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高錳鋼板錘和錘頭的改性研制
發(fā)布時(shí)間:2013-10-12 09:30 來(lái)源:未知
建材企業(yè)石灰石一級(jí)破碎設(shè)備一般都選用反擊式和錘式破碎機(jī),這兩種破碎機(jī)的關(guān)鍵部件是板錘和錘頭,其安全性、可靠性、耐磨性和使用壽命等性能,直接影響破碎機(jī)的安全生產(chǎn)、正常運(yùn)行及生產(chǎn)成本。我公司石灰石破碎采用PF-107破碎機(jī)。曾試用過(guò)供應(yīng)廠家提供的高錳鋼板錘和錘頭。但使用中有的出現(xiàn)掉塊和斷裂,有的工作表面出現(xiàn)嚴(yán)重的犁溝和流變,使用壽命僅為2—3個(gè)月,為此,我公司與供應(yīng)廠家合作共同開(kāi)發(fā)研制了一種改性高錳鋼板錘和錘頭,經(jīng)過(guò)近幾年的使用證明,這種板錘和錘頭能夠有效避免上述問(wèn)題,使用壽命和抗磨損能力較以往所用的普通高錳鋼產(chǎn)品提高了1倍。
l、開(kāi)發(fā)研究
1.1高錳鋼板錘和錘頭的缺點(diǎn)
高錳鋼板錘和錘頭的鑄態(tài)組織奧氏體和碳化物,經(jīng)過(guò)水韌處理后為單一的奧氏體組織,具有較高的韌性,在強(qiáng)烈的沖擊下,表面能夠產(chǎn)生加工硬化層,從而使其具有較好的耐磨性,但因石灰石硬度較低,在中低沖擊應(yīng)力下,高錳鋼板錘和錘頭表面不能形成足夠的加工硬化層,因此其工作表面硬度不夠高,磨損較快。另外,高錳鋼在300℃以下時(shí),其內(nèi)部組織的晶界周圍會(huì)產(chǎn)生碳化物的重新析出,使比較完整致密的基體裂開(kāi)。這樣,硬度低于碳化物的基體先被磨損,從而使碳化物凸現(xiàn)出來(lái);而凸現(xiàn)出來(lái)的碳化物被擊碎或脫落,又失去了對(duì)基體的保護(hù)作用,使基體進(jìn)一步磨損。如此循環(huán)往復(fù),致使高錳鋼板錘和錘頭被很快磨損,使用壽命短。
1.2改性高錳鋼板錘和錘頭材質(zhì)元素的選擇
高錳鋼的耐磨性主要取決于其工作表面的加工硬化能力,據(jù)此,我們?cè)谠O(shè)計(jì)改性高錳鋼板錘和錘頭的化學(xué)成分時(shí),加入了鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、釩(v)和稀土元素,以降低奧氏體的穩(wěn)定性,使其基體上形成大量微小的第二相質(zhì)點(diǎn),阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而強(qiáng)化基體,并且在奧氏體上彌散析出球狀碳化物,凈化晶界,改善夾雜物的形態(tài)和分布,實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)化,從而使改性高錳鋼板錘和錘頭具有高韌性、強(qiáng)度和良好的抗磨損性能。
(1)碳(C)含量:碳是影響鋼各種性能的主導(dǎo)元素,在一定范圍內(nèi),C量增加,鋼的硬度、破壞強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和耐磨性能都增加,但當(dāng)w(C>1.4%時(shí),鋼的韌性就會(huì)降低,并出現(xiàn)粗大的沿晶界分布的碳化物,給消除碳化物的固溶處理帶來(lái)困難,因此應(yīng)控制碳含量在w(C)=1.1%~1.2%。
(2)錳(Mn)含量:錳是一個(gè)最為強(qiáng)烈的晶界碳化物形成元素,由其形成穩(wěn)定的奧氏體(含量低時(shí)不能滿足奧氏體的生成條件);它又是個(gè)過(guò)熱敏感元素,隨著錳含量的增加,鋼的強(qiáng)度、耐磨性也增加,但當(dāng)w(Mn)>14%時(shí),鋼的各種性能就不再提高,且生成錳的碳化物,易產(chǎn)生粗大的柱狀晶,給熱處理帶來(lái)困難,并會(huì)加大鑄造收縮,降低鋼的導(dǎo)熱性能,從而易導(dǎo)致各種鑄造缺陷。所以,宜控制錳含量在w(Mn)=11.5%~l2.5%。
(3)硅(Si)含量。硅有顯著的固溶強(qiáng)化作用,增加鋼的致密性,提高耐磨性。當(dāng)<0.3%時(shí),鋼中氧化錳(Mn0)含量增加,將促進(jìn)熱裂,不能保證脫氧;過(guò)高時(shí),會(huì)降低C在,y-Fe中的溶解度,促進(jìn)碳化物沿晶界析出,使韌性降低。故硅含量通常控制在m(Si)=0.3%。0.7%。
(4)其它元素。鉻(Cr)能顯著地提高鋼的淬透性,固溶強(qiáng)化基體,促進(jìn)鐵素體的形成,降低奧氏體的穩(wěn)定性,提高加工硬化能力,鉻含量一般應(yīng)控制在w(Cr)=1.8%,2.2%;鉬(Mo)能夠溶人奧氏體,可大幅度提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性以及細(xì)化晶粒,還有控制回火脆性、改善沖擊韌性的作用,鉬宜控制在w(Mo)=0.25%一0.40%;鈦(Ti)、釩(v)和稀土主要用作變質(zhì)劑,可凈化晶界、細(xì)化晶粒,在奧氏體基體上彌散析出球狀碳化物,以實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)度,其含量甚微;錳鐵中含有較高的磷(P),是對(duì)鋼最有害的元素,它與鐵錳形成低熔點(diǎn)的磷酸鹽,含量過(guò)高時(shí),會(huì)形成磷共晶,使鑄件開(kāi)裂,對(duì)沖擊韌性和耐磨性均不利,其含量應(yīng)控制在co(P)<0.07%。
2、改性高錳鋼板錘及錘頭的制造工藝
(1)熔煉。在500 kg堿性爐襯中頻感應(yīng)爐中,采用不氧化法熔煉,先根據(jù)爐料、鐵合金的化學(xué)成分和吸收率進(jìn)行鋼的配料計(jì)算,然后熱爐裝料以防止帶入氣體,錳鐵隨料加入,溶化期間用最大功率送電,當(dāng)鋼溶化90%時(shí)測(cè)量鋼液溫度,避免鋼液溫度過(guò)高,當(dāng)鋼液溫度達(dá)到l 500℃時(shí),取樣做爐前化學(xué)分析,然后根據(jù)分析結(jié)果,加入鐵合金調(diào)整所需要的各種金屬元素,在鋼液溫度達(dá)到l 550℃時(shí)出鋼,采取插入法在鋼包中沖鋁終脫氧,加鋁后用強(qiáng)制置入法迅速向鋼液中加入調(diào)質(zhì)劑,待鋼液表面將要結(jié)膜時(shí)迅速澆注。
(2)鑄造。鑄造是影響鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié),要嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝、澆注工藝和清理工藝。我們采取定向凝固工藝澆注,澆注溫度控制在1 460℃~1480℃。因澆注溫度低,要注意澆冒口系統(tǒng)通暢,使鋼液能平穩(wěn)而暢通地快速充型和有效補(bǔ)縮,防止產(chǎn)生冷裂,改善鑄造一次結(jié)晶組織,消除柱狀晶,創(chuàng)造形成等軸晶的熱力學(xué)條件,減少晶間缺陷和偏析,提高鋼的致密度,保證鑄件具有良好的機(jī)械性能。
(3)熱處理。鑄態(tài)的板錘和錘頭比較脆,因此不能鑄態(tài)使用,必須經(jīng)過(guò)固溶處理(水韌處理)。板錘和錘頭的入爐溫度控制在400℃以下,然后,隨著溫度的升高,分階段進(jìn)行梯形保溫,待爐溫達(dá)到1 050℃時(shí)保溫20h~24 h,完成碳化物的分解,碳、錳等元素溶入奧氏體,并使奧氏體均勻化。待爐溫達(dá)到l100℃時(shí)打開(kāi)爐門(mén),把工件迅速入水池淬火。淬火采用大容積水池,流動(dòng)水處理,即在水池下方用高壓水泵使冷水自下而上噴出,在水池上方讓熱水溢出。水池內(nèi)的水溫嚴(yán)格控制在20℃~40℃之間。淬火完成后,取出工件空氣中自然冷卻。
3、使用效果
改性高錳鋼板錘和錘頭在經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理后,細(xì)化了晶粒,使其耐磨性提高,且有較好的韌性,有效地防止了在強(qiáng)烈沖擊情況下的斷裂和掉塊問(wèn)題,其表面加工硬化能力也得到提高。PF - 107反擊式破碎機(jī)為例,在使用改性高錳鋼板錘以后,再未發(fā)生斷裂和掉塊問(wèn)題。基本上消除了犁溝和流變現(xiàn)象,一副板錘可破碎石灰石20萬(wàn)t,使用壽命達(dá)1年以上。改性高錳鋼板錘使用后的工作表面硬度達(dá)HB500以上,其加工硬化能力比普通高錳鋼高,其耐磨性是普通高錳鋼的2倍以上。所以,改性高錳鋼板錘和錘頭能有效地提高破碎機(jī)的安全運(yùn)行周期,降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高經(jīng)濟(jì)效益。
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