗粒复合层中并形成冶金结合，其中，高硼铸钢预处理 过程为将普通废钢、铬铁、硅铁、铜板在中频感应炉内混合 加热熔化，钢液熔清后加入锰铁和硼铁。然后调整成分，成分 合格后将温度升高到1570 1620°C，加入占钢液质量0. 15 0. 30%的铝进行脱氧。浇注包内预先加入占钢液质量0. 30%的 稀土、 0.20%的钒铁、0. 10%的钛铁、0. 10%的氮化铬铁，其 粒度小于8mm，采用包内冲入法对脱氧后的钢液进行微合金化处 理，静置2 3分钟后将钢液浇入消失模中形成锤头产品；热处 理采用箱式电阻炉加热，加热至1000。C高温奥氏体化后保温2 小时，水冷方式快速冷却，随后在180。C保温4小时后空冷至室 温；其中，消失模铸造过程为用聚苯乙烯(Eps)泡沫塑料 制成锤头消失模，其泡沫塑料模比锤头实际尺寸在两侧的磨损面各少3 10mrn厚度，该3 10mm厚度留作粘贴陶瓷颗粒复合 层，在泡沫塑料模两侧粘贴上陶瓷颗粒复合层后，再涂敷耐火 涂料烘干；在泡沫塑料模上还要粘贴浇口与冒口，并将贴好浇 口与冒口的模样一同埋入干砂中，在振动频率为50 60Hz、振 幅为1 2腿、加速度为1 2g参数范围内进行振实，负压真空 度为0. 02 0. 04Mpa;其中，铸渗法铸造过程为铸渗法是表面 改性与铸件成型同时进行的一种表面改性技术，表面改性材料 是陶瓷颗粒复合层，将复合层的各种配料混合均匀，并放置于 为复合层设计的模具中捣实与刮平，烘干后粘贴在锤头泡沫塑 料模两侧，接着涂敷耐火涂料，50。C烘烤温度烘干；高硼铸钢 钢液的浇注温度为1470。C 1520。C，浇注时高温钢液在负压作 用下渗透于陶瓷颗粒复合层中，形成了锤头两侧的磨损面上3 10mm的陶瓷颗粒复合层。
全文摘要
本发明公开了一种带陶瓷耐磨层的破碎机锤头及其铸造方法，锤头采用高硼铸钢为母体，陶瓷颗粒复合层为锤头表层，通过消失模铸造与铸渗法铸造相结合的成型铸造方法制作锤头，高温钢液作为母体渗透于陶瓷颗粒复合层中并形成冶金结合，生产的锤头产品强度和韧性好、硬度和耐磨性高。
文档编号B22D23/00GK101314145SQ200810122589
公开日2008年12月3日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者卓荣明, 杨大春 申请人:淮阴工学院