這是解決關(guān)于提高錘頭耐磨性,延長(zhǎng)其使用壽命問題的較主要、較根本的方式。下面主要介紹以下這種:改性高錳鋼板錘和錘頭的研制。
錘式破碎機(jī)的關(guān)鍵部件是板錘和錘頭,其安全性、可靠性、耐磨性和使用壽命等性能,直接影響破碎機(jī)的安全生產(chǎn)、正常運(yùn)行及生產(chǎn)成本。有一個(gè)例子,曾有一個(gè)工廠所用的破碎機(jī)是PC1600×1600錘式破碎機(jī),試用過很多廠家提供的高錳鋼板錘和錘頭,但有的使用時(shí)出現(xiàn)掉塊和斷裂,有的工作表面出現(xiàn)嚴(yán)重的犁溝和流變,只能使用1到3個(gè)月。為此,該廠與一家有限公司合作,共同開發(fā)研制了一種改性高錳鋼板錘和錘頭。并經(jīng)過幾年的使用證明,這種板錘和錘頭能夠有效避免上述問題,使用壽命和抗磨損能力較以往所用的普通高錳鋼產(chǎn)品提高了一倍以上。
高錳鋼板錘和錘頭的鑄態(tài)組織是奧氏體和碳化物,經(jīng)過水韌處理后為單一的奧氏體組織,具有較高的韌性,在強(qiáng)烈的沖擊工況條件下,其表面能夠產(chǎn)生加工硬化層,從而使其具有較好的耐磨性。但因石灰石硬度較低,在中低沖擊應(yīng)力下,高錳鋼板錘和錘頭表面不能形成足夠的加工硬化層,因此其工作表面硬度不夠高,磨損較快。另外,高錳鋼在三百度以下時(shí),其內(nèi)部組織的晶界周圍會(huì)產(chǎn)生炭化物的重新析出,使比較完整致密的機(jī)體被碳化物割裂開。這樣,硬度低于碳化物的機(jī)體先被磨損,從而使碳化物凸現(xiàn)出來;而凸現(xiàn)出來的碳化物被劃傷、擊碎或脫落,又失去了對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用,使機(jī)體進(jìn)一步磨損。如此循環(huán)往復(fù),致使高錳鋼板錘和錘頭被很快磨損,使用壽命短。
高錳鋼的耐磨性主要取決于其工作表面的加工硬化能力。據(jù)此,我們?cè)谠O(shè)計(jì)改性高錳鋼板錘和錘頭的化學(xué)成分時(shí),加入了鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、釩(V)和稀土元素,以降低奧氏體的穩(wěn)定性,使其機(jī)體上形成大量微小的第二相質(zhì)點(diǎn),阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而,強(qiáng)化了基體;并且在奧氏體上彌散析出球狀炭化物,凈化晶界,改善夾雜物的形態(tài)和分布,實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)化。從而使改性高錳鋼板錘和錘頭具有高韌性、高強(qiáng)度和良好的抗磨損性能。
碳是影響鋼的各種性能的主導(dǎo)元素。在一定范圍內(nèi),碳含量增加,鋼的硬度、破壞強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和耐磨性能都增加。但當(dāng)大于1.4%時(shí),鋼的韌性就會(huì)降低,并出現(xiàn)粗大的沿晶界分布的炭化物,給消除炭化物的固溶處理帶來困難。因此應(yīng)控制碳含量在1.1~1.2%。
錳是一個(gè)較為強(qiáng)烈的晶界炭化物形成元素,由其形成穩(wěn)定的奧氏體(含量低時(shí)不能滿足奧氏體的形成條件);它又是個(gè)過熱敏感元素,隨著錳含量的增加,鋼的強(qiáng)度、耐磨性也增加。但當(dāng)錳含量大于1.4%時(shí),鋼的各種性能就不再提高,且生成錳的碳化物,易產(chǎn)生粗大的柱轉(zhuǎn)狀晶,給熱處理帶來困難,并會(huì)加大鑄造收縮,降低鋼的導(dǎo)熱性能,從而易導(dǎo)致各種鑄造缺陷。所以,宜控制錳含量在11.5%~12.5%。
硅有顯著的固溶強(qiáng)化作用,增加剛的致密性、提高耐磨性。當(dāng)硅含量〈0.3%時(shí),鋼中氧化錳含量增加,將促進(jìn)熱裂,不能保證脫氧;硅含量過高時(shí),會(huì)降低碳在其中的溶解度,促進(jìn)炭化物沿晶界析出,使韌性降低。故硅含量通??刂圃诠韬?.3~0.7%。
鉻(Cr)能顯著提高鋼的淬透性,固溶強(qiáng)化基體,促進(jìn)鐵素體的形成,降低奧氏體的穩(wěn)定性,提高加工硬化能力,鉻含量一般應(yīng)控制在鉻含量為1.8~2.2%;
鉬能夠溶入奧氏體,可大幅度提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性以及細(xì)化晶粒,還有控制回火脆性、改善沖擊韌性的作用,鉬宜控制在0.25%~0.4%;
鈦、釩和稀土元素主要用作變質(zhì)劑,可凈化晶界,細(xì)化晶粒,在奧氏體基體上彌散析出球狀炭化物,以實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)化,其含量甚微;
錳鐵中含有較高的磷,是對(duì)鋼有害的元素,它與鐵錳形成低熔點(diǎn)的磷酸鹽,含量過高時(shí),會(huì)形成磷共晶,使鑄件開裂,對(duì)沖擊韌性和耐磨性均不利,其含量應(yīng)控制在小于0.07%。
在500kg堿性爐襯中頻感應(yīng)爐中,采用不氧化法熔煉。先根據(jù)爐料、鐵合金的化學(xué)成分和吸收率進(jìn)行鋼的配料計(jì)算,然后熱爐裝料以防止帶入氣體,錳鋼隨料加入,溶化期間用大功率送電,當(dāng)鋼溶化90%時(shí),測(cè)量鋼液溫度,避免鋼液溫度過高,當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500度時(shí),取樣做爐前化學(xué)成分分析,然后根據(jù)分析結(jié)果,加入鐵合金調(diào)整所需要的各種金屬元素。在鋼液溫度達(dá)到1550度時(shí)出鋼。采取插入法在鋼包中沖鋁終脫氧,加鋁后用強(qiáng)制置入法迅速向鋼液中加入調(diào)制劑,待鋼液表面將要結(jié)膜時(shí)迅速澆注。
鑄造是影響鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié),要嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝,澆注工藝和清理工藝。我們采取定向凝固工藝澆注,澆注溫度控制在1460~1480度。因澆注溫度低,要注意澆冒口系統(tǒng)通暢,使鋼液能平穩(wěn)而暢通的快速充型和有效補(bǔ)縮,防止產(chǎn)生冷裂,改善鑄造一次結(jié)晶組織,消除柱狀晶,創(chuàng)造形成等軸晶的熱力學(xué)條件,減少晶見缺陷和偏析,提高鋼的致密性,保證鑄件具有良好的機(jī)械性能。
鑄態(tài)的板錘和錘頭比較脆,因此不能鑄態(tài)使用,必須經(jīng)過固熔處理(水韌處理)。板錘和錘頭的入爐溫度在400度以下,然后,隨著溫度的升高,分階段進(jìn)行梯形保溫,等到爐溫達(dá)到1050度時(shí)保溫20到24小時(shí),完成炭化物的分解,碳、錳等元素溶入奧氏體,并使其均勻化。等到爐溫達(dá)到1100度時(shí)打開爐門,把工件迅速放入水池淬火。淬火采用大容積水池,流動(dòng)水處理,既在水池上方讓熱水溢處。水池內(nèi)的水的溫度嚴(yán)格控制在20到40度之間。淬火完成后,取出工件空氣中自然冷卻。
改性高錳鋼板錘和破碎機(jī)錘頭在經(jīng)過變質(zhì)處理后,細(xì)化了晶粒,使其耐磨性提高,且有較好的韌性,有效的防止了在強(qiáng)烈沖擊狀況下的斷裂和掉塊問題,其表面加工硬化能力也得到提高。普通高錳鋼和改性高錳鋼板錘的使用性能對(duì)比如下表4-3。
表4-3 性能對(duì)比表
項(xiàng)目 |
使用前工作 表面硬度 |
使用后工作表 面硬度 |
破碎石灰石 (104T) |
連續(xù)使用壽命 (月) |
相對(duì)耐磨度 |
普通高 錳鋼 |
HB 229 | HB 300~450 | 8~10 | 1~3 | 1 |
改性高 錳鋼 |
HB 229 | >HB 500 | 20~25 | 6~12 | >2 |
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