多元高铬铸铁在反击式破碎机板锤上的应用.docx

许利民, 孙庆群, 马世辉(承德石油高等专科学校, 河北 承德 067000)摘 要: 在高铬铸铁中加入多种少量和微量合金元素用以生产反击式破碎机板锤, 可使产品耐磨性和综合力学性能得到很大程度的改善,使用寿命比原用高锰钢提高 4 倍以上。 关键词: 多元高铬铸铁; 反击式破碎机; 板锤; 抗磨效果; 高锰钢中图分类号: tg252文献标识码: a文章编号: 1001-3814( 2006) 13-0032-03application of multi-element high chr ome cast ir on in flat hammer ofover pr essur e tur bine cr usherxu li-min, sun qing-qun, ma shi-hui(chengde petroleum college, chengde 067000,china)abstr act : the high chrome cast-iron added a variety of drib and microscale elements was used to make the flat hammer in overpressure turbine crusher,which can improve the wearing resistance and synthesize mechanical property of the products greatly,and the life of the products is 4 times longer than the former high-manganese steel.key wor ds: multi-element high chrome cast-iron; overpressure turbine crusher; flat hammer; anti-wear effects;high-manganese steel各种破碎、粉碎设备在建筑材料和冶金矿山行业中被广泛应用, 其中以鄂式、锤式和反击式破 碎机为主1。在水泥生产中粉碎成本约占生产成 本的 20%左右, 由于传统的高锰钢在应用过程中 耐磨性不高, 使磨损件的消耗占据了主要地位。 我们早在 20 世纪 90 年代初就开始了用高铬铸铁 生产破碎机易损件的探索, 取得了可喜成绩, 特别 是在反击式破碎机板锤 上的应用取 得了很大成 功。本文就反击式破碎机板锤的应用条件及特点 进行了简要分析, 阐述了用多元高铬铸铁进行板 锤生产的工艺及应用效果。短, 已严重影响了反击式破碎机更加广泛的应用。反击式破碎机的板锤以螺钉固定、插入法固 定、楔块固定等多种形式安装固定于破碎机的转 子上, 如图 1 所示。螺钉固定式结构形式简单, 应 用较为普遍1。它的截面近似于矩形, 呈长条状, 延长度方向安装在转子的托板上。有依靠的固定 形式, 为应用高硬度材料创造了条件。工作时板锤 以 3040 m/s, 甚至达到 50 m/s 的线速度破碎物 料, 磨损极为严重, 板锤的不断更换不但消耗大 量的金属材料, 更因为停产大大影响破碎机的生 产率, 甚至成为生产的限制性环节。1反击式破碎机板锤的工作条件反击式破碎机具有破碎比大、效率高、结构简单并可以进行选择性破碎等优点, 应用及发展速度很快, 迅速超过了其它形式的破碎机2。目前各 种类型的反击式破碎机, 被广泛应用在粗碎、中 碎、细碎等各破碎阶段。而高锰钢板锤的寿命很板锤转子图 1 板锤安装示意图为了适应高硬度材料的应用, 要特别注重产 品的铸造质量, 特别是安装面的几何尺寸及形状 误差要保证在合理范围之内, 以保证运行时平稳 可靠。收稿日期: 2006-02-21作者简介: 许利民( 1959- ) , 女, 河北承德人 , 高级工程师 , 研究方 向: 耐磨材料;电话:e- mail: 32热加工工艺2006 年第 35 卷第 13 期casting & forging铸 造锻 压 (4)casting & forging改善铬、钼元素在碳化物和基体组织中的分配比例, 有效细化组织, 改善材料韧性, 提高淬透性。 大量实验研究结果表明, 其化学成分( 质量分数, % ) 控制范围在: 2.52.9 c 、1416cr、0.50.9si、0.71.2mn、1.21.8mo 、0.30.5v、0.10.3ti、0.81.2cu, 应用效果最佳。4铸造及热处理工艺2板锤结构的改进反击式破碎机板锤的原始结构设计主要依据 高锰钢的性能特点而定, 改用脆性较大的高铬铸 铁时要根据 具体产品的 结构尺寸 进行必要的 改 进。主要有两个方面: 一是将原来可能引起应力集 中的方形螺栓孔改为圆形或椭圆形孔, 可以有效 减少开裂现 象; 二是将 较长( 超过 900 mm) 的 板 锤从安装孔中间断开, 并在不影响粉碎效果的前 提下, 留适当安装间隙, 可以有效减小弯矩, 降低 对安装面的尺寸及形状要求, 有利于牢固平稳安 装, 保证安全可靠服役。4.1熔炼工艺铸铁熔炼在酸性中频感应电炉中进行。原材料应无严重锈蚀、油污及其他杂物。配料时注意各种合金的吸收率均在 95%以上, 只有锰为 85%90%。熔炼时较贵重合金在后期加入, 为了使硅 铁、锰铁起到更好的沉淀脱氧作用, 在出炉前 15 min 加入。进行炉前化验, 合格后升温并加入钒铁 及 钛 铁 , 出 炉 加 覆 盖 剂 。 铁 水 出 炉 温 度 控 制 在1 56025。3多元高铬铸铁化学成分的确定反击式破碎机板锤的工作条件恶劣, 特别是 在破碎高强度、硬度的难破物料时, 对材质的强韧 性要求较高, 普通高铬白口铸铁具有很好的抗磨 性, 但其强度不高、韧性不足、缺口敏感性大、易于 断裂, 特别是在应用后期当板锤厚度较小时加剧 了板锤的断裂倾向。在使用过程中一旦出现断裂, 必然会引起停机停产, 严重时还可能造成破碎机 的损坏, 这也是国内诸多生产厂直至目前仍采用 韧性极好的高锰钢材料的主要原因之一。所以我 们在进行该产品的开发时首先采取措施来弥补普 通高铬铸铁的不足, 用以铬为主要合金配合多种 其他少量或微量合金元素, 达到细化组织, 提高强 韧性的目的。成分控制的主要原则: 依据经典的高铬铸铁理 论, 在含碳量一定的条件下, 欲得到分布形态好、硬 度高的 m7c3 型碳化物3, cr/c 控制在 5.0 以上。实 际生产中我们控制在 5.06.5, 并适量加入了 mo、v、ti、mn、cu 等多种合金元素。其中加入的 v、ti 量较少, 主要起强化基体、 细化组织、提高合金抗磨性和韧性的作用。同时4.2 变质孕育处理工艺为了使所研制的多元高铬铸铁具有更好的综 合性能, 我们进行了必要的孕育和变质处理。变质 处理方案延 用了本生产 单位的复合 变质处理工 艺: 用包内冲入法进行变质处理, 变质剂使用前进行 200300的预热, 处理温度为 1 53010。 为获得更好的变质效果, 同时加入一定量的硅铁和稀土合金进行孕育。浇铸温度控制在 1 40020, 一次冲型。用该工艺处理效果较为理想。可 以使碳化物孤立程度有所增加, 分布更加均匀; 初生奥氏体直径变小, 一次性冲击值明显提高; 铸铁 中的含硫、氧值有所下降4。4.3 造型工艺多元高铬铸铁的流动性、缩孔率等主要铸造 工艺性能与一般同等含碳量、含铬量的普通高铬 铸铁相差不大。根据板锤的几何结构特点分析认 为, 板锤结构简单, 形状单一, 有一个集中的热节, 在确定铸造工艺时首先应注意补缩。为确保工作 面的内部质量健全, 将工作面放于下箱, 此时安装 面可能出现较大的凹坑和局部凸起, 在采用手工 湿砂造型时上箱用整芯做出, 并在安装孔中间位 置预埋小块冷铁。在不降低工艺出品率的条件下 得到外观质量良好, 内部健全的合格铸件。ti 具有良好的脱氧作用,对改善铸态碳化物有益。v 在含碳的铁基合金中形成( v、fe) c 简写为mc 或(v、fe)4c3 型碳化物, 通过回火后的碳化物 反映在二次析出硬化方面发挥巨大作用。钒的碳 化物 vc、v4c3 比 m2c、m6c 硬度更高。考虑到板锤的几何形状及工作条件, 适当加入了 mo、cu 合金。钼的加入主要是为了提高淬 透性并使基体具有更好的综合性能。铜的加入可热加工工艺2006 年第 35 卷第 13 期33casting & forging铸 造锻 压 (4)casting & forging现象。收到了优良的应用效果, 不但降低了板锤的材料消耗, 更减少了更换配件所需要的人工、材料 费用, 特别是大大降低了停机而带来的生产率损 失, 以后在十几个建材和矿山企业中得到了推广, 收到了很好的效果, 创造了更高的经济效益。4.4 热处理工艺为了很好的发挥多元高铬铸铁的耐磨性, 铸 件毛坯必须经过硬化处理, 尽管处理前后的碳化 物形状、分布、数量及显微硬度等各项指标不会发 生实质上的变化, 基体组织却发生了根本转变4。 同时在 960980保温较长时间, 过饱和奥氏体6结论( 1) 反击式破碎机板锤工作条件恶劣, 磨损严 重, 高锰钢材料在强韧性上可以满足生产条件要 求, 但耐磨性不高, 特别是在破碎高硬度材料时, 寿命很低。( 2) 板锤是在有依托的条件下工作, 在进行适 当的结构改进, 并很好保证铸造质量的条件下, 应 用高硬度耐磨材料是可行的。( 3) 合理选择化学成分, 并经过变质处理的多 元高铬铸铁, 在反击式破碎机板锤上的应用安全 可靠, 寿命比使用高锰钢提高了 4 倍以上, 有利于 生产的顺利进行, 具有很好的经济效益和社会效 益。中会有富铬碳化物析出,形成粒状的 m23c6 型碳化物。通常认为该相在不降低机械强度的条件下对提高抗磨性有利。保温时间也不能过长, 否则会 造成晶粒粗大也不利于马氏体的形成, 有可能出 现珠光体类型的组织, 这是我们所不希望得到的, 因为它既不利于耐磨性的提高, 也不利于机械强 度的提高。所以采用了高温保温 34 h, 直接出炉 强制风冷, 夏季适当进行喷雾冷却的热处理制度。 铸件本体硬度可以达到 5260 hrc。铸件进行 25020,保温 5 h 的低温回火, 主 要目的是减小铸件在硬化处理时所产生的应力。5使用效果我们用多元高铬铸铁生产的板锤在黑龙江尚参考文献:1 许林发. 建筑材料机械及设备 m. 北京: 中国建筑工业出版 社, 1980.2 於仁灵. 矿山机械构造m. 北京: 机械工业出版社, 1981.3 周庆德, 饶启昌, 苏俊义, 等. 铬系白口铸铁的磨损与断裂韧性a. 铬系抗磨铸铁c. 西安: 西安交通大学出版社, 1986.4 许利民. 多元高铬铸铁在介质固液泵上的应用研究j. 热加工 工艺, 2005, ( 2) : 43-46.志水泥厂应用破碎石灰石等水泥原料。原使用的高锰钢板锤每套仅可破碎 2 0003 000 t, 改用多 元高铬铸铁后可破碎 10 000 t 以上, 使用寿命提 高 4 倍多。在大连第三构建厂破碎生产建筑构件 的石料, 同样条件下, 使用寿命比原应用的高锰钢 板锤提高 46 倍, 并在应用过程中没有出现断裂!本 刊启事本刊自 2006 年开始全面改版, 改版后的热加 工 工艺杂志按专业分为: 铸锻成形技术( 铸锻版) 、焊割成 形技术( 焊接版) 和金属材料与热处理技术( 热处理版) 三个板块编辑出版, 全年共出版 24 期。铸锻版共出版 6 期 ( 逢 单 月 10 日 出 版 ) , 分 别 安 排 在 no.1、no.5、no.9、 no.13、no.17 和 no.21 期, 欲订阅全年铸锻版的读者, 可汇款到本刊编辑部直接邮购, 定价 10 元 / 本, 免收平 邮费。本刊地址: 陕西兴平 44 号信箱热加工工艺编辑部( 上接第 31 页) 后, 还可以使铸件得到较高的力学性能。参考文献:1李沛勇 , 贾钧 , 郭景杰. 亚共晶 al-si