[发明专利]一种破碎机镶齿锤头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种破碎机镶齿锤头及其制备方法，属于高技术工程材料及其应用领域。

背景技术

锤式破碎机是水泥、陶瓷、矿山、电力等行业广泛应用的破碎机械。由于锤头主要与矿石接触，它不仅承受矿石的摩擦磨损，而且还会承受较大的冲击载荷，因此它成了破碎机的最易磨损件。据有关资料统计，每年因破碎机锤头造成的直接经济损失达上千万元，与此同时，因设备损坏、停机、停产而造成间接经济损失更大。

为了提高破碎机锤头的耐磨性，国内外学者进行了大量的研究：一个方法是整体提高破碎机锤头材料的耐磨性能，利用强度、硬度和韧性更高的钢材，如高硼铸铁、高铬铸铁、超高锰钢等。但是由于受到钢材自身机械性能的局限，锤头使用寿命提高幅度有限。另一个方法是研制复合锤头，如锤柄处使用有一定强度硬度，同时兼顾韧性的中低碳钢或合金钢，而锤头的端部，则使用强度、硬度、耐磨性均较高的金属或陶瓷，通过不同的方法将两种与锤头基体(锤基)复合，以满足锤头不同部位不同的要求，如镀膜、焊接、镶铸、包覆铸造和复合铸造等。

其中，镀膜是在锤基表面镀制一层高硬耐磨涂层，提高锤头的耐磨性和服役能力，但由于锤头工作条件苛刻，薄膜厚度有限，使用受到限制。焊接法在复合锤头的制备中，主要是将高硬耐磨金属或者陶瓷件焊接在抗磨性能要求高的部位，以期提高锤头的服役能力，而其他部位则是一般材料。这种方法的难点是异种材料的焊接，需要针对具体的材料匹配探索具体的焊接工艺。目前的焊接质量难以稳定，使用中时有开焊脱落现象，应用前景并不乐观。

镶铸法是将设计合理的抗磨镶件分散开来，预制成一定形状的框架多孔结构，经过预热后置入铸造型腔，随后浇入另一种金属液(称为基体)，将抗磨镶件牢固地镶嵌于其中，在高温作用下实现抗磨镶件与基体金属之间的良好结合。这种镶铸方法中，抗磨镶件在铸造上相当于内冷铁。镶铸法制备双金属复合材料是靠外层材料浇入时带入的过热热量来获得界面结合的，其关键参数是外层材料与芯材之间的体积比(称为镶铸比)，只有在合理的镶铸比条件下，才可能获得良好的界面结合。

包覆铸造法与镶铸类似，不同的是锤头柄部为预制件，而端部抗磨材料为液态，通过浇注抗磨材料实现端部对柄部的包覆连接。这种方法得到的整个锤头由锤柄和端部两部分组成，两者通过浇注过程结合为一个整体，属于液/固复合的范畴，但其镶件并不把基体完全包覆。包覆复合铸造法所制备的锤头的应用受到材料热处理工艺匹配性的限制，一旦两种材料的热物理性能差距显著，在成形和热处理环节复合界面或整体就可能出现裂纹。所以，这种方法的前景并不乐观。

双液铸造复合法也叫双金属复合铸造工艺。它属于液/液复合的范畴，在轧辊/管件生产中早有应用。这种复合方法的成败关键在于两种金属的界面熔合优劣和接合强度的高低。总体上看，破碎机锤头属于小型零件，零件越小，双液复合的工艺控制难度越大。所以，双液复合法在锤头生产中并不易发挥优势。

使用分散镶铸的方法可以获得良好的接触界面并起到节约材料、提高寿命的作用，代表了双金属复合锤头一个重要发展方向。在相同镶铸比前提下，合理的抗磨体形状、尺寸和数量设计及其布局是提高破碎机锤头寿命的关键。

另一方面，WC、TiN或TiC基金属陶瓷等作为新型工程材料，其高硬度和高耐磨性受到了研究人员的广泛关注，在机械加工刀具、模具以及地质钻具、耐磨件等耐磨材料领域得到广泛使用。如球齿钻头在地质勘探工程中即得到了大量应用，若能有效地复合到破碎机锤头的锤基上，将也能大幅度提高破碎机锤头的性能。

发明内容

本发明提出一种破碎机镶齿锤头及其制备方法。本发明提出的新型破碎机锤头，由球齿和锤头基体(锤基)两部分组成，并经高温镶铸而成。其球齿为新型高硬高强复合金属陶瓷，锤基为硬度和强度高、有良好韧性的中低碳钢或合金钢。其球齿为带球冠的圆柱体，镶嵌于锤头基体前端，圆柱体埋在钢体内，球冠露在钢体外，且球齿与球齿之间有10～30mm的距离。其高硬高强复合金属陶瓷材料球齿，抗冲击韧性和耐磨性强。由于锤头工作面凸出的球齿首先与物料接触，提高了抗磨体的利用效率，能充分利用球齿高硬高强高耐磨的优点，且因为采用间歇式结构，复合金属陶瓷材料使用量减少，有利于减少金属陶瓷的使用量并降低生产成本。本发明的另一个目的是解决传统镶铸复合界面结合力不够而产生剥落的问题，以提高破碎机的服役性能，减少设备失效而提高工作效率。