專利名稱：一種耐磨錘頭的加工方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄鋼錘頭的加工方法，尤其涉及一種梯度變化性能的多元低合金 化大型耐磨鑄鋼錘頭的加工方法，屬于用于大型錘式破碎機上的耐磨錘頭的生產技術領 域。
背景技術：
錘頭是大型錘式破碎機的關鍵部件，廣泛用于水泥、礦山、交通、建材、電廠、冶金 等破碎行業，是一種易損件，每年因磨損而耗費大量的金屬材料，破碎機錘頭的耐磨性能及 其使用安全性是評價錘頭使用性能的重要指標。隨著破碎機械行業的發展，越來越多的問 題接踵而出，如破碎領域的擴大、破碎設備大型化等對耐磨錘頭的材料及其加工方法都提 出了更高的要求。對于大型錘頭而言，一般要求錘頭的打擊部位具有高硬度和一定的韌性、 而安裝部位具有高韌性和一定的硬度。目前廣泛使用的破碎機大型錘頭主要有高錳鋼系 列、二種材質的復合錘頭系列等。高錳鋼系列包括ZGMn13、ZGMnl8、ZGMn25和各種高錳鋼堆 焊錘頭，復合錘頭系列主要是碳鋼(或低合金鋼、高錳鋼等)與高鉻鑄鐵或硬質合金之間的 見合。普通高錳鋼錘頭在強沖擊條件下使用時，可產生加工硬化現象，從而獲得良好的 耐磨性能。為了進一步提高其耐磨性能，開發了超高錳鋼系列錘頭，如ZGMnlS、ZGMn25等， 但高錳鋼系列錘頭韌性好而初始硬度低，特別是在沖擊硬化不足條件下使用時，材料耐磨 性能低，錘頭壽命普遍不高。為解決以上問題，在此基礎上，又開發了高錳鋼堆焊錘頭，提高 錘頭打擊部位的高硬度，但該類錘頭當堆焊層磨損后，材料的耐磨性能迅速下降；復合錘頭 系列由于復合工藝原因，錘頭二種材質冶金結合不好，使用過程中易發生斷裂現象，從而嚴 重影響設備使用的安全性，此外，該類錘頭的鑄造工藝及熱處理工藝較復雜。因此，如何設計一種錘頭，既使錘頭的打擊部位具有高硬度和一定的韌性，滿足錘 頭的耐磨性能要求、又使錘頭的安裝部位具有高韌性和一定的硬度，保證錘頭的使用安全 性，是本發明所要解決的課題。
發明內容
針對上述需求，本發明提供了一種在高、低沖擊條件下，耐磨性能和使用安全性均 優良的具有梯度變化性能的多元低合金化大型耐磨鑄鋼錘頭。本發明提供了一種耐磨錘頭的加工方法，主要包括下列步驟合金熔煉、變質處 理、鑄造工藝、熱處理工藝，所述鑄造工藝采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案。在本發明一較佳實施例中，澆鑄溫度為1480°C -1560°C。在本發明一較佳實施例中，澆注后期三分之一鋼水從冒口澆入。采用本發明加工方法生產的大型錘頭的硬度和韌性等性能呈梯度變化，滿足了大 型錘頭的打擊部位具有高硬度和一定的韌性，保證其高耐磨性；同時錘頭的安裝部位具有 高韌性和一定的硬度，從打擊部位到安裝部位具有過渡連接部位，使錘頭各部位性能呈梯度變化，從而保證使用過程中不出現斷裂現象、保證錘頭的使用安全性，并大幅度提高其使 用壽命。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1為本發明實施例的錘頭的示意圖；圖2為本發明多元低合金化耐磨鑄鋼錘頭的預備熱處理和淬火處理工藝曲線；圖3為本發明錘頭局部中頻回火部位示意圖；圖4為本發明實施例的錘頭梯度性能變化示意圖；圖中，1是安裝部位，2是打擊部位，3是過渡部位。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發明的技術方案，并使本發明的上述目 的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合實施例及實施例附圖對本發明作進一步詳細 的說明。如圖1所示，圖1為本發明實施例的錘頭的示意圖，本發明實施例中，錘頭主要分 為三個部分，包括安裝部位1、打擊部位2和過度部位3，安裝部位上設置有安裝孔，用于將 錘頭安裝于諸如破碎機等的破碎設備上，圖中，打擊部位2主要用于擊打礦石或其它硬物， 過度部位3介于安裝部位1和打擊部位2之間，本處的錘頭由多元低合金鋼鑄造而成。化學成分是決定合金性能的關鍵因素，制作大型低合金耐磨鑄鋼錘頭首先必須進 行合理的成分設計，以保證具有足夠的淬透性，使錘頭獲得最佳組織狀態和滿意的使用壽 命和安全性，并根據我國的資源條件選用經濟合算、成本較低的合金元素進行合金化，獲得 良好的經濟效益。本發明所設計的耐磨錘頭的化學組成成分及其重量百分數為C 0. 30-0. 50%, Si 0. 3-1. 2%, Mn 0. 5-1. 5%, Cr 1. 5-3. 5%, Ni 0. 3-1. 5%, Mo 0. 3-1. 5%, V 0. 05-0. 30%, S < 0. 05%, P < 0. 05%，余量為 Fe。另外，本發明所述的加工方法主要包括三個步驟1、合金熔煉和變質處理，2、鋼水 的鑄造，3、熱處理工藝，其中，熱處理工藝進一步包括預備熱處理、淬火處理、中頻局部回 火、低溫回火處理。1、合金熔煉和變質處理首先，按照錘頭的化學成分要求進行合金配料，然后在中頻感應電爐進行合金熔 煉，將熔化的合金經鋼水脫氧扒渣后，再加入釩鐵進行變質處理，釩鐵用鐵皮包好，壓入爐 底，當鋼水溫度達到1580-1620°C時，出爐鑄造。當然，需要說明的是，采用中頻感應電弧爐， 同樣可以達到合金熔煉的效果。2、鋼水的鑄造錘頭采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案，澆鑄溫度控制在1480°C -1560以及， 另外，澆注后期三分之一的鋼水通過冒口澆入。本處平坐立澆、頂冒口的澆鑄方案屬于本領 域的公知常識，本領域技術人員完全可以理解實施該方案的步驟以及控制參數，在此申請 人不作詳細描述。3、熱處理工藝
1)預備熱處理以一定加熱速度將鑄件加熱到合適溫度保溫，消除或減少鑄件的 化學成分偏析及組織的不均勻性并細化晶粒。2)淬火處理在井式電阻爐中按加熱規范進行錘頭的加熱和保溫，淬火介質為水 玻璃的水溶液。淬火分為錘頭整體淬火和錘頭局部二次淬火。3)中頻局部回火在中頻感應加熱爐對錘頭局部進行高溫回火處理。4)低溫回火處理在箱式電阻爐中對錘頭進行整體低溫回火處理。實施例1首先，按以下成分和配比進行配料=C 0. 30%, Si 0. 3%, Mn 0. 5%, Cr 1. 5%, Ni 0. 3%, Mo 0. 3%, V :0. 05%, S :0. 02%, P :0. 01%，余量為 Fe。然后，在中頻感應電爐 或中頻感應電弧爐進行合金熔煉，將熔化的合金經鋼水脫氧扒渣后，再加入釩鐵進行變質 處理，釩鐵的加入量為0. 05%，出鋼前5分鐘加入為宜，釩鐵可以用鐵皮包好，壓入爐底，當 鋼水溫度達到1580°C時，出爐鑄造。其次，對錘頭進行鑄造，錘頭的鑄造方案采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案，當澆 注鋼水還剩三分之一時，通過冒口澆入鋼水，其中，溫度控制在1480°C。最后，對錘頭進行熱處理工藝，具體為(1)預備熱處理以一定加熱速度將鑄件加熱到合適溫度保溫，消除或減少鑄件 的化學成分偏析及組織的不均勻性并細化晶粒。所謂一定加速度具體指，中間保溫溫度 為550°C，保溫時間為2小時，最終加熱溫度為800°C，保溫時間為3小時，加熱速度控制在 300C /h，如圖2所示。(2)淬火處理在井式電阻爐中按加熱規范(見圖2)進行錘頭的加熱和保溫，其 中，淬火介質為水玻璃的水溶液，先對鑄件進行整體淬火，再對錘頭打擊部位進行二次淬 火。其中，對錘頭整體淬火處理時，入水時間為2分鐘，錘頭表面出水溫度小于200°C，以及 其中，對錘頭打擊部位二次淬火處理時，入水部位為錘頭高度的1/4，入水時間為5秒，錘頭 表面出水溫度小于200°C。本發明實施例中，水玻璃水溶液的配比為50%水、45%水玻璃、 5%添加劑，使用時要求控制淬火介質的溫度不超過70°C。(3)中頻局部回火在中頻感應加熱爐對錘頭局部，具體地說，對錘頭的安裝部 位，如圖3所示，進行高溫回火處理，先將加熱溫度控制在580°C，保溫時間為15分鐘，再停 電爐冷到250°C再出爐空冷。(4)低溫回火處理在箱式電阻爐中對錘頭進行整體低溫回火處理，其中，回火處 理的加熱溫度為200°C，保溫時間為5小時。實施例2首先，按以下成分和配比進行配料C :0. 40%，Si :0. 8%, Mn :1%, Cr 2. 5%, Ni l%,Mo :1%, V :0. 15%, S :0. 01%，P :0. 02%，余量為i^e。然后，在中頻感應電爐或中頻感 應電弧爐進行合金熔煉，將熔化的合金經鋼水脫氧扒渣后，再加入釩鐵進行變質處理，釩鐵 的加入量為0. 15 %，出鋼前6分鐘加入為宜，釩鐵可以用鐵皮包好，壓入爐底，當鋼水溫度 達到1600°C時，出爐鑄造。其次，對錘頭進行鑄造，錘頭的鑄造方案采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案，當澆 注鋼水還剩三分之一時，通過冒口澆入鋼水，其中，溫度控制在1500°C。最后，對錘頭進行熱處理工藝，具體為
(1)預備熱處理以一定加熱速度將鑄件加熱到合適溫度保溫，消除或減少鑄件 的化學成分偏析及組織的不均勻性并細化晶粒。所謂一定加速度具體指，中間保溫溫度為 650°C，保溫時間為3. 5小時，最終加熱溫度為900°C，保溫時間為5小時，加熱速度控制在 700C /h，如圖2所示。(2)淬火處理在井式電阻爐中按加熱規范(見圖2)進行錘頭的加熱和保溫，其 中，淬火介質為水玻璃的水溶液，先對鑄件進行整體淬火，再對錘頭打擊部位進行二次淬 火。其中，對錘頭整體淬火處理時，入水時間為6分鐘，錘頭表面出水溫度小于250°C，以及 其中，對錘頭打擊部位二次淬火處理時，入水部位為錘頭高度的1/3，入水時間為515秒，錘 頭表面出水溫度小于250°C。本發明實施例中，水玻璃水溶液的配比為50%水、45%水玻 璃、5%添加劑，使用時要求控制淬火介質的溫度不超過70°C。(3)中頻局部回火在中頻感應加熱爐對錘頭局部，具體地說，對錘頭的安裝部 位，如圖3所示，進行高溫回火處理，先將加熱溫度控制在650°C，保溫時間為130分鐘，再停 電爐冷到300°C再出爐空冷。(4)低溫回火處理在箱式電阻爐中對錘頭進行整體低溫回火處理，其中，回火處 理的加熱溫度為300°C，保溫時間為8小時。實施例3首先，按以下成分和配比進行配料=C :0. 50%, Si :1. 2%, Mn 1. 5%, Cr 3. 5%, Ni 1. 5%, Mo 1. 5%, V 0. 30%, S :0. 04%, P :0. 04%，余量為佝。然后，在中頻感應電爐 或中頻感應電弧爐進行合金熔煉，將熔化的合金經鋼水脫氧扒渣后，再加入釩鐵進行變質 處理，釩鐵的加入量為0. 30%，出鋼前8分鐘加入為宜，釩鐵可以用鐵皮包好，壓入爐底，當 鋼水溫度達到1620°C時，出爐鑄造。其次，對錘頭進行鑄造，錘頭的鑄造方案采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案，當澆 注鋼水還剩三分之一時，通過冒口澆入鋼水，其中，溫度控制在1560°C。最后，對錘頭進行熱處理工藝，具體為(1)預備熱處理以一定加熱速度將鑄件加熱到合適溫度保溫，消除或減少鑄件 的化學成分偏析及組織的不均勻性并細化晶粒。所謂一定加速度具體指，中間保溫溫度為 750°C，保溫時間為5小時，最終加熱溫度為980°C，保溫時間為10小時，加熱速度控制在 1200C /h，如圖2所示。(2)淬火處理在井式電阻爐中按加熱規范(見圖2)進行錘頭的加熱和保溫，其 中，淬火介質為水玻璃的水溶液，先對鑄件進行整體淬火，再對錘頭打擊部位進行二次淬 火。其中，對錘頭整體淬火處理時，入水時間為8分鐘，錘頭表面出水溫度小于300°C，以及 其中，對錘頭打擊部位二次淬火處理時，入水部位為錘頭高度的1/2，入水時間為25秒，錘 頭表面出水溫度小于300°C。本發明實施例中，水玻璃水溶液的配比為50%水、45%水玻 璃、5%添加劑，使用時要求控制淬火介質的溫度不超過70°C。(3)中頻局部回火在中頻感應加熱爐對錘頭局部，具體地說，對錘頭的安裝部 位，如圖3所示，進行高溫回火處理，先將加熱溫度控制在780°C，保溫時間為60分鐘，再停 電爐冷到500°C再出爐空冷。(4)低溫回火處理在箱式電阻爐中對錘頭進行整體低溫回火處理，其中，回火處 理的加熱溫度為350°C，保溫時間為12小時。
利用本發明制備的具有梯度變化性能的多元低合金化大型耐磨鑄鋼錘頭與高錳 鋼系列錘頭比較具有下列優點(1)在沖擊不足或磨料硬度不高的條件下，由于該錘頭初 始硬度高或高硬度區域大，錘頭的耐磨性能比高錳鋼系列錘頭的可提高80%以上；(2)在 強沖擊或磨料硬的條件下，由于該錘頭的性能呈梯度變化，保證使用過程中不出現斷裂現 象、提高了錘頭的使用安全性；此外，該錘頭的初始硬度高或高硬度區域大，錘頭的耐磨性 能比高錳鋼系列錘頭的可提高50%以上。因此，該錘頭具有使用安全性高、耐磨性能優良和 使用范圍廣的優點。本發明揭示的耐磨錘頭的硬度和韌性等性能呈梯度變化，請參閱圖4，滿足了大型 錘頭的打擊部位具有高硬度和一定的韌性，保證其高耐磨性；同時錘頭的安裝部位具有高 韌性和一定的硬度，從打擊部位到安裝部位具有過渡連接部分，使錘頭各部分性能呈梯度 變化，從而保證使用過程中不出現斷裂現象、保證錘頭的使用安全性，并大幅度提高其使用
壽命ο以上所述，僅為本發明的具體實施方式
。本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟 悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵 蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求所界定的保護范圍 為準。
權利要求
1.一種耐磨錘頭的加工方法，主要包括下列步驟合金熔煉、變質處理、鑄造工藝、熱 處理工藝，其特征在于所述鑄造工藝采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案。
2.如權利要求1所述的加工方法，其特征在于澆鑄溫度為1480°C-1560°C。
3.如權利要求1所述的加工方法，其特征在于澆注后期三分之一鋼水從冒口澆入。
全文摘要
一種耐磨錘頭的加工方法，主要包括下列步驟合金熔煉、變質處理、鑄造工藝、熱處理工藝，所述鑄造工藝采用平做立澆、頂冒口的鑄造方案；本發明揭示的耐磨錘頭既使錘頭的打擊部位具有高硬度和一定的韌性，滿足錘頭的耐磨性能要求、又使錘頭的安裝部位具有高韌性和一定的硬度，保證錘頭的使用安全性。
文檔編號C21D9/00GK102114531SQ20091025169
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者張福全, 舒震, 陳煥, 陳玉祥 申請人:常熟市電力耐磨合金鑄造有限公司