破碎机锤头的双金属复合铸造工艺

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破碎机锤头的双金属复合铸造工艺
摘要： 双金属复合铸造是提高破碎机锤头整体性能的有效手段。文中给出了用以实现锤头双金属复合铸造并获得金属间有效结合的几种方法，分析了其优、缺点，并给出了针对现存问题可行的解决方案。
, s- M/ J0 M0 Y6 \* _8 l关键词：复合铸造；锤头；破碎机
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- |& X# v" @6 p! g! j6 ~$ \% E双金属复合铸造是根据铸件的使用要求，在其不同部位选用不同金属进行铸造的工艺方法。采用这种方法生产的铸件能够充分发挥不同金属各自的优异性能而有效弥补其不足，从而表现出优良的整体性能。耐磨锤头是破碎机的关键部件，其端部磨损程度决定出料粒度的大小，因此通常被设计成头部和柄两部分，其中头部直接与物料发生撞击，要求具有较高的硬度和耐磨性，而起连接作用的锤柄并不直接参与磨损，只需具备相应韧性和强度即可。因此锤头整体采用同一种金属进行生产非但在经济上不可取，在使用上也没有必要。生产中常采用高铬铸铁(KmTBCr26)与铸钢(ZG270—500)两种材质进行复合铸造。

' }4 V) A1 m* ~- T1 机械结合的复合铸造工艺
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这种工艺方法适用于液一固复合铸造，即事先铸造或加工出铸件的一部分，作为镶嵌块预置在型腔内，然后进行浇注。试验证实，只有当两部分金属的质量比大于8：1时，其结合面才能被融化，从而实现冶金结合。但生产中常见的锤头其头部与柄的比例一般在1：l左右，因而只能实现机械结合，一般很少采用高铬铸铁作为预置的头部进行复合。一方面因为高铬铸铁在急剧受热时具有较大的开裂倾向，另一方面是因为采用铸钢锤柄预置在型腔内，可起到内冷铁的作用，有效降低高铬铸铁的浇注量，提高工艺出品率，降低生产成本。图1为生产中广泛使用的预置锤柄，主要通过镂空的方法和适当的锥度保证结合强度。
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气孔和裂纹是生产中的常见缺陷。一般说来，锤柄使用前经除锈、去污和高温烘烤可有效避免气孔的产生。而裂纹主要是因高铬铸铁的铸造应力和相变应力较大， 在预置锤柄的激冷作用下，因包覆厚度不足产生的。通过简化的数学模型推导出的用于计算高铬铸铁包覆厚度的公式(见文献[1])具有一定的参考价值，生产中主要凭经验确定，一般来说包覆厚度应不小于20ram，且应尽可能均匀。如因结构所限，无法满足这一要求，则需采取预热等措施减小锤柄的激冷作用以避免裂纹产生。

2 冶金结合的复合铸造工艺
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冶金结合的方法适用于液一液复合铸造。两种复合金属之间存在明显的过渡区，借助扫描电镜和能谱分析可知过渡区的化学成分、金相组织及力学性能均不同于两种复合金属，化学元素含量和宏观硬度呈显著的梯度分布，显示两种金属间存在短距离的原子扩散。过渡区的存在，实现了两种金属的有效结合。液一液复合可通过以下两方法实现。
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& D( n* f* _3 o- V* H" l2 I& l. u2．1 定量浇注

图2采取平做立浇的方法，事先估算并借助溢流口来保证先浇人金属液的质量，第一种金属液浇注完毕并冷却至固相线温度附近时，浇人第二种金属液。为保证第二种金属液充型平稳且不与先浇入的金属液大量混合，浇口应开在溢流口同溢一水平位置。在浇注时机控制得当的前提下可确保实现两种金属间有效的冶金结合。采用这种方法生产的双金属复合锤头因不会出现机械结合锤头使用后期存在掉头、碎头等问题，故整体性能优于第二种方法。缺点是工艺较复杂，批量生产时浇注时机的把握应借助有关测温仪器。
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2．2 使用成形隔板
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6 k4 ?% T8 C( F& P9 r为避免因浇注时机把握不准而造成金属液相互混合，在型腔内头部与锤柄相结合的部位插入燕尾形隔板(如图3)，两种金属液同时浇注。选择合适厚度的隔板，使之既能在两种金属液的作用下部分融化而又能起到相应的隔离作用是获得有效冶金结合的前提。具体厚度与浇人的金属液质量、浇注温度以及隔离截面的大小有关，应经试验确定。之所以使用燕尾形隔板而非平面隔板的一个 图3隔板形状重要原因是在不能确保获得冶金结合情况下实现机械结合，事实上增加了冶金结合的安全系数。

' Q0 k  F3 v: }2．3 界面问题

- R0 m* p& _. c两种金属结合面的铸造缺陷是影响冶金结合强度的主要因素。采用2．1中所述的方法，先浇入铁液难以获得良好复合的铸件，易在结合面产生夹渣、气孑L等。有研究认为其原因可能是铁液中形成的Cr、Mn等元素的氧化物较为稳定，不易被还原，而如先浇人钢液，其表面氧化物(FeO等)易被后浇入铁液中的C及其它元素还原，因而结合良好。另外因铁液溶点低于钢液浇注温度，如先浇铁液则易被大面积重融而发生相互混合，不利于两者的结合，因此采用这种生产工艺时应先浇入钢液 。如采用2．2中所述的方法， 为避免因隔板表面可能存在的氧化、锈蚀、油污等影响结合强度，应对其表面进行处理(如酸洗等)并保持干燥。

3 Z0 a8 c: j% }4 M# e- R. Q- O$ O3 热处理

6 j! v$ [( u& B- x7 O) i无论通过何种途径实现复合铸造，锤头在使用前都需经淬火处理以充分发挥头部金属的耐磨性。不同于单一材质锤头的是，双金属复合锤头的结合部位会因两种金属的收缩率不同而在淬火时产生更大的应力，因此淬火后进行回火是十分必要的。

9 c% r1 j$ l. ~) K4 结束语
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( d9 f2 G. F' k; y0 k液一固、液一液复合铸造是提高铸件整体性能重要而有效的手段，不同金属间的结合既可以是机械结合也可以是冶金结合。机械结合锤头在生产中常出现裂纹和气孑L等缺陷，可采取简单方法予以避免，而冶金结合锤头则需解决好界面问题。后者具有比前者更加优良的综合性能，但生产工艺较复杂且对生产过程控制的要求更为严格。