李茂林

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230000）

3 錘頭雙金屬復(fù)合鑄造的質(zhì)量控制

3.1 鑲鑄-機(jī)械復(fù)合鑄造

1）鑄造的錘柄

鑲鑄- 機(jī)械復(fù)合鑄造的錘柄采用35、45 鑄鋼及低碳合金鋼，結(jié)合部位鏤空并作成適當(dāng)?shù)腻F度及反燕尾型，以保證結(jié)合強(qiáng)度。錘柄采用消失模鑄造，表面光滑復(fù)合性能好。普通鑄造的錘柄，必須打模光滑，澆注高鉻鑄鐵前，錘柄要預(yù)熱到200 ℃以上，以便良好復(fù)合。部分錘柄的形狀如圖9.

2）復(fù)合錘頭的化學(xué)成分設(shè)計(jì)（與雙液雙金屬相同）

化學(xué)成分設(shè)計(jì)范圍如表4.

3）錘頭的磨損部位

機(jī)械復(fù)合鑄造錘頭的磨損部位采用Cr15 或Cr18 高鉻鑄鐵。錘柄起內(nèi)冷鐵作用，并有效的降低高鉻鑄鐵加入量，提高出品率，降低成本（圖10）.

鑲鑄-機(jī)械復(fù)合鑄造的錘頭，適合50 kg 以下的各類錘頭，使用壽命是高錳鋼的3 倍以上，生產(chǎn)方法比較簡單，效率高，成本較低。許多單位在生產(chǎn)。但工藝操作要細(xì)心，避免使用中脫落及開裂[5，11]。

表4 復(fù)合錘頭化學(xué)成分設(shè)計(jì)范圍（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

圖10 鑲鑄復(fù)合錘頭

3.2 雙液雙金屬復(fù)合鑄造的質(zhì)量控制

3.2.1 雙液雙金屬復(fù)合鑄造基本原理

雙液雙金屬復(fù)合鑄造是采用兩個(gè)爐體，分別熔煉合金鋼及耐磨高鉻鑄鐵，鑄型開設(shè)兩套澆注系統(tǒng)，分別定量先澆入合金鋼，后澆耐磨高鉻鑄鐵，并加保溫冒口補(bǔ)縮為保證結(jié)合面為冶金結(jié)合，要控制好澆注溫度，結(jié)合面大的要加入防氧化劑。兩種材料的化學(xué)成分如表5.

3.2.2 金屬雙液復(fù)合鑄造

金屬雙液復(fù)合鑄造示意圖如圖11.

圖11 復(fù)合鑄造工藝圖

這種工藝在上世紀(jì)90年代，由沈陽鑄造所的科技人員在山東臨沂與山東臨沂市特鋼廠首先研制成功，近年來臨沂旭龍，圣龍，天闊等廠進(jìn)一步發(fā)展，目前在河南，河北，浙江，黑龍江等地多有生產(chǎn)。中小錘頭使用可靠，使用壽命是高錳鋼的三倍以上；120 kg 以上的大錘頭，要根據(jù)使用的工況條件合理使用，才能保證使用安全可靠。

3.2.3 雙液雙金屬復(fù)合鑄造實(shí)際工藝質(zhì)量控制

雙液雙金屬復(fù)合鑄造實(shí)際生產(chǎn)工藝在基本原理的基礎(chǔ)上，已經(jīng)發(fā)展有多種形式，圖12 為一個(gè)廠的生產(chǎn)工藝； 圖13 為雙液雙金屬復(fù)合鑄造錘頭產(chǎn)品。

圖12 生產(chǎn)工藝

圖13 復(fù)合大錘頭及熟料錘頭

3.2.4 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

化學(xué)成分嚴(yán)格按照表4 執(zhí)行。

3.2.5 錘柄合金鋼熔煉工藝1）爐底加入爐料2%的熟石灰及0.04%的瑩石，前期脫磷，加入瑩石稀釋爐渣；

2）加料順序：先加廢鋼，鉻鐵中、后期分批加入；作為沉淀脫氧劑高碳錳鐵出鋼前10 min 加入；硅鐵出鋼前7 min 加入；

3）在鋼熔清后深插鋁0.15%預(yù)脫氧，用硅鈣終脫氧，另0.05%鋁放在澆包中；出鋼溫度1620 ℃～1650 ℃；

4）鋼包用慢火烘烤到700 ℃左右；鈦鐵、稀土和硼等破碎成3 mm～5 mm 小塊，用廢紙包好放在澆包中，加入量分別為0.25%～0.30%，沖入法熔入鋼水中；澆注溫度1520 ℃～1580 ℃.

3.2.6 錘頭高鉻鑄鐵熔煉工藝

1）按照設(shè)計(jì)成分認(rèn)真配料；主要元素的相對(duì)收得率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：C：95%，Cr：90%～95%，Mn：70%～85%，廢鋼、鐵合金都要準(zhǔn)確秤重。

2）裝料熔化前要認(rèn)真檢查爐襯使用情況，發(fā)現(xiàn)爐襯損傷、缺陷應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，然后再裝料熔化，損傷、缺陷嚴(yán)重應(yīng)停止裝料，更換爐襯。

3）裝料順序一般為大塊物料應(yīng)該裝在靠近爐子坩堝壁，小塊爐料裝在爐底和中間；爐底可先加入少量碎玻璃再加回爐澆冒口等小塊料，大塊爐料的空隙必須用小塊爐料充填。爐料裝的緊密，則熔化快，耗電量少。裝料時(shí)必須停電操作，以免發(fā)生人身事故。

4）爐料應(yīng)無銹、無油污；鉻鐵應(yīng)中后期分批加入，錳鐵在出水前7 min～10 min 加入；硅鐵在出水前4 min～6 min 加入；稀土等微量元素變質(zhì)劑放在包內(nèi)，采用沖入法。

5）隨著爐料的不斷熔化，應(yīng)及時(shí)搗料，防止?fàn)t料搭接及液面結(jié)殼，一旦液面結(jié)殼，可將爐體傾斜一定角度，用已經(jīng)熔化的鐵水將 表層結(jié)殼熔化。

6）全部熔化后取樣化驗(yàn)C，Cr ；根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果調(diào)整成分，鐵水出爐溫度為1520 ℃～1560 ℃，澆注溫度為1430 ℃～1460 ℃.

7）澆注時(shí)要保持鐵水溫度，做好擋渣、引氣等工作。

3.2.7 雙液雙金屬復(fù)合錘頭熱處理工藝1）均化預(yù)處理

（1）升溫速度：從150 ℃開始以80 ℃/h～100 ℃/h的升溫速度，升到680℃保溫1h～2h，然后以120 ℃/h～150 ℃/h 的速度升溫（或隨爐升溫）到980 ℃±10 ℃；

（2）均化預(yù)處理溫度：在980 ℃±10 ℃保溫3 h～4 h，按鑄件厚度每25 mm 保溫1 h 計(jì)算，根據(jù)裝爐情況適當(dāng)延長保溫時(shí)間；

（3）出爐：爐內(nèi)冷至600 ℃，出爐空冷。

2）淬火熱處理

（1）升溫速度：從150 ℃開始以每小時(shí)80 ℃～100 ℃的升溫速度，升到680 ℃保溫1 h～2 h，然后以每小時(shí)120 ℃～150 ℃的速度升溫（或隨爐升溫）到1020 ℃；

（2）淬火溫度：在1030 ℃±10 ℃，0 ℃保溫3 h～4 h，按鑄件厚度每25 mm 保溫1 h 計(jì)算，根據(jù)裝爐情況適當(dāng)延長保溫時(shí)間；

（3）淬火介質(zhì)：采用噴霧風(fēng)冷，噴霧1 min～2 min，風(fēng)冷18 min～20 min，鑄件200 ℃以下停風(fēng)，裝爐立即回火；

（4）采用軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量：2萬m3/h；風(fēng)壓：＞300kPa；轉(zhuǎn)速：2940 r/min；功率：2.5/3.0 kW。

3）回火熱處理

（1）當(dāng)淬火硬度HRC＞62 時(shí)，采取溫度280 ℃～300 ℃保溫4 h～5 h 空冷回火；當(dāng)淬火硬度HRC＜62時(shí)，采取溫度480 ℃～520 ℃保溫4 h～5 h 空冷回火；

（2）低溫回火組織為回火馬氏體加碳化物及殘余奧氏體，高溫度回火可使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，提高硬度和韌性。

（3）各階段低溫升溫速度一定要緩慢，避免鑄件開裂；淬火溫度范圍980 ℃～1030 ℃，實(shí)踐中根據(jù)化學(xué)成分及鑄件厚度確定。

3.2.8 雙液復(fù)合質(zhì)量差使用不當(dāng)破碎的錘頭

雙金屬錘頭在河北禹州靈威使用的斷裂情況見圖14.

據(jù)操作工人說：錘頭能用2～3 個(gè)月，但經(jīng)常出現(xiàn)斷的、爛塊的現(xiàn)象。

圖14 錘頭斷裂情況

雙液雙金屬復(fù)合鑄造錘頭，生產(chǎn)中要嚴(yán)格按照操作工藝執(zhí)行，確保產(chǎn)品質(zhì)量；

該錘頭在中小錘頭使用可靠，使用壽命是高錳鋼的3 倍以上；但對(duì)于120 kg 以上大錘頭，由于破碎的物料大，沖擊力大高鉻鑄鐵易掉塊剝落斷裂。如果破碎的物料塊度適宜，水分較大，黏土含量較多，采用雙液雙金屬復(fù)合鑄造錘頭，使用效果好。

需要供銷人員深入礦山了解礦石的具體情況在確定提供那種錘頭。

4 其他生產(chǎn)方法的破碎機(jī)錘頭

4.1 錘頭磨損部位堆焊耐磨合金

國內(nèi)錘頭多采用高錳鋼（ZGMn13Cr2）或超高錳鋼（ZGMn18Cr2）鑄造。在新錘頭端面和側(cè)面（打擊面）先堆焊3 mm～5 mm 的高合金耐磨堆焊材料，如TM55 焊條或MD501 耐磨堆焊藥芯焊絲，提高使用壽命30%-100%。對(duì)已經(jīng)磨損的高錳鋼錘頭一般采用高錳鋼類耐磨堆焊材料或耐磨堆焊焊條及相應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行堆焊[5]。

前些年有的單位在錘頭磨損部位堆焊高耐磨合金。對(duì)于破碎中小粒徑礦石效果明顯，對(duì)于破碎大塊硬質(zhì)物料，易將堆焊部分打掉，使用效果不明顯。近年很少應(yīng)用。

同時(shí)堆焊是否牢固，耐磨性能是否優(yōu)異，與焊接工藝及采用的焊料都有很大關(guān)系。

4.2 離心復(fù)合鑄造錘頭

1）主要特點(diǎn)：

（1）先離心定量澆注高鉻鑄鐵錘頭部分，再離心定量澆注合金鋼錘柄部分；

（2）兩個(gè)爐體在軌道上可以來回移動(dòng)；

（3）澆注壓頭高，可強(qiáng)力補(bǔ)縮；

（4）離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)生產(chǎn)振動(dòng)，對(duì)細(xì)化晶粒有利。

2）生產(chǎn)設(shè)備及部分產(chǎn)品

離心復(fù)合鑄造錘頭目前已經(jīng)小批量生產(chǎn)，值得關(guān)注。圖15 為其生產(chǎn)設(shè)備及部分產(chǎn)品。

圖15 離心復(fù)合鑄造錘頭設(shè)備及產(chǎn)品

離心復(fù)合鑄造錘頭目前在試生產(chǎn)中，工藝在完善，在中小錘頭已經(jīng)效果明顯，期待有進(jìn)一步發(fā)展。

4.3 低碳合金耐磨鋼的大錘頭

2005年由北京科技大學(xué)材料學(xué)院趙愛民教授研制的低碳低合金耐磨鋼的大型錘頭[10]。出口美國用于粉碎廢舊汽車，單個(gè)錘頭重212 kg，厚度120 mm，長度約600 mm.

1）化學(xué)成分設(shè)計(jì)

化學(xué)成分設(shè)計(jì)如表5.

表5 低碳合金耐磨鋼的大錘頭化學(xué)成分設(shè)計(jì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2）砂型鑄造工藝如圖16.

圖16 低碳低合金耐磨鋼錘頭砂型鑄造工藝圖

3）效果分析

低合金耐磨鋼經(jīng)淬火＋回火熱處理后，其組織為馬氏體或馬氏體/下貝氏體的復(fù)相組織。錘頭工作部位具有高的硬度HRC＞48、足夠的沖擊韌性ak＞40 J/cm2和較好的延伸率δ＞8%以及抗拉強(qiáng)度σb＞1500 MPa，耐磨性是普通高錳鋼的1.55 倍以上[10]。

低合金耐磨鋼的合金加入量較少，經(jīng)濟(jì)合算；采用特殊的水玻璃淬火液，安全實(shí)用易于推廣和應(yīng)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

近年來有些單位在生產(chǎn)低碳低合金鋼120 kg的大錘頭，但推廣力度不大，其安全可靠性不如高錳鋼。

4.4 組合式錘頭

國外組合式錘頭錘柄采用高韌性合金鋼，使用安全可靠，錘頭為高鉻鑄鐵或高合金耐磨材料，用耐磨螺栓固定。錘頭磨損后可以更換。安裝更換方便。前些年多有報(bào)道。但國內(nèi)很少采用。

國內(nèi)三合一組合錘頭，錘柄為鑄造合金鋼，錘頭為高鉻鑄鐵，中間楔塊上堆焊硬質(zhì)合金，用螺栓固定，成為三合一組合錘頭。錘頭與錘柄的連接方式更為合理。許多新型的細(xì)碎機(jī)，反機(jī)錘式破碎機(jī)都在采用。整套錘頭使用壽命可大幅提高。

多年來生產(chǎn)實(shí)踐證明三合一組合錘頭使用安全可靠，使用壽命成數(shù)倍增長，類似結(jié)構(gòu)的組合錘頭，許多單位在生產(chǎn)，在使用，有廣闊的發(fā)展空間。

5 結(jié) 語

1）根據(jù)錘頭的使用工況條件，進(jìn)行磨損失效分析，是合理選擇錘頭的耐磨材料和正確選擇錘頭的生產(chǎn)方法的前提。

2）125 kg 以上大錘頭由于受沖擊力大以沖擊鑿削磨損為主，應(yīng)該選擇高錳鋼生產(chǎn)，以韌性好，安全可靠，同時(shí)能夠充分發(fā)揮加工硬化性能，耐磨性能好。但是一定要嚴(yán)格按生產(chǎn)工藝執(zhí)行。化學(xué)成分碳w（Mn）/w（C）要大于10；含磷（P）量要小于0.045%；加入2.0%左右的鉻，提高屈服強(qiáng)度，加入釩，鈦稀土硼等孕育劑變質(zhì)劑，細(xì)化晶粒，提高耐磨性。

熱處理由于加入一些合金元素，淬火溫度有提高到1080 ℃～1100 ℃，鑄型工藝根據(jù)自身生產(chǎn)條件選擇合適的工藝。

3）砂型鑄造及V 法鑄造采用保溫發(fā)熱冒口放在錘頭頂部，底部及磨損部位周圍放成型外冷鐵的生產(chǎn)工藝，既有利于補(bǔ)縮，又細(xì)化磨損部位的晶粒，提高耐磨性。值得廣范應(yīng)用。

4）錘頭磨損部位堆焊高耐磨合金。對(duì)于破碎中小粒徑礦石效果明顯，對(duì)于破碎大塊硬質(zhì)物料，易將堆焊部分打掉，使用效果不明顯。工藝比較簡單，但每個(gè)錘頭磨損面都要進(jìn)行堆焊，焊后要及時(shí)回火，消除焊接應(yīng)力，操作比較復(fù)雜。

同時(shí)堆焊是否牢固，耐磨性能是否優(yōu)異，與焊接工藝及采用的焊料都有很大關(guān)系；又與使用的工況條件有關(guān)，近年很少應(yīng)用。

5）錘頭磨損部位鑄滲金屬陶瓷新工藝，該工藝可大幅度提高磨損部位的耐磨性能；由于金屬陶瓷價(jià)格較低，可節(jié)約合金費(fèi)用，是今后耐磨材料發(fā)展的一個(gè)方向。目前在研發(fā)試用階段，今后還有許多工作要做。期待發(fā)展越快越好。

6）高錳鋼或合金鋼鑲鑄硬質(zhì)合金柱的工藝，合金柱的加入相當(dāng)植入內(nèi)冷鐵，細(xì)化晶粒，特別是合金柱是磨損部位的硬質(zhì)點(diǎn)大大提高耐磨性，使用壽命會(huì)大幅度提高。使用安全可靠，許多單位在生產(chǎn)，125 kg 大錘頭都在采用，該工藝有一定發(fā)展空間。

7）消失模生產(chǎn)錘頭生產(chǎn)效率高，外觀質(zhì)量好，但存在表面增碳，易產(chǎn)生夾渣等弊端，為確保內(nèi)在質(zhì)量好要采取相應(yīng)工藝措施，如先燒后澆，加合金柱，加內(nèi)冷鐵等。許多企業(yè)采取相應(yīng)措施已確保內(nèi)在質(zhì)量完好，今后會(huì)有進(jìn)一步發(fā)展。

8）采用V 法生產(chǎn)大錘頭效率高，外觀質(zhì)量好，澆冒口設(shè)計(jì)可與砂型鑄造相同，為解決干砂冷卻慢的問題，可采用加合金柱等內(nèi)冷鐵；采用加入孕育劑變質(zhì)劑方法細(xì)化晶粒；采用懸浮鑄造等方法均化細(xì)化晶粒，進(jìn)一步提高耐磨性能。是一種有發(fā)展前途的生產(chǎn)方法。

9）鑲鑄-機(jī)械復(fù)合鑄造的錘頭，適合50 kg以下的各類錘頭，使用壽命是高錳鋼的3 倍以上，生產(chǎn)方法比較簡單，效率高，成本較低。但工藝操作要細(xì)心，錘柄要采用中，低碳合金鋼，與錘頭結(jié)合部分要打磨光滑，澆鑄高鉻耐磨鑄鐵前要充分預(yù)熱，以便結(jié)合良好，避免使用中脫落及開裂。

10）雙液雙金屬復(fù)合鑄造錘頭，在中小錘頭使用可靠，使用壽命是高錳鋼的3 倍以上；但對(duì)于120 kg以上大錘頭，高鉻鑄鐵易剝落，掉塊，斷裂。如果破碎的物料塊度適宜，水分較大，黏土含量較多，采用雙液雙金屬復(fù)合鑄造錘頭，使用效果好。使用單位要根據(jù)自己破碎礦石的具體工況條件選擇合適的錘頭。

11）離心復(fù)合鑄造錘頭目前在試生產(chǎn)中。

12）低碳低合金鋼120 kg 的大錘頭，近年來有些單位在生產(chǎn)，使用合金量少，成本較低，但其安全可靠性不如高錳鋼。

13）生產(chǎn)實(shí)踐證明三合一組合錘頭使用安全可靠，使用壽命成倍增長。

6 建 議

1）10 kg 以下細(xì)碎機(jī)小錘頭可以采用合金鋼或低碳高韌型高鉻鑄鐵，用各種方法整體鑄造都可以。

2）10 kg～50 kg 中碎機(jī)中小錘頭采用鑲鑄-機(jī)械復(fù)合鑄造，雙液雙金屬復(fù)合鑄造均可以；50 kg～120 kg采用雙液雙金屬復(fù)合鑄造錘頭，一定要根據(jù)礦石的工況條件是合理選擇錘頭鑄造工藝。

3）120 kg 以上大錘頭建議選擇高錳鋼鑲鑄硬質(zhì)合金柱生產(chǎn)的錘頭。錘頭磨損部位鑄滲金屬陶瓷新工藝的發(fā)展，是大錘頭選用的一個(gè)重要方向，也是今后耐磨材料發(fā)展的一個(gè)方向。

（續(xù)完）

[1]于興敏.新型干法水泥實(shí)用技術(shù)全書[M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：653.

[2]磨損失效分析案例編委會(huì).磨損失效分析案例匯集[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985：76.

[3]周立剛.化學(xué)成分對(duì)大型高錳鋼錘頭組織和性能的影響[G］//2008全國耐磨材料暨水泥礦山應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)論文集.

[4]李茂林. 大型錘式破碎機(jī)錳鋼大錘頭生產(chǎn)制造現(xiàn)狀淺析[G］//第三屆水泥耐磨會(huì)論文集.

[5]吳振卿，盧廣璽，湯文伯.高鉻鑄鐵-鑄鋼雙金屬復(fù)合錘頭的研制[J］.鑄造設(shè)備研究，2000（5）：18-19.

[6]王起，程紅曉，王祥東，等.高鉻鐵-鑄鋼錘頭的鑲鑄[J］.鑄造設(shè)備研究，2004（2）：18-21.

[7]吳振卿，宮紅亮，高華，等.高鉻鑄鐵堆焊錘柄雙金屬復(fù)合錘頭的開發(fā)研究[J］.鑄造設(shè)備與工藝，2013（2）：2-9.

[8]陳光輝.耐磨材料應(yīng)用手冊(cè)[M］.第2 版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：620，639.

[9]鄭開宏.新型陶瓷-金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[M］.2011.

[10]李茂林.我國用消失模生產(chǎn)耐磨鑄件評(píng)介[G］//第三屆耐磨鑄件年會(huì)論文集，2012：53.

[11]李茂林.我國用V 法生產(chǎn)耐磨鑄件評(píng)介[G］//第三屆耐磨鑄件年會(huì)論文集，2012：42.

[12]李茂林.破碎機(jī)錘頭耐磨材料選擇和生產(chǎn)工藝探討[G］//第十一屆全國耐磨材料論文集，2006：346.

[13]趙愛民.低合金耐磨鋼大型錘頭的研制[G］//鞍山耐磨會(huì)議，2005.