铸造工艺对锰钢锤头的组织及力学性能的影响

汪建利等铸造工艺对锰钢锤头的组织及力学性能的影响铸造工艺对锰钢锤头的组织及力学性能的影响汪建利1,2，汪洪峰，段杏林，潘玲1黄山学院机电与信息工程学院，安徽黄山245041；2南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016摘要对传统铸造技术进行改进得到激振旋转综合作用铸造机。通过对激振旋转综合作用铸造机铸造出的铸造件试样进行显微组织、力学性能等分析，并探讨了激振旋转综合作用铸造机铸造机理。实验表明，利用激振旋转综合作用铸造机铸造出的铸造件晶粒细小且均匀、冲击韧性较好、硬度高、磨损性能较好，与传统铸造工艺相比，新的铸造技术可以延长铸造件使用寿命。关键词激振旋转铸造工艺；锤头；锰钢；组织性能中图分类号TG316文献标识码A文章编号100197312012增刊一03L1031引言锤头是破碎机的重要部件，主要用于破碎石灰石、水泥熟料、砂岩、煤矸石、玄武石等材料，其工作环境较为恶劣，锤头的破坏率较高，寿命短，增加了生产成本，因此，研制一种新型铸造方法是解决锤头易破坏的重要手段。本文通过对传统铸造方法的改进获得一种新的铸造方法，并通过金相显微镜、扫描电镜、冲击载荷实验机、硬度测试仪、摩擦磨损实验机等设备对新型铸造方法铸造的锤头进行显微组织、冲击载荷、硬度、磨损性能等分析。最后通过分析结果深入探讨新型铸造方法铸造锤头的形成过程及机理，为实际工程应用提供理论指导。2实验21实验材料实验材料选用碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉等，并通过上海艾枫机电设备有限公司生产的AFHLD卧式螺旋式混合机对以上几种粉末进行搅拌均匀。再将搅拌均匀的粉末放入由佛山市恒扬电炉制造有限公司生产的KGPSGW一5OKG中频熔炼炉中进行熔化，最后将熔化的金属熔液通过浇冒口浇铸到砂箱内部型腔中，冷却获得所需的锤头铸造件。表1列出了原材料各成分与通过扫描电镜能谱分析铸造锤头各成分的质量分数。表1铸造锤头的化学成分质量分数，TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOFCASTINGHAMMER成分CMNFEMGA1其它稀有金属元素杂质原材料15O12OO81OO15O250150000铸造锤头17512137939171291135余量22铸造设备图1为改造的铸造机示意图。其与传统的砂箱铸造不同点主要体现在以下两处1在砂箱四周对称增加了8个激振器；2在砂箱的底部增加了旋转升降机构。图1中铸造机工作时，当熔化的金属熔液通过浇冒口向砂箱内部型腔浇铸时，根据铸造件浇铸熔液的特征和铸造件形状确定各激振器的频率大小，调节好各激振器相连的激振电机转速大小开始激振，同时确定旋转转速和升降速度，再调整相应电机转速大小，确保旋转和升降移动顺利进行。本文中激振器的振动频率为1O120HZ，旋转速度为0O5MS，升降速度为OLMS。3实验结果分析31显微组织分析图2A为利用激振旋转综合作用型铸造机铸造出的铸造件显微组织；图2B为传统铸造工艺铸造出的铸造件显微组织。从图2可以看出，激振旋转综合作用型铸造机铸造出的金属晶粒要比传统的铸造工艺铸造出的金属晶粒细小，且晶粒大小较均匀。传统铸造工艺铸造出的金属晶粒粗大，且铸造过程中容易出现气孑L、缩孔等现象，如图2B右下方黑色区域就是气孔、缩孔缺陷。利用激振旋转综合作用型铸造机铸造出的铸造件由于激振、旋转升降等运动使得浇铸时熔液进入型腔的时间短，且在惯性力的作用下熔液能流入型腔的每个角落，不易因熔液未流入到相应位置而形成缺陷；另外这种改进的铸造机铸造过程中在激振、旋转和升降作用力下也很容易使高温的熔液冷却速度加快，熔化金属在冷却过程中晶粒不易长得粗大，加上激振频率的均匀性、旋转速度的匀速性和升降速度的平稳性，使得冷却过程中获得的晶粒也相对均匀。基金项目国家自然科学基金资助项目51175255；黄山学院人才启动基金资助项目2012XKJQO01收到初稿日期20120802收到修改稿日期20121022通讯作者汪洪峰作者简介汪建利1959一，男，安徽歙县人，教授，硕士生导师，主要从事铸造加工技术、材料制备、表面工程技术等方向研究。王志军等EU在SR。SIOSRC1材料中的发光特性31713141516ZHANGS，HUJ，WANGJ，ETA1EFFECTSOFZNDOPINGONTHESTRUCTURALANDLUMINESCENTPROPERTIESOFSR4SI3O8C14EU。PHOSPHORSJMATERLETT，2010，6413761378GUOC，LIM，XUY，ETA1APOTENTIALGREENEMITTINGPHOSPHORCA8MGSIO44C12EUFORWHITELIGHTEMITTINGDIODESPREPAREDBYSOLGELMETHODEJAPPLSURSCI，2O11，257883688391718EL9GUANI，YANGB，DONGS，ETA1ABLUISHGREENCHLOROSILICATEPHOSPHORFORUVBASEDWHITELEDSLJMATERLETT，2012，71I1I113L2OJGAHANEDH，NOKODENS，MUTHALPL，ETA1EFFECTOFCATIONMIXINGONLUMINESCENCEOFEUINSRCI2JJLUMIN，2010。130254257LUMINESCENTPROPERTIESOFEUINWANGZHIJUN，LIPANLAI，YANGCOLLEGEOFPHYSICSSCIENCETECHNOLOGY。HEBEIGUOC，XUY，LVF，ETA1LUMINESCENTPROPERTIESOFSR2SIO4EUNANORODSFORNEARUVWHITELEDJJALLOYSCOMP，2010，497L21一L24HSUCH。JAGANNATHANR，LUSHIUMINESCENTENHANCEMENTWITHTUNABLEEMISSIONINSRZSIO4EUPHOSPHORSFORWHITELEDSJMATERSCIENGB，2010，167137141LEEJH，KIMYJPHOTOLUMINESCENTPROPERTIESOFSR2SIO4EUPHOSPHORSPREPAREDBYSOLIDSTATEREACTIONMETHOD口MATERSCIENGB，2008，14699102PIAOX，HORIKAWAT，HANZAWAH，ETA1CHARACTERIZATIONANDLUMINESCENCEPROPERTIESOFSR2SI5N8EUPHOSPHORFORWHITELIGHTEMITTINGDIODEILLUMINATIONJAPPLPHYSLETT，2006，881616190813SR2SIO4SRCL2PHOSPHORZHIPING，GUOQINGLINUNIVERSITY，BAODING071002，CHINAABSTRACTSR2SIO4SRC12EUWASSYNTHESIZEDBYAHIGHTEMPERATURESOLIDSTATEMETHODSRCO3，SRCLZ，SIOEANDEU2O3AREUSEDFORSTARTINGMATERIALSTHEPHASEPRESENTOFTHESAMPLESWASCHARACTERIZEDBYPOWDERXRAYDIFFRACTIONXRDDMAXRA，CUK，40KV，40MA，一015406NMTHE1UMINESCENTPROPERTIESOFPHOSPHORSAREMEASUREDBYASHIMADZURF一540FLUORESCENCESPECTROPHOTOMETERSR2SIO4SRC12EUSHOWSABROADEMISSIONBANDINTHEREGIONOF350600NMWITHINCREASINGTHEEUDOPEDCONTENT05一2，THEBLUEEMISSIONPEAKSTILLLOCATESAT403NM，HOWEVER，THELONGWAVELENGTHEMISSIONPEAKFIRSTLYOCCURSTOREDSHIFT，THENBLUESHIFTMOREOVER，THEINTENSITYOFTHETWOEMISSIONPEAKSGRADUALLYDECREASESMONTOIREDATTHETWOEMISSIONPEAKS，THEEXCITATIONSPECTRABOTHSHOWBROADEMISSIONBANDINTHEREGIONOF250400NM，WHICHCORRESPONDTOTHATOFSRC12EU抖ANDSR2SIO4EUPHOSPHORS，RESPECTIVELYINOUROPINION，THESPECTRALDISTRIBUTINGANDTHEEMISSIONINTENSITYAREINFLUENCEDBYTHECRYSTAILOGRAPHICANDTHEENERGYTRANSFERFROMONEEUTOANOHTERKEYWORDSLUMINESCENCE；EU；SR2SIO4SRCI2卜一书一1_卜上接第313页EFFECTSOFCASTINGTECHNIQUEONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFMANGANESESTEELHAMMERBYCASTINGPROCESSWANGJIANLI。WANGHONGFENG，DUANGXINGLIN，PANLING1SCHOOLOFMECHANICALELECTRONICINFORMATIONENGINEERING，HUANGSHANUNIVERSITY，HUANGSHAN245041，CHINA；2COLLEGEOFMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING，NANJINGUNIVERSITYOFAERONAUTICSANDASTRONAUTICS，NANJING210016，CHINAABSTRACTTHECOMBINEDEFFECTOFVIBRATIONANDROTATINGOFCASTINGMACHINEHASGOTTENBYTHETRADITIONALCASTINGTECHNOLOGYIMPROVEMENTTHEMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFCASTINGSAMPLEBYCOMBINEDEFFECTOFVIBRATIONANDROTATINGOFCASTINGMACHINEHAVEANALYZEDCASTINGMACHANISMOFTHECOMBINEDEFFECTOFVIBRATIONANDROTATINGOFCASTINGMACHINEISINVESTIGATEDTHEEXPERIMENTRESULTSSHOWTHATTHECASTINGSIMPLEHASAFINEGRAINSIZEANDUNIFORMITY，GOODIMPACTTOU