錘式破碎機是利用錘頭的高速沖擊作用，對物料進行中碎和細碎作業的破碎機械。但由于錘頭耐磨較快，在應用上受到限制。因此行業中將錘頭列為易損件，每年消耗量巨大。如何解決耐磨材料行業這一難題，并對其進行研究和試驗，將具有十分現實的意義。
從錘頭的磨損位置來說，主要是錘頭T作面的耐磨，從初始的扇形磨損到釘形。從錘頭的磨損方式來說，主要是沖擊和沖刷磨損。而沖擊磨損中，其沖擊力不是很大，屬于低沖擊型的磨料磨損，磨損的微觀形貌為沖擊坑。而沖刷磨損是物料插入材料表面，在部分切向力和法向力的作用下，對材料表面金屬產生沖刷，其微觀形貌為切削犁溝。基于錘頭的磨損特點，設想在錘頭工作面上制作4～10mm厚度陶瓷復合層，并用實型負壓消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結合的方法將4～10mm厚度陶瓷復合層與高硼鑄鋼錘頭本體形成冶金結合。
1、陶瓷復合層耐磨原理與制作工藝
陶瓷復合層提高錘頭耐磨性的原理是：利用鑄滲到陶瓷復合層中的高硼鑄鋼，該鑄鋼經熱處理后，不僅有硬質相硼化物，而且形成了具有一定硬度和強韌性的板條狀馬氏體基體組織，該基體組織對復合層中的wc顆粒起“支撐效應”。而義由于wc顆粒具有韌性好、硬度高、抗沖擊載荷及抗磨粒磨損能力強，并與鐵基金屬液潤濕性能好等特點，因此能夠對基體產生“陰影效應”。正是由于板條狀馬氏體基體組織與wc顆粒達到了取長補短的共同作用，以致設計的陶瓷復合層能夠達到提高錘頭耐磨性的效果。
通常情況下，大于或等于10 mm的復合層厚度是表層鑄滲技術的難點，用普通的鑄滲法是很難解決的。因此，考慮采用實型負壓消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結合的方法。該方法能夠做到表面改性和鑄件成型同時完成，是一種比較理想的新．型表面改性技術；并適合于大批大量的生產，無論是鑄件的精度，還是鑄滲層的質量穩定性都能夠得到保證，操作也簡單方便。
2、陶瓷復合層的制作過程
2.1錘頭本體材料
錘頭本體材料采用高硼鑄鋼，由于高硼鑄鋼硼含量較高，達到質量分數0.8%～1.5%，因此鑄鋼中存在鐵硼相組織，該組織屬于硬質相，具有硬度高、熱穩定性能好等特點。將高硼鑄鋼應用于制作錘頭本體，能充分發揮其優異的淬透性、淬硬性、強韌性和耐磨性。又由于在高硼鑄鋼中采用較低的碳含量（質量分數為0.2%左右），淬火后形成低碳馬氏體，有利于提高錘頭本體的強韌性。使用中當陶瓷復合層磨損后，錘頭還可繼續使用，因為高硼鑄鋼本身也是耐磨材料，以致延長了錘頭使用時間，節約成本。
2.2陶瓷復合層材料
陶瓷復合層的材料包括鑄滲劑、熔劑和粘結劑等，具體組成見表l。
2.21陶瓷復合層坯塊制作模具的設計
設計專門的陶瓷復合層坯塊制作模具，其坯塊形狀與錘頭工作面基本相同，錘頭工作面的主要磨損區（錘頭的下端）坯塊的厚度達到10 mm，磨損區的上端厚度為4 mm。坯塊制作模具設計時，將陶瓷復合層外層t作面設計成弧面，與泡沫塑料模粘貼的面為平面。外層工作面設計成弧面的目的是：既可減少沖擊磨損，又可減少沖刷磨
損。當物料沖擊到光滑的陶瓷復合層弧面時，容易滑落而不容易形成沖擊坑；而減少沖刷磨損的效果就更加明顯，不但能大大減少物料插入材料表面，而且能最大程度減少物料在材料表面的切向力和法向力的沖刷力。設計的坯塊制作模具的材料為鋁合金。
2.2.3坯塊的制作
將表l中各種材料根據體積分數稱量，倒入容器中，干混一定時間后，加入粘結劑后濕混2~3mm，一定要充分攪拌，要求拌勻不結塊，然后將其倒入坯塊制作模具中，搗實后刮平。放人溫度為50℃的烘房中烘干（可隨其他消失模一同烘干），烘干后脫模保存。由此可見，當大量生產時，坯塊制作模具的臺套數要比較多，這樣才能滿足生產需要。
2.3錘頭消失模的制作
23.1錘頭消失模本體的制作
錘頭消失模本體的制作可設計專門的壓型發泡成型模，也可采用機械加工方法制作。考慮到錘頭形狀比較簡單，完全可以用切割的方法將泡沫聚苯乙烯塑料板做成錘頭的模樣。但不論何種方法制作，都必須保證錘頭消失模模樣比實際的錘頭產品在工作面下端厚度小10 mm，其上端厚度小4mm，錘頭另一工作面也與此相同。
2.3.2錘頭消失模本體與陶瓷復合層坯塊的粘合
將切割制作成型的錘頭消失模本體和已烘干的陶瓷復合層坯塊用熱膠粘貼，并將澆注系統、冒口等粘貼在消失模上，接著對模樣及澆冒口系統整體浸涂耐火涂料，然后裝入溫度為50℃的烘房中烘干。
2.4消失模鑄造與鑄滲法鑄造相結合制作復合層
2.4.1消失模鑄造
將涂敷了耐火涂料并已烘干的錘頭消失模整體埋入于砂中，在振動頻率為50～60 Hz、振幅為1～2mm、加速度為1～2g參數范圍內進行振實，負壓真空度為0.02-0.04 MPa。高硼鑄鋼鋼液的澆注溫度為1470℃。
2.4.2 鑄滲法鑄造
鑄滲法是在鑄件凝固過程中實現工件表面合金化，從而使其表面具有特殊組織和性能的表面改性方法。本實驗采用消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結合的方法，其鑄滲效果能發揮到最大程度。首先是消失模鑄造澆注時抽負壓，能將大量的氣體在負壓壓力作用下逸出，由此產生比較多的空隙，有利于高溫鋼液的滲入。其次由于負壓的存在．鑄滲動力得到提高，導致高溫鋼液滲透速度的加快和滲透量的加大，其結果得以本體和復合層的結合層過度平緩，結合的質量更好。另外，由于是消失模鑄造，可以在陶瓷復合層坯塊中加入一定量的泡沫聚苯乙烯微珠，澆注時微珠氣化，能導致鑄滲通道的大量增加，就是復合層的最外層熱量也不減少，同樣有強烈的熱作用。
本試驗鑄滲法鑄造是將1470℃高硼鑄鋼鋼液澆人消失模中，高溫鋼液在負壓吸力、鋼液靜壓力、毛細管力等作用下向陶瓷復合層坯塊中的空隙滲入，并將鉻鐵粉大部分熔化、wc尖角處部分熔化，形成合金化層。又由于鉻鐵粉碳含量比較高，在高溫鋼液的作用下，可能形成M7C3碳化物。當滲入的高溫鋼液最終與耐火涂料層接觸時，鑄滲過程結束，高硼鑄鋼凝固后，陶瓷復合層形成。
3、陶瓷復合層的耐磨性能
3.1陶瓷復合屢的鑄態組織與硬度
用消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結合的方法制作的陶瓷復合層，用線切割的方法將其從錘頭本體切開，結果發現，陶瓷復合層與高硼鑄鋼錘頭本體形成了良好的冶金結合。其鑄態基體組織主要由珠光體組成并有少量的馬氏體和鐵素體，在基體上分布一定數量的硼化物及WC等成分，組織細小并分布均勻，如圖1。在鑄態下檢測硬度為45-48 HRC之間，平均硬度為46.4HRC。
3.2陶瓷復合層的淬火組織與硬度
對陶瓷復合層的熱處理工藝，要求采用與高硼鑄鋼相同的熱處理工藝。而高硼鑄鋼的熱處理是為了獲得高硬度、良好的耐磨性以及高強韌性。兩種材料采用相同熱處理工藝主要為日后生產著想。熱處理采用箱式電阻爐加熱，將爐溫加熱到1020℃保溫2h．以水冷方式快速冷卻，回火在保溫爐中180℃保溫4h后空冷。其淬火組織如圖2。基體組織為高韌性的馬氏體組織，在基體上分布著除呈斷網狀分布的硼化物、碳化物，此外，還存在一定量的WC等顆粒，由于陶瓷復合層中鉻與碳的含量比高硼鑄鋼高，因此復合層的淬透性與淬硬性都比較好。檢測硬度為63—67HRC，平均硬度為65.4 HRC。
3.3陶瓷復合層的耐磨性能
磨損試驗在UMT-2多功能摩擦磨損試驗機上進行，加載載荷為20 N;頻率為10 Hz；轉速為600 r/min;磨損時間為30 min;磨球為φ4的Si3N4球，硬度為24.5 GPa;測試的對比材料為高硼鑄鋼，其結果如表2。
陶瓷復合層（編號1）與高硼鑄鋼（編號2）摩痕的三維形貌如圖3。
由試驗結果可知，陶瓷復合層的耐磨性是高硼鑄鋼的3倍。
4、結論
(1)采用實型負壓消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結合的方法形成錘頭T作面上一層4～10mm厚度的陶瓷復合層，該方法是提高破碎機錘頭耐磨性的一種新嘗試。
(2)采用本陶瓷復合層的制作方法解決了大于或等于l0mm復合層厚度的鑄滲技術的難點，并能將陶瓷復合層外層工作面設計成弧面。
(3)陶瓷復合層硬度達到65 HRC以上，其耐磨性是高硼鑄鋼的3倍。
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