高钒高耐磨合金锤头的研制及使用

1、高钒高耐磨合金锤头的研制及使用作者：魏世忠，龙锐单位：河南省耐磨材料工程技术研究中心摘 要:利用新研制的高钒高耐磨合金材料制造水泥熟料破碎机锤头，由于碳化钒的显微硬度高(HV2600左右)，形态近似球形，且高度弥散分布，在使用过程中很难被水泥熟料划伤和击碎，近似于球形的碳化物对基体割裂小，基体抗疲劳能力强，不易产生裂纹，耐磨性高。耐磨性是原高铬铸铁锤头的3倍以上。    关键词:高钒耐磨合金；高铬铸铁；耐磨性；锤头；水泥熟料 引 言研究表明，钒能形成高耐磨的碳化物VC，其显微硬度HV2600左右1，比M7C3型碳化物高得多；另外加钒可改变碳化物的形态，增

2、加耐磨合金的韧性。我们经过多年的实践，开发出了含有大量VC的高钒高耐磨合金(以下简称高钒合金)。用此合金制作的锤头用于水泥熟料破碎机，将水泥熟料从6080mm破碎成35mm的小颗粒，使用寿命是原高铬铸铁锤头的3倍以上。1材料1.1化学成分高钒合金材质具体成分2，3和原锤头成分见表1。 表1 高钒合金和高铬铸铁锤头的化学成分 % 材质 C Cr Mn Si S、P V Mo Cu 高钒合金 2.0 2.5 4.08.0 0.20.5 0.30.8 0.07 11.015.0 2.83.2 高铬铸铁 3.15 19.3 0.81 0.56 0.04 0.01 1.96 0.981.2金相组织锤头破

3、碎熟料属低应力冲击磨损。高铬铸铁锤头的金相组枳为碳化物(主要是Cr7C3)和金属基体(主要是马氏体)构成。Cr7C3型碳化物呈六角形杆状及板条状分布(图1)，硬度HV13001800，马氏体硬度为HV50010004。高铬铸铁锤头破碎水泥熟料的磨损失效过程如下:由于基体硬度比碳化物低，先磨损，使碳化物凸现出来，凸现出来的碳化物被划伤、击碎、脱落，失去对基体的保护作用。基体进一步磨损，如此循环往复。因此，进一步提高锤头耐磨性的主要途径是: 图1高铬铸铁金相400×1)提高碳化物的硬度，减少划伤；2)改善碳化物形态，使之由条块状变为球状或近似球状，降低被击碎的可能性；3)改善碳化物分布，

4、使之由断续网状变为弥散分布，减少对基体的割裂与削弱作用；4)提高基体的硬度，以增强其抵抗低应力冲击磨损的能力。高钒合金中的碳化物(VC)硬度高(HV2600)，呈近似球状，且高度弥散分布(图2)，既减少了碳化物被划伤、击碎的可能性，又保护了基体，提高了材料的耐磨性。图2高钒合金金相400×1.3耐磨性能在锤头本体上用线切割的方法制取10mm×10mm×30mm的试样作耐磨性对比试验。试验在MLD-10型动载荷冲击磨损试验机上进行。冲击频率100次/min，磨料为5070目精制石英砂，流量350ml/min，冲击功为1.0J。先将试样跑合10min，然后再称重作为原

5、始重量，接着磨损1h，第二次称重，2次重量差为磨损失重，试验结果见表2。 表2 高钒合金和高铬铸铁的耐磨性 材质 磨损失重/g 平均失重/g 相对耐磨性 1号试样 2号试样 3号试样 高铬铸铁 0.2721 0.2796 0.2766 0.2761 1 高钒合金 0.0905 0.0853 0.0876 0.0878 3.152由试验结果看出，高钒合金的耐磨性是高铬铸铁锤头的3.152倍，证明所选材质是合适的。2冶炼及铸造工艺2.1冶炼冶炼高钒合金时应注意提高贵重而易烧损的元素钒的吸收率。在熔化过程中应防止铁水过分氧化，或加钒铁前预脱氧。钒铁在熔化后期加入。另外，提温过程和高温保持时间不宜过长

6、。钒的吸收率一般在85%左右。其它工艺同高铬铸铁。2.2铸造工艺高钒合金的生产工艺和高铬铸铁相似，木模缩尺一般采用1.6%。本锤头采用复合铸造工艺，即锤柄部分采用低合金钢，锤头的耐磨部分采用高钒合金，2种材质同时浇注复合而成一体。这样既保证了锤头的高耐磨性，又提高了韧性，降低了成本。锤柄的化学成分见表3。 表3 锤柄化学成分 % C Cr Mn Si Mo Re S、P 0.50.6 1.01.4 1.41.8 1.01.4 0.30.5 0.20.3 0.043热处理工艺高钒合金的优良耐磨性还要靠正确的热处理工艺来保证。本锤头受力不大，属于低应力磨料磨损，高钒合金在此工况条件下主要失效方式为

7、碳化物的脱落，其次为疲劳剥落。因为碳化物硬度高，不易划伤，而由于基体的磨损，导致碳化物失去基体的保护而脱落成为主要的失效方式，所以，我们应保证有足够数量的VC和坚硬的基体，从而保证耐磨性。另外，还要利用高钒合金的二次硬化能力来提高耐磨性，其热处理工艺3见图3。机械性能见表4。图3高钒合金的淬火、回火工艺表4 高钒锤头和高铬锤头的机械性能 锤头材质 硬度HRC 冲击韧性/(J/cm2) 金相组织 高铬铸铁 62.5 6 M回M7C3A(少量) 高钒合金 64.5 12 M回VCM7C3A(少量)图中的t1和t2可根据具体要求确定。4工业试验4.1试验条件装机试验在浙江平湖第一建材机械厂的破碎机上进行。试验中高钒合金锤头和高铬铸铁锤头混装。该机电动机功率132kW，主轴转速320r/min，进料粒度80mm，出料粒度35mm。4.2试验结果见表5 表5 锤头装机试验结果 锤头种类 一付锤头破碎的水泥/万t 相对耐磨性 高铬铸铁锤头 6.01 1 高钒合金锤头 20.37 3.39由表5可以看出，高钒合金锤头的耐磨性是高铬铸铁锤头的