一種雙金屬雙液復(fù)合錘頭的制備方法
【專利摘要】一種雙金屬雙液復(fù)合錘頭的制備方法步驟如下：1）復(fù)合錘頭鑄型采用石英砂，水玻璃，二氧化碳硬化，表面涂刷快干涂料；2）分別熔煉高鉻鑄鐵和低碳合金鋼，均用鋁線脫氧；3）先澆注低碳合金鋼液，多余鋼液流入集液坑，停止?jié)沧⒑辖痄撲撘海?）當(dāng)鑄型中低碳合金鋼液溫度降到1500~1530℃時(shí)，通過上層直澆道澆注高鉻鑄鐵液，澆注溫度1400~1420℃；5）當(dāng)澆注完高鉻鑄鐵液后，界面區(qū)域保溫，保持時(shí)間1~5分鐘；6）鑄件凝固冷卻即可得到復(fù)合錘頭；7）退火；淬火；回火，空冷。本發(fā)明復(fù)合錘頭的高鉻鑄鐵硬度可達(dá)HRC62以上，沖擊韌性αk≥7J/cm2，低碳合金鋼部分抗拉強(qiáng)度σb≥1200MPa，αku≥50J/cm2。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于礦山、建材、冶金等領(lǐng)域沖擊磨損工況所用錘頭的制備方 法。 一種雙金屬雙液復(fù)合錘頭的制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 錘頭是錘式破碎機(jī)的關(guān)鍵部件，消耗量極大，國內(nèi)年需求量約15萬噸，錘頭磨損 區(qū)域材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性和一定的韌性，而非磨損區(qū)域在使用過程中承受交變彎 曲應(yīng)力和沖擊應(yīng)力，要求具有高的強(qiáng)韌性，因此采用雙金屬復(fù)合工藝兼顧錘頭使用區(qū)域的 耐磨性和非磨損區(qū)域的強(qiáng)韌性，但雙金屬復(fù)合界面實(shí)現(xiàn)完全冶金結(jié)合是獲得高質(zhì)量復(fù)合錘 頭的關(guān)鍵。如界面結(jié)合不好，會(huì)出現(xiàn)錘頭高鉻鑄鐵部分脫落，不但錘頭使用壽命低，而且會(huì) 損壞整臺(tái)設(shè)備。往往在復(fù)合錘頭的制備過程中，為獲得良好的冶金結(jié)合，常采用較高的澆注 溫度，但常會(huì)導(dǎo)致高鉻鑄鐵液和合金鋼液混液，高鉻鑄鐵區(qū)域硬度低、不耐磨，而合金鋼區(qū) 域韌性低、易斷裂。澆注溫度過低，則界面結(jié)合不好，因此復(fù)合錘頭現(xiàn)行制備方法一般穩(wěn)定 性較差。
[0003] CN102872941A公開了在鑄型型腔中的錘頭和錘柄之間用燕尾形隔板，然后同時(shí)澆 注兩種不同的金屬，冷卻后制成復(fù)合錘頭。該發(fā)明在于隔板難以實(shí)現(xiàn)完全熔解，影響錘頭和 錘柄界面的冶金結(jié)合，再者隔板表面的水汽等污染物難以完全清除，其易與金屬液反應(yīng)，在 界面形成熔渣，也會(huì)影響界面結(jié)合，因此，該發(fā)明的穩(wěn)定性差。
[0004] CN101607304A公開了在錘柄兩側(cè)復(fù)合高鉻鑄鐵材質(zhì)，方法采用介質(zhì)隔板，先澆注 高鉻鑄鐵，澆注溫度135(Tl40(TC，15?35秒后，澆注碳素鋼，澆注溫度145(Tl530°C，凝固后 清砂而制得復(fù)合錘頭，該發(fā)明存在的問題與CN102872941A類似，由于隔板的存在兩種金屬 難以形成冶金結(jié)合。
[0005] CN102873308A公開了采用消失模真空鑄造方法制備復(fù)合錘頭，首先采用消失模的 方法，復(fù)合錘頭中會(huì)殘存未燒損的泡沫殘余物，錘頭在使用過程中承受沖擊載荷，復(fù)合錘頭 中的殘留物會(huì)成為裂紋源而出現(xiàn)錘頭斷裂現(xiàn)象；再者該發(fā)明專利沒有采取是界面冶金結(jié)合 的方法。
[0006] 上述所有方法制備的復(fù)合錘頭均不能保證雙金屬界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有復(fù)合錘頭制備方法的不足，本發(fā)明的目的是提供一種界面冶金結(jié)合及強(qiáng) 韌耐磨的雙金屬復(fù)合錘頭的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的雙金屬雙液復(fù)合錘頭制備方法步驟如下： 1. 復(fù)合錘頭鑄型采用石英砂，粘結(jié)劑水玻璃，二氧化碳硬化，表面涂刷鋯英粉醇基快干 涂料； 2. 分別用中頻爐熔煉高鉻鑄鐵和低碳合金鋼，均用鋁線脫氧； 3. 先通過下層直澆道澆注低碳合金鋼液，當(dāng)鋼水升到余液溢出口時(shí)，多余鋼液流入 集液坑，停止?jié)沧⒑辖痄撲撘海徊捎眉嚎舆€可以收集鋼液表面由于澆注產(chǎn)生的二次氧化 渣； 4. 當(dāng)鑄型中低碳合金鋼液溫度降到150(Tl530°C時(shí)，通過上層直澆道澆注高鉻鑄鐵 液，澆注溫度140(Γ1420? ; 5. 當(dāng)澆注完高鉻鑄鐵液后，界面區(qū)域保溫，保持時(shí)間1~5分鐘； 6. 鑄件凝固冷卻即可得到復(fù)合錘頭； 7. 復(fù)合錘頭熱處理：退火：95(Tl000°C保溫，隨爐冷卻到500°C出爐空冷；淬火： 95(Tl050°C，保溫后出爐空冷到室溫；回火 ：45(T500°C溫度、空冷。
[0009] 本發(fā)明所述的高鉻鑄鐵為Crl5型、Cr20型或Cr25型。
[0010] 低碳合金鋼的成分及質(zhì)量百分比為：C: 0. 28%，Cr: 1. 0%，Si : 0. 8%，Μη: 0. 8%， Mo: 1. 0%，Α1: 0· 025%，Ρ 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，余量為 Fe。
[0011] 復(fù)合錘頭的磨損區(qū)域材質(zhì)選用高鉻鑄鐵Crl5型、Cr20型或Cr25型，其Cr和C的 配比符合共晶成分要求，使錘頭熱處理后磨損區(qū)域具有高耐磨性的同時(shí)，有具有強(qiáng)韌性。如 選用亞共晶，則奧氏體粗大，熱處理后殘余奧氏體多，錘頭易產(chǎn)生剝落失效，而且碳化物含 量少，不利于耐磨性提高；如采用過共晶高鉻鑄鐵，則產(chǎn)生出大的過共晶M 7C3型碳化物，脆 性大，耐磨性不高。為進(jìn)一步提高耐磨性可添加 Mo,重量百分比< 1.5%。 復(fù)合錘頭非磨損區(qū)域，即安裝區(qū)域，采用低碳合金鋼。該區(qū)域?qū)?qiáng)度和韌性要求高，因 此C選擇0. 25、. 35%，從降低成本方面考慮，合金元素 Si、Mn、Cr、Ni合金總量< 5%，但從 材料冶金質(zhì)量考慮Si含量不得小于0. 4%，Μη含量不得小于0. 4%，余量為Fe。
[0012] 錘頭服役工況嚴(yán)酷，工作區(qū)域承受巨大的沖擊載荷，因此復(fù)合錘頭界面結(jié)合的好 壞直接影響到錘頭使用的安全性，若界面結(jié)合不好，比如不能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，在使用過程 中復(fù)合錘頭易在界面處發(fā)生斷裂而損壞設(shè)備。因此，本發(fā)明雙金屬液澆注后，在高鉻鑄鐵 液-低合金鋼液界面區(qū)域采取保溫措施，降低區(qū)域冷卻速度，有利于界面處金屬原子擴(kuò)散， 實(shí)現(xiàn)界面穩(wěn)定冶金結(jié)合。保溫方式可采用在界面區(qū)域相應(yīng)的鑄型材料用保溫材料，或在界 面區(qū)域外加感應(yīng)裝置加熱保溫。
[0013] 由于復(fù)合錘頭澆注溫度較高，高鉻鑄鐵和低碳合金鋼成分、組織均勻，晶粒粗大， 因此采用退火工藝是高鉻鑄鐵和低碳合金鋼成分、組織均勻化，為淬火創(chuàng)造好的組織條件。 退火工藝 ：95(n〇0(TC保溫，隨爐冷卻到500°C出爐空冷。由于復(fù)合錘頭兩部分在淬火過程 中組織差距大，易產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力，因此，淬火采用空冷以減少復(fù)合錘頭殘余應(yīng)力，淬火 工藝 ：95(Tl050°C，保溫后出爐空冷到室溫。采用45(T500°C溫度回火、空冷，可以使高鉻鑄 鐵部分在淬火未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，低碳合金鋼部分獲得球狀珠光體，具有 高的強(qiáng)韌性。熱處理后高鉻鑄鐵部分硬度未加 Mo可達(dá)HRC60以上，加1%左右的Mo,硬度可 達(dá)HRC62以上，沖擊韌性a k彡7J/cm2,低碳合金鋼部分抗拉強(qiáng)度σ b彡1200MPa，a ku彡50 J/cm2。
[0014] 復(fù)合錘頭熱處理過程中，當(dāng)爐溫低于650°C時(shí)升溫速度< 50°C /h，650°C保溫至少 1小時(shí)；當(dāng)爐溫大于650°C時(shí)升溫速度< 80°C /h。退火、淬火、回火保溫時(shí)間按每20mm鑄件 厚度保溫1小時(shí)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1澆注高鉻鑄鐵液后的界面未保溫的掃描照片； 圖2澆注高鉻鑄鐵液后的界面保溫的掃描照片。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1 復(fù)合錘頭的高鉻鑄鐵為Crl5型，成分及質(zhì)量百分比為：C:3.6%，Cr:15%，Si:0.6%， Μη:0· 6%，Mo: 1. 0%，Α1:0· 025%，P 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，余量為 Fe。
[0017] 低碳合金鋼成分及質(zhì)量百分比為：C:0. 28%，Cr :1. 0%，Si :0. 8%，Μη :0. 8%，Mo :1. 0%， Α1:0· 025%，Ρ 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，余量為 Fe。
[0018] 鑄型制備用砂采用7(Γ140目石英砂，含泥量< 0. 5% ;粘結(jié)劑用水玻璃，加入量5% ; 用二氧化碳硬化；表面涂刷鋯英粉快干涂料。
[0019] 按高鉻鑄鐵和低碳合金鋼成分要求分別在兩個(gè)中頻感應(yīng)電爐中熔煉，用鋁線脫 氧，將高鉻鑄鐵液和低碳合金鋼液分別倒入兩個(gè)澆包中。
[0020] 先澆注低碳合金鋼，當(dāng)溫度降到1525°C時(shí)，通過上層直澆道澆注高鉻鑄鐵液，澆注 溫度1405°C。當(dāng)澆注完高鉻鑄鐵液后，界面區(qū)域保溫，保持時(shí)間2分鐘。
[0021] 復(fù)合錘頭退火溫度990°C，保溫6小時(shí)，隨爐冷卻到500°C出爐空冷；淬火溫度 955°C，保溫6小時(shí)后出爐空冷到室溫；回火溫度490°C，保溫6小時(shí)，出爐、空冷。
[0022] 取樣做拉伸實(shí)驗(yàn)，界面在試樣中間區(qū)域。經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)，試樣斷裂在高鉻鑄鐵一 偵L高鉻鑄鐵硬度HRC62. 5,沖擊韌性a k為7. 8 J/cm2 ;低碳合金鋼抗拉強(qiáng)度σ 1300MPa， a ku 為 80 J/cm2。
[0023] 本實(shí)施例制備的雙金屬復(fù)合錘頭在破碎石灰石時(shí)，平均壽命為高錳鋼的3. 5倍。
[0024] 實(shí)施例2 復(fù)合錘頭的高鉻鑄鐵為Cr20型，成分及質(zhì)量百分比為：C:3.2%，Cr:20%，Si:0.6%， Μη:0· 6%，Mo: 1· 0%，A1:0· 025%，P 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，余量為 Fe。
[0025] 低碳合金鋼同實(shí)施例1。
[0026] 鑄型制備用砂采用7(Γ140目石英砂，含泥量< 0. 5% ;粘結(jié)劑用水玻璃，加入量5% ; 用二氧化碳硬化；表面涂刷鋯英粉快干涂料。
[0027] 按高鉻鑄鐵和低碳合金鋼成分要求分別在兩個(gè)中頻感應(yīng)電爐中熔煉，用鋁線脫 氧，將高鉻鑄鐵液和低碳合金鋼液分別倒入兩個(gè)澆包中。
[0028] 先澆注低碳合金鋼，當(dāng)溫度降到1525°C時(shí)，通過上層直澆道澆注高鉻鑄鐵液，澆注 溫度14KTC。當(dāng)澆注完高鉻鑄鐵液后，界面區(qū)域保溫，保持時(shí)間2. 5分鐘。
[0029] 復(fù)合錘頭退火溫度990°C保溫，保溫6小時(shí)，隨爐冷卻到500°C出爐空冷；淬火溫度 955°C，保溫6小時(shí)后出爐空冷到室溫；回火溫度490°C，保溫6小時(shí)，出爐、空冷。
[0030] 取樣做拉伸實(shí)驗(yàn)，界面在試樣中間區(qū)域。經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)，試樣斷裂在高鉻鑄鐵一 偵L高鉻鑄鐵硬度HRC62. 9,沖擊韌性a k為7. 5 J/cm2 ;低碳合金鋼抗拉強(qiáng)度σ 1280MPa， a ku 為 78 J/cm2。
[0031] 本實(shí)施例制備的雙金屬復(fù)合錘頭在破碎石灰石時(shí)，平均壽命為高錳鋼的3. 5倍。
[0032] 實(shí)施例3 復(fù)合錘頭的高鉻鑄鐵為Cr25型，成分及質(zhì)量百分比為：C :3. 0%，Cr :25%，Si :0. 6%，Μη : 0· 6%，Mo :1. 0%，A1 :0· 025%，P 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，余量為 Fe。
[0033] 低碳合金鋼同實(shí)施例1。
[0034] 鑄型制備用砂采用7(Γ140目石英砂，含泥量< 0. 5% ;粘結(jié)劑用水玻璃，加入量5% ; 用二氧化碳硬化；表面涂刷鋯英粉快干涂料。
[0035] 按高鉻鑄鐵和低碳合金鋼成分要求分別在兩個(gè)中頻感應(yīng)電爐中熔煉，用鋁線脫 氧，將高鉻鑄鐵液和低碳合金鋼液分別倒入兩個(gè)澆包中。
[0036] 先澆注低碳合金鋼，當(dāng)溫度降到1525°C時(shí)，通過上層直澆道澆注高鉻 鑄鐵液，澆注溫度1415°C。當(dāng)澆注完高鉻鑄鐵液后，界面區(qū)域保溫，保持時(shí)間3分鐘。
[0037] 復(fù)合錘頭退火溫度990°C保溫，保溫6小時(shí)，隨爐冷卻到500°C出爐空冷；淬火溫度 1020°C，保溫6小時(shí)后出爐空冷到室溫；回火溫度490°C，保溫6小時(shí)，出爐、空冷。
[0038] 取樣做拉伸實(shí)驗(yàn)，界面在試樣中間區(qū)域。經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)，試樣斷裂在高鉻鑄鐵一 偵L高鉻鑄鐵硬度HRC62. 3,沖擊韌性a k為7. 8 J/cm2 ;低碳合金鋼抗拉強(qiáng)度σ ,為1250MPa， a ku 為 75 J/cm2。
[0039] 本實(shí)施例制備的雙金屬復(fù)合錘頭在破碎石灰石時(shí)，平均壽命為高錳鋼的4倍。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙金屬雙液復(fù)合錘頭的制備方法，其特征在于步驟如下： 1) 復(fù)合錘頭鑄型采用石英砂，粘結(jié)劑水玻璃，二氧化碳硬化，表面涂刷鋯英粉醇基快干 涂料； 2) 分別用中頻爐熔煉高鉻鑄鐵和低碳合金鋼，均用鋁線脫氧； 3) 先通過下層直澆道澆注低碳合金鋼液，當(dāng)鋼水升到余液溢出口時(shí)，多余鋼液流入集 液坑，停止?jié)沧⒑辖痄撲撘海? 4) 當(dāng)鑄型中低碳合金鋼液溫度降到150(Tl530°C時(shí)，通過上層直澆道澆注高鉻鑄鐵液， 澆注溫度140(Tl420°C ; 5) 當(dāng)澆注完高鉻鑄鐵液后，界面區(qū)域保溫，保持時(shí)間1~5分鐘； 6) 鑄件凝固冷卻即可得到復(fù)合錘頭； 7) 復(fù)合錘頭熱處理：退火：95(Tl000°C保溫，隨爐冷卻到500°C出爐空冷；淬火： 95(Tl050°C，保溫后出爐空冷到室溫；回火 ：45(T500°C溫度、空冷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬雙液復(fù)合錘頭的制備方法，其特征在于所述的高鉻鑄 鐵為Crl5型、Cr20型或Cr25型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬雙液復(fù)合錘頭的制備方法，其特征在于所述的低碳合 金鋼的成分及質(zhì)量百分比為：C:0. 28%，Cr: 1. 0%，Si:0. 8%，Μη:0. 8%，Mo: 1. 0%，A1:0. 025%， P 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，余量為 Fe。
【文檔編號(hào)】C21D6/00GK104057066SQ201410285268
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】鄭開宏, 王海艷, 王娟, 宋東福, 王秀連, 徐靜 申請(qǐng)人:廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)