[发明专利]双金属复合高韧性高硼耐磨钢锤头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨金属材料领域，尤其涉及一种双金属复合高韧性高硼耐磨钢锤头及其制备方法。

背景技术

锤式破碎机是建材、水泥、陶瓷、冶金、矿山、电力、耐火材料和化肥等行业广泛使用的破碎机械设备，而锤头是其用于破碎物料的主要部件和大宗易磨损件，消耗量很大。锤头的工作表面与物料接触，产生高应力磨损。由于被破碎物料一般是岩石、金属矿石等坚硬物体，零件的磨损是比较严重的。通过对锤头表面微观形貌分析，锤头的磨损过程属于变形和冲蚀磨损综合作用的结果。这是由于锤头表面的高速运转，锤头的运动惯性对物料进行打击和挤压破碎。在相对运动的过程中，这些物料与零件表面相互作用，不只是滑动，还有冲击、滚动、冲刷等方式。当磨料硬度超过材料硬度，磨料的棱角将刺入材料表面使材料发生塑性流动而挤压到凹坑的四周，材料变形到一定程度，磨料粒被压碎。多个颗粒与坑周围变形材料相接触，又使之变形，发生塑性流动，加工硬化程度进一步增高。当超过材料的应变疲劳极限时形成磨削脱落。

目前供应市场的锤头材料的种类很多，最常用的是高锰钢，最初是因其硬度和耐磨性都比较高，但是现在人们发现其实不然，有些场合高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，究其原因，是高锰钢要在大的冲击力的情况下才能产生高硬度的表面硬化层，而冲击力小的情况下不耐磨；还有中锰钢锤头，因其有较高的硬度和韧性，在冲击力不太大的情况下较耐用，且有磁性；超高锰钢以及改性高锰钢锤头只有在强烈撞击的场合才耐磨，有局限性；锻造低合金钢锤头硬度低，耐磨性差；高铬铸铁锤头有优良的耐磨性，但是韧性较差，易发生脆性断裂。各种材料均不能达到最理想的效果，因此寻求合理的材料,开发简单实用的工艺，在保证使用要求的前提下节省资源和能源，已成为耐磨材料领域的热点和难点。

在物料破碎生产中，对锤头的韧性和耐磨性要求都非常高。锤头整体根据工作性质不同可以划分为锤柄与锤端两部分，不同部位要求具有不同的使用性能，锤柄要求具有综合机械性能，要有一定的强度和韧性；而锤头磨损的主要部位是锤端部，因此要求锤端具有较高的耐磨性能，才能延长锤头寿命，针对所分析的锤头不同部位要求具有不同的使用性能的情况，双金属复合是解决这一问题的有效途径，为此，人们开发了各种复合锤头的制造工艺。

但现有的镶铸工艺，复合过程中要保证液固界面产生有效的冶金结合，就必须使固体表面的温度达到液相线以上，而为了同时保证工件的韧性和耐磨性能，固体部分的金属必须具有一定的比例，其比例不得大于液体部分的1/10～1/8，在镶铸锤头工艺中要达到这一比例显然是不可能的。为解决这一问题，常用的工艺方法主要有两种:一是对镶铸的固体部分浇注前进行预热，另一种是加长高温金属液对固体部分的冲刷时间。但由于浇注前的预热一般是在加热炉中进行，在合箱浇注前，将预热件取出放入到铸型中，然后合箱浇注。显然，在加热炉中加热，由于加热时间长，被加热件易氧化。另外，由于预热件从加热炉中取出到浇注，这中间的时间一般不易控制，导致复合前预热件的实际温度变化较大，无法稳定地保证复合界面的质量。而采用高温金属液对固体部分进行长时间的冲刷，加热效率低，浪费大量的高温金属，同时由于固体部分的激冷作用，在液体金属浇入铸型后靠近固体部分的液体金属立即在固体表面凝固，这层快速凝固的金属中极易出现裂纹，使用中裂纹扩散。因此采用这种工艺，在工作过程中极易出现锤端断裂和脱落掉块，不仅造成锤头本身的损坏，还可能造成重大设备及人身事故，尽管这种工艺研究较多，但真正能在生产中应用的较少。