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PF1010反击式破碎机锤头材质的研究
发布时间：2013-04-16 08:25 来源：未知
PF1010反击式破碎机是在消化吸收国外先进技术的基础上自行研制开发的结构紧凑、破碎效率高、噪声低、安全性能好的硬岩破碎设备。该机设计功率为160 kW，转子转速为37 m/s，生产率为120 t/h，锤头尺寸315 mm×100 mm×500 mm，锤头质量为107kg。该机要求能破碎抗压强度大于300 MPa的物料，锤头是该机中用于破碎物料的主要易损件。为提高锤头的使用寿命，减少停机更换次数，节约生产成本，我们对锤头的材质进行了研究，经现场生产检测，研制的锤头材质性能较好，与进口锤头的使用寿命相当。
1、锤头的磨损机理分析
在破碎过程中，物料从上部加料口进入后与高速旋转的锤头猛烈相撞，瞬间将物料进行一次破碎，紧接着锤头又以37 m/s的线速度将物料上抛撞击至反击板上完成二次破碎，最后物料通过锤头与衬板之间的再次挤压后达到所需粒度，完成全部破碎过程。在工件的运行过程中，冲击锤受到高硬度物料的冲击、挤压等综合作用，一方面造成基体和碳化物的碎裂脱落；另一方面造成基体的翻卷，产生塑性变形，最后疲劳脱落，锤头出现不同程度的沟槽。与此同时，在整个运行期间，由于高速旋转的锤头与物料反复强烈地碰撞，锤头表面工作温度高达500%，因此，锤头材质要求应有足够的硬度、有一定的冲击韧性和相当高的红硬性。
2、锤头化学成分的设计
根据锤头的磨损机理和锤头应具备的性能指标，在对国内外常用耐磨材料使用情况进行调研和分析的基础上，结合国内资源，我们初步确定采用铬系合金耐磨铸铁来进行试制。在成分控制上主要从4个方面加以考虑，其一是控制初生碳化物和共晶碳化物的数量，改善碳化物的形态与分布；其二是使基体组织具有足够的强度以利于坚硬碳化物能十分牢固地镶嵌在基体上；其三是适当地增加碳量，确保合金有较高的硬度；其四是细化晶粒。为此，我们在以上原则的基础上进行了大量的试验，最后确定材料中的C，Si，Gr，Mn，Ni，Cu的质量分数分别为：2.8%N 3.2% ,0.6%～1.0%, 15 010~17% ,0.6%～1.0%,0.5%～- 0.8% ,0.55%～1.0% ,0.5%～0.7% ,P,S质量分数<0.05%，并用少量Re，V- Fe进行炉前复合孕育处理。
3、熔炼、铸造、热处理工艺及合金的机械性能
3.1合金原材料及熔炼
铸铁在酸性炉衬的中频感性电炉内熔炼，试验原材料采用含S，P量低的优质生铁、少锈碳素废钢、高碳铬铁、钼铁、锰铁、镍板、石墨电极等，加料顺序为：先将石墨电极加入炉底，再加少量高碳铬铁，全部钼铁，然后依次加入回炉料、生铁、废钢、最后加入其余铬铁、锰铁、电解铜，以使熔化初期在高碳低铬成分下进行。铁液温度加热至1500~ 1520qC时，用纯铝脱氧后即可出炉，并在l 440~ 1460。C进行炉前复合孕育处理，为减少收缩和粘砂、细化组织，浇注温度应较低，一般控制在1380—1400℃之间。
3.2锤头的铸造工艺
高铬铸铁锤头的使用寿命在很大程度上与铸件的铸造质量有关，而铸造工艺对其质量有很大的影响，采用合理的铸造工艺可以减少甚至避免许多铸造缺陷的产生，尤其是裂纹的出现。为此，针对铸铁中合金含量高，流动性好，收缩量大，导热性差等特点，在铸造工艺上应注意以下几个方面的问题：
(1)采用2%收缩率制造模样[3_。
(2)为避免铸件收缩受阻，要注意提高铸型的退让性。
(3)在设计铸件造型工艺时，一般采取顺序凝固的原则，力求消除收缩缺陷，提高致密度；同时冒口的设计既要能保证凝固过程中补缩通道畅通又便于清理。
(4)为了保证铸件组织致密，要加强挡渣，以保证加入的多种变质合金能完全溶解，防止渣粒及未溶合金成为裂纹源存在于铸件中。
3.3热处理工艺与机械性能
3.3.1合金铸铁的热处理工艺
合金铸铁的热处理过程，实际上是将不稳定的铸态组织经热处理后使碳及合金元素完全溶入和析出的过程。因此，在确定淬火温度及保温时间时，主要从获得合金最佳综合性能和保证铸件充分淬透两个方面来考虑，经反复测试后确定淬火温度为910℃，并保温2.5～3.0h后空冷。此外，为避免因相变或高的加热温度梯度而引起高的应力，采取分段加热，即在670℃保温2.5h后再升温，加热时，加热速度一般不高于30℃/h，一旦铸件加热至暗红色，也就是通过塑性变形温度而使应力降低得足够多时，方可加速加热。
合金淬火后，由于奥氏体转变为马氏体时体积膨胀，体积增长约6%，这将导致合金内应力明显增大，因此，经淬火后的合金必须进行低温回火处理以消除内应力，减少对断裂和冲击的敏感性，同时，经低温回火后，淬火马氏体转变为回火马氏体，使合金韧性提高。我们将回火温度控制在200~ 2500C，保温时间为6h，
3.3.2机械性能
对抗磨铸铁而言，机械性能中最重要的指标是硬度和冲击韧性，但这两个指标间往往相互矛盾，要解决这一问题，必须寻找特定工况下材料韧性与硬度的最佳配合。我们对经热处理后的合金铸铁按照GB8263 - 87《抗磨白口铸铁件》的标准进行了机械性能检测，结果是：硬度均值为64.5 HRC；冲击韧性均值7.75 J／crn2�？杉弥植牧暇哂泻芨叩淖酆匣敌阅�。
4、合金的金相组织
采用（德）蔡司卧式显微镜对经热处理后的合金铸件金相组织进行检测，试样浸蚀后，用500倍显微镜观察，其组织结构如图l所示，具体结构是：马氏体基体+块片状碳化物，其中碳化物质量分数约40%。试样上无缩孑L和缩松缺陷，符合本研究对材质组织的要求。
5、现场生产试验
用该材料生产的锤头安装在PF1010型山保牌反击式破碎机上在巴罗塔工程进行了现场生产测试，该工地地处巴基斯坦西北部，常年气温偏高，多风沙，工地实测气温达50℃以上的情况每年持续约3个月，生产条件十分恶劣。其破碎物料为鹅卵石，抗压强度200~ 340 MPa，最大进料粒径约150 mm，经一年多的生产，锤头使用寿命约为280h，锤头消耗约0.044 kg/t骨料，达到了进口产品的使用寿命的指标要求。
