常用的破碎設備是顎式破碎機和錘式破碎機，齒板和錘頭是破碎機上的關鍵備件，其質量直接影響設備的正常運轉和破碎加工成本。長期以來，齒板和錘頭主要用高錳鋼制造。高錳鋼是一種韌性良好，并有優(yōu)良形變硬化能力的鋼種，在三向擠壓狀態(tài)下高錳鋼的加工硬化非常明顯，表面硬度可達910HVm。但用于破碎機齒板，加工硬化后，表面硬度為HV550，HV500以上的硬化層深度不足0.5mm，距表面2mm處的硬度為HV280，接近高錳鋼齒板的原始硬度(HV240)：用于破碎機錘頭，加工硬化還不如齒板�？梢姼咤i鋼用于制造齒板和錘頭加工硬化效果差，使用壽命短。高鉻鑄鐵和鎳硬鑄鐵由于其組織中含有20%以上的共晶碳化物，硬度高，耐磨性好，但其脆性大，直接制造齒板和錘頭，使用中極易出現斷裂，影響破碎設備的正常運行。近來開發(fā)的復合鑄造技術盡管可以提高白口鑄鐵抗斷裂能力，但操作復雜，在實際生產中推廣使用進展緩慢。因此，盡快研制生產工藝簡便、成本低、耐磨性好、抗斷裂能力強的破碎機齒板和錘頭，是物料破碎領域亟待解決的課題。
1、合金成分設計
    合金成分見表1，其設計原則是保證有較高的硬度和韌性，使金屬基體組織以貝氏體為主。貝氏體組織的內應力一般低于馬氏體組織。在外加負荷和相對運動的磨粒磨損過程中，組織中殘余內應力越大，裂紋越易擴展，促使磨損加速。因此在硬度相當時，貝氏體組織的耐磨性優(yōu)于馬氏體組織。
2、試驗結果及分析
2.1多元低合金貝氏體鑄鋼的熔煉和鑄造
    多元低合金貝氏體鑄鋼用500kg中頻感應電爐熔煉。用生鐵、A3廢鋼、碳素鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鉬鐵配料，溫度升至1580～1620℃，經鋁脫氧后出爐。澆包內預先放置有鋇鐵、鈦鐵、硼鐵和釔基稀土，用沖入法對鋼水進行合金化和變質處理。用干模鑄型直接鑄出襯板和錘頭，澆注溫度1440～1480℃。用同包鋼水還澆注了Y型試塊，進行性能測試。
2.2熱處理工藝研究
    為了提高低合金貝氏體鑄鋼的機械性能和耐磨性，需要進行熱處理。我們研究了冷卻方式對低合金貝氏體鑄鋼組織與性能的影響，見圖1。多元低合金貝氏體鑄鋼因含有較多提高淬透性元素，具有良好的淬透性，在空冷條件下即可淬硬。
    淬火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖2。溫度低于920℃時，隨著淬火溫度升高，硬度升高，之后隨淬火溫度升高，硬度反而下降，但在860～950℃，低合金貝氏體鑄鋼具有很高的淬硬性能。這是因為淬火溫度較低時，溶于高溫奧氏體中的合金元素少，淬火組織中除了出現貝氏體、馬氏體組織外，還有少量珠光體組織出現；淬火溫度過高，溶入高溫奧氏體中的合金元素增多，奧氏體穩(wěn)定性增強，淬火組織中有部分殘留奧氏體存在，因此硬度反而下降。隨著淬火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼晶粒不斷長大，沖擊韌性下降。
    回火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖3，回火溫度低于400℃時，硬度值變化不大，表明這種鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性�；鼗饻囟雀哂�400℃時，隨著回火溫度升高，硬度降低�；鼗饻囟鹊陀�350℃時，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達到最低值；超過450℃，沖擊韌性隨回火溫度升高而增大。
    出現上述結果的主要原因是：在較低溫度回火時，在貝氏體／馬氏體復相組織中析出均勻彌散并和基體保持共格關系的￡碳化物，降低貝氏體／馬氏體復相組織的含碳量，從而增加鋼的韌性，另外鋼在低溫回火時殘余應力的消除也有利于提高鋼的沖擊韌性。當回火溫度升高到350℃時，鋼中￡碳化物含量逐漸減少，而殘留奧氏體逐漸分解，同時析出與基體非共格的脆性滲碳體，導致鋼的沖擊韌性值降低。隨后，大量滲碳體從貝氏體／馬氏體復相組織中析出，明顯降低貝氏體／馬氏體含碳量，雖然滲碳體的含量也進一步增加，但是此時鋼中貝氏體／馬氏體的含碳量較低，基體具有很高的韌性，因此回火溫度高于450℃后，鋼的整體韌性開始回升。多元低合金貝氏體鑄鋼回火溫度選擇在330～380℃是較合理的。
2.3耐磨性研究
    在MLD-10型動載沖擊磨損試驗機上進行磨損試驗，試樣尺寸lOmmxlOmmx30mm，沖擊功分別為1.0J和3.5J，磨料為1～2mm的精制石英砂，流量450mL/min，用磨損失重的倒數表示耐磨性，回火溫度對低合金貝氏體鑄鋼耐磨性的影響見圖4。可見回火溫度低于350。C時，隨著回火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼耐磨性增大，回火溫度高于350。C時，隨著回火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼耐磨性降低。這是因為材料承受沖擊磨料磨損時，磨損率由兩部分組成，一部分為切削機制引起的磨損，它主要取決于材料的硬度。另一部分為疲勞機制引起的磨損，反映材料的塑性，因此疲勞磨損與材料的硬度和塑性兩個因素有關。而貝氏體鑄鋼在350℃左右回火時具有較優(yōu)異的綜合力學性能，因此耐磨性最佳。
3、多元低合金貝氏體鑄鋼的應用
    在實驗室工作的基礎上，在現場進行了新型多元低合金貝氏體鑄鋼破碎機齒板和錘頭的生產試驗，產品組織主要為貝氏體、一定量的馬氏體、少于5%的奧氏體和少于2%的碳化物。在齒板和錘頭實物上用線切割機切取10mmxl0mmx55mm的無缺口試樣，進行了沖擊韌性和硬度測量，結果表明，其硬度值均在HRC53以上，沖擊韌性均大于11J／cm2。低合金貝氏體鑄鋼齒板和錘頭先后在國內多家采石廠和水泥廠進行了裝機試用，結果表明，它們使用安全，使用中從未出現斷裂，使用壽命比高錳鋼提高3～8倍，設備運轉率提高3%~5%。低合金貝氏體鑄鋼成本為8000元／t，高錳鋼成本為5000元／t，前者是高錳鋼的1.6倍，因此可采用低合金貝氏體鑄鋼齒板和錘頭，物料破碎成本降低8%以上，具有較好的經濟效益。
4、結論
    (1)以Si、Mn、Cr為主要合金元素，加入適量Mo、V、Ti、B、Y的多元低合金鑄鋼，空冷后可獲得以貝氏體為主的組織，具有硬度和韌性高、耐磨性好等特點。
    (2)空冷貝氏體鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性，回火溫度高于400℃時，隨著回火溫度升高，硬度降低�；鼗饻囟鹊陀�350℃時，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達到最低值。
    (3)用低合金貝氏體鑄鋼代替高錳鋼制造破碎機齒板和錘頭，具有良好的經濟效益。