吳振卿，宮紅亮，高 華，徐紹娟，張 嚴(yán)，肖 靖，尹維召

（鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

目前錘式破碎機在電廠，煤礦等單位具有廣泛的應(yīng)用，由于錘式破碎機破碎的物理硬度和強度都不是太高，在破碎過程中受到的沖擊力不是很大，普通的高錳鋼錘頭不能通過加工硬化來提高錘頭的硬度和耐磨性，而雙金屬復(fù)合錘頭是比較理想的，錘柄采用韌性較好的鑄鋼材料，錘端采用耐磨性較好的高鉻鑄鐵材料，采用鑲鑄法澆注而成，使錘頭滿足耐磨性，然而鑄鋼的熔點較高，與錘端復(fù)合時難以達(dá)到冶金結(jié)合，容易出現(xiàn)錘頭松動、脫落的現(xiàn)象[1]。另外錘端附近的錘柄的耐磨性較低，承受的彎曲沖擊力較大，實際使用過程中極易出現(xiàn)磨損甚至斷裂，導(dǎo)致錘頭損壞，嚴(yán)重時可能造成生產(chǎn)事故?；谝陨蠈嶋H問題，本文采用先在錘柄表面堆焊一層熔點較低且與錘端材料接近的高鉻鑄鐵材料，然后再進(jìn)行鑲鑄的工藝，這樣既可以提高錘柄的耐磨性，又可以提高復(fù)合界面的結(jié)合力，從而提高錘頭的使用壽命，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 材料的選擇

錘端部分的材料要求有很高的耐磨性，使用的工況沖擊力不是很大，采用高鉻鑄鐵即能滿足要求，經(jīng)熱處理后，其硬度達(dá)到60HRC以上，且具有一定的沖擊韌性。其化學(xué)成分如表1所示。

表1 高鉻鑄鐵的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

錘柄主要承受物料在破碎過程中產(chǎn)生的彎曲沖擊力，易出現(xiàn)疲勞斷裂現(xiàn)象，同時，在破碎過程中部分物料也會撞擊到錘柄部位，雖然數(shù)量不是很多，但長時間的磨損，尤其是靠近錘端的錘柄，磨損更為嚴(yán)重，導(dǎo)致錘柄過早的磨損損壞，甚至斷裂。基于以上考慮，錘柄采用韌性較好的ZG270-500，其化學(xué)成分如表2所示。

表2 ZG270-500 的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

錘端是高鉻鑄鐵材料，堆焊焊條要與錘端的成分接近，堆焊層組織為近共晶高鉻鑄鐵組織的高鉻鑄鐵焊條，近共晶高鉻鑄鐵堆焊層熔點比鑄鋼的熔點低，有利于錘柄與錘端復(fù)合部位有充分的冶金結(jié)合。

2 實驗方法

2.1 焊接工藝

首先將錘柄打磨清理，去除表面的氧化皮油污等雜質(zhì)。焊條直徑為4.0mm，焊前把焊條加熱保溫，加熱溫度為300℃，保溫時間為2h，焊接電流為130A～150A，焊接速度為7m/h～9m/h[2].

2.2 堆焊錘柄與錘端的鑲鑄

將堆焊后的錘柄預(yù)先固定在砂型中，采用型內(nèi)感應(yīng)加熱，將錘柄加熱到300℃左右，然后澆鑄高鉻鑄鐵錘端，接著將鑄件進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為：950℃保溫4h，出爐空冷至室溫，然后再250℃保溫2h，出爐空冷回火處理。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 顯微組織分析

采用線切割的方法在復(fù)合界面處切割金相試樣，錘柄堆焊層和錘端均為亞共晶高鉻鑄鐵，二者達(dá)到了完全的冶金結(jié)合，錘頭經(jīng)過熱處理，促進(jìn)了原子的擴散，使得界面呈現(xiàn)犬牙交錯狀組織，如圖1所示，達(dá)到了良好的冶金結(jié)合。組織為M7C3型碳化物+M回+彌散分布的二次碳化物+A’.

堆焊后的錘柄金相組織如圖2所示，焊縫組織為亞共晶高鉻鑄鐵成分，組織接近共晶組織，由共晶組織、黑色馬氏體和彌散分布的碳化物組成，這種組織耐磨性良好，而且氫敏感性小，熔合效果較好。

圖1 復(fù)合層金相組織

圖2 堆焊層顯微組織

3.2 熱處理后錘柄堆焊層硬度測定

截取試樣，采用HR-1500A洛氏硬度實驗機測定洛氏硬度，堆焊錘柄堆焊層硬度見表3.

表3 堆焊層硬度

3.3 磨損試驗

制作錘柄堆焊前后的試樣，并進(jìn)行對比。使用自制的磨損試驗機[3]，將試樣用夾具夾好，以煤矸石作為磨料，磨損24h后測磨損損失重量。

表4 磨損試驗結(jié)果

耐磨系數(shù)E＝標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損量/堆焊試樣磨損量，其中標(biāo)準(zhǔn)試樣為ZG270-500，堆焊層試樣耐磨系數(shù)E 約為21，即其耐磨性為普通ZG270-500的21倍。

3.4 雙金屬復(fù)合錘頭實際使用效果

采用該工藝生產(chǎn)的雙金屬復(fù)合錘頭在某工廠進(jìn)行石灰石破碎，破碎機轉(zhuǎn)速為750r/min，功率為130kW，使用破碎服役時間是高錳鋼錘頭的四倍多，是普通雙金屬復(fù)合錘頭的兩倍多。

4 結(jié) 論

1）錘端與錘柄復(fù)合部位達(dá)到了良好的冶金結(jié)合，相比原來高熔點的鋼基體，預(yù)熱溫度降低300℃，從而可以節(jié)省資源，改善工作環(huán)境。

2）通過對錘柄表面進(jìn)行堆焊，熱處理后錘柄表面硬度達(dá)到60HRC左右，其耐磨性比原來提高了20倍。延長了使用時間，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

[1]吳振卿，王贊斌，侯成東，等.高鉻鑄鐵－低合金鋼雙金屬復(fù)合錘頭的研制[J］.礦山機械，2009（21）：60-62.

[2]劉超平.抗沖擊耐磨堆焊焊條的研制[J］.焊接設(shè)備與材料，2002（1）：45-46.

[3]王贊斌.合金材料在低應(yīng)力劃傷條件下磨損性能研究[D］.河南：鄭州大學(xué)，2010.