超高铬铸铁板锤的研制与应用

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1、１序言 大型反击式破碎机具有结构简单、破碎比大、效率高等优点，广泛应用于矿山、水泥、冶金、电力、耐火材料、玻璃及化工等行业。板锤是大型反击式破碎机关键而又易磨损的零件之一，以楔块固定式安装固定于破碎机的转子上。破碎机工作时，高速旋转的转子带动板锤以30~40m/s的线速度物料撞击破碎矿石，矿石块度＜1500mm，磨损十分严重，冲击力很大，因此要求板锤具有较高的耐磨性和抗冲击能力。 传统的高锰钢虽具有较高韧性，但耐磨性不高，磨损消耗太大。普通的高铬铸铁虽具有很高的硬度，但韧性不高，易于断裂。针对大型反击式破碎机板锤的工况条

2、件和结构特点，我们在现有普通高铬铸铁基础上，通过优化成分设计和热处理工艺，研制出具有较高综合耐磨性能的超高铬铸铁板锤，使用寿命为普通高锰钢的3倍以上。 2化学成分的设计 2.1碳含量的确定 碳是影响材料机械性能的关键元素之一，尤其对材料硬度和冲击韧性的影响最为明显。材料的硬度随着碳含量的增加而显著上升，冲击韧性则较大幅度降低。随着碳量的提高，高铬铸铁中碳化物数量增多，硬度增加，耐磨性增加但韧性下降。为获得较高的硬度并保证足够的韧性，碳含量设计为2.6~3.0%。 2.2铬含量的确定 铬是高铬铸铁中主要的合金元素，随着铬量

3、的增加，碳化物类型发生变化，碳化物形式由MC3向M7C3、M23C6过渡。在碳化物中M7C3硬度最高，显微硬度可达到HV1300~1800。随着铬固溶在基体中数量的增加，残余奥氏体量增加，硬度下降。为保证较高的耐磨性，控制Cr／C=8~10，可获得数量较多的断网状M7C3型共晶碳化物；同时为获得较高的韧性，综合考虑，铬含量设计为25~27%。 2.3钼含量的确定 钼在高铬铸铁中一部分溶入基体，提高淬透性；一部分形成MoC碳化物，提高显微硬度。钼与锰、镍、铜联合使用，对于厚壁件来说淬透性效果会更好。由于板锤较厚，考虑到钼铁

4、价格较贵，钼含量控制在0.6~1.0%。 2.4镍和铜含量的确定 镍和铜是固溶强化基体的主要元素，提高铬铸铁的淬透性和韧性。二者均是非碳化物形成元素，全部溶入奥氏体，稳定奥氏体。加入量大时，残余奥氏体量增加，硬度降低。考虑到生产成本和铜在奥氏体中溶解度有限，镍含量控制在0.4~1.0%，铜含量控制在0.6~1.0%。 2.5硅、锰含量的确定 硅、锰在高铬铸铁中是常规元素，其主要作用是脱氧脱硫。硅降低淬透性但提高Ms点；同时硅阻碍碳化物形成，有利于促进石墨化和铁素体的形成，含量过高，基体硬度下降厉害，因此将硅含量控制在0.

5、4~1.0%。锰扩大高铬铸铁奥氏体相区，固溶在奥氏体中，提高淬透性，降低马氏体转变温度。锰含量增加，残余奥氏体量增加，硬度降低，影响耐磨性，因此将锰含量控制在0.5~1.0%。 2.6其它 S．P为有害元素，在生产中一般控制在0.05%以下。RE、V、Ti等作为复合变质剂和复合孕育剂加入，细化晶粒，净化晶界，提高高铬铸铁的冲击韧性。 板锤成分设计如表1所示： 表1板锤化学成分（%） CCrMoNiCuSiMnS、P 2.6~3.025~280.6~1.00.4~1.00.6~1.00.4~1.00.5~1.0≤0.05 

6、3铸造工艺的确定 3.1造型工艺 板锤重约285kg，外形尺寸见图1。为确保板锤安装要求，板锤平面弯曲变形量≤2mm。由于板锤表面要求极高，不得有任何的凹陷或凸起，为确保铸件致密，我们采用强度高的树脂砂造型，线收缩率取2.4~2.8%，浇注系统截面比例按ΣF内:ΣF横:ΣF直=1:0.75:1.1进行设计。采用水平造型倾斜浇注，同时辅助发热保温冒口和直接外冷铁，工艺出品率控制在70~75%。 生产试制过程中，我们先后采用图2、图3、图4三种造型工艺。浇注打磨后发现，采用图2和图3工艺生产的板锤都有不同程度的表面凹陷和弯曲

7、变形，采取加大冒口的办法也不能消除表面凹陷和弯曲变形，达不到安装要求。 在总结图2和图3造型工艺试制生产经验的基础上，我们决定采用图4所示的水平造型倾斜浇注的造型工艺，浇注打磨后的板锤表面没有凹陷和弯曲变形，变形量≤2mm，满足安装要求。具体生产制作过程为：砂型水平制作合箱后，将砂型的一端抬起一定的高度，形成一定倾斜角度（实际生产中，砂型倾斜的角度一般根据铸件的外形尺寸、重量、结构特点而定，倾斜角度一般控制在8~20°。），铁水从浇口引入，先进入型腔内的铁水到达最低处，受外冷铁的激冷作用首先凝固，后引入的铁水对先引入的铁

8、水产生重压力，直到冒口浇注满铁水时达到最大值，冒口最后凝固，实现顺序凝固，从而获得组织致密、无缩孔的铸件。 3.2熔炼与变质孕育工艺 采用1000kg中频电炉（石英砂炉衬）熔炼生产，熔炼前加入石灰石+碎玻璃复合造渣剂，待大部分炉料熔化后扒渣，然后加入硅铁、锰铁脱氧，按1kg/t的量插入铝丝进行终脱氧后出炉浇注，熔炼温