引言
颚式破碎机破碎矿石主要是借助于动板周期地靠近或离开固定齿板，使进入破碎腔中的物料受到挤压，劈裂和弯曲，矿石在剪应力作用下，被碾压而沿其解理面折断。因而，要求鄂版材质应满足既有较高的初始硬度，以抵抗磨料对它的压入、剪切作用；还应有足够的韧性，以通过区域变形来松弛裂纹附近的局部应力，从而减缓裂纹的形成和扩展。长期以来，国内外大多都还是采用高锰钢材质，由于高锰钢起始硬度较低，尽管其具有加工硬化的特性，但在工作时因其表面的良好塑性变形而形成犁皱，易使颚板过早磨损失效，一副高锰钢颚板的使用寿命只有200～300小时。
本文针对颚式破碎机工作原理及实际应用现状，研制了一种双液双金属复合铸造颚板，工作面采用合金钢铁，衬层采用铸造碳钢，充分发挥各种材料的特长，即提高了工作层的硬度和耐磨材性，又保证了鄂板的整体强度；同时特殊的浇注系统与铸造工艺，确保了复合材料界面的均匀和完整，产品工艺出品率达到950/以上，使用寿命比国内其它材质的同类产品提高2倍以上；较好的解决了硬度与韧性的矛盾，降低了生产成本，为先进抗磨复合材料的工业化、实用化提供理论依据和实用技术，具有极大的经济效益和学术价值。
1、试验材料及研究方法
1.1材料的成分设计
根据合金元素的作用，通过正交实验设计，采用极差分析方法，综合考虑材料的力学性能，确定工作面化学成分为：C: 0.85%，Si: 1.2%，Mn: 1.75%，Cr: 3.50%，非工作面为低碳钢；材质的最终组织设计为：贝氏体+奥氏体+马氏体，其相对含量可以根据不同零件工况，通过热处理工艺进行适当调整。
1.2试样制备
实验钢采用150Kg和250Kg中频感应电炉熔炼，浇注温度1550℃，湿砂型铸造，与装机颚板同时浇注。先浇注低碳钢，凝固到工艺所需要的厚度后，快速浇入高碳低合金钢。冲击试样为l0mmxl0mmx55mm无缺口；热处理采用箱式电阻炉，等温淬火采用硝酸钠50%+亚硝酸钠50%，奥氏体化温度为860℃×60min;等温淬火温度为(260℃、290℃、320℃)x30min;为了保证具有完整的结合界面，采取不同的冷却速度控制材料界面前沿凝固状态，确保具有完整厚度的工作表面层。
1.3检测方法
利用ZBC-300冲击实验机、HR-150A洛氏硬度计测试力学性能；Olympus GX71型金相显微镜、JSM-6360LV型扫描电镜、PHILIPS CM12型TEM、 EDAX等仪器进行组织与结构分析；MLD-IO动载磨损试验机进行磨损实验，对比材料为标准水淬的Mn13钢。
2、试验结果与分析
2.1等温淬火温度对材质力学性能的影响
图1是等温淬火温度对实验钢力学性能的影响。
260℃时，由于等温温度较低，碳原子的扩散能力较弱，完成贝氏体转变所需的扩散时间较长，碳在奥氏体中的分布不均匀，不能形成稳定的富碳奥氏体，在随后的冷却过程中，贫碳奥氏体转变成为马氏体，残余奥氏体量很少，同时生成的贝氏体铁素体板条细小，因而材料冲击韧性较低。
随着等温温度的提高，290℃时，碳原子的扩散能力加强，贝氏体转变的过冷度减少，新相和母相间的自由能差值减小，不足以使更多的奥氏体发生转变，特别是难以使稳定性高的高碳奥氏体转变，因此条束状贝氏体铁素体数量减少，板条变宽，片间距变大，下贝氏体优先于马氏体从奥氏体中析出，将奥氏体分割成数部分，使随后形成的马氏体被限制在比较小的范围之内，从而细化了马氏体组织。当裂绞扩展到马氏体一贝氏体边界上时，方向发生改变，从而扩大了裂纹扩展的阻力，消耗的能量增加，从而提高了钢的韧性。
但当等温温度继续提高到320℃时，有细针状下贝氏体存在，但是组织分布不均匀，这样就会导致其冲击韧性有所下降。
另一方面，随着等温温度从260度升高到290度，组织获得马氏体组织的能力减弱，贝氏体转变孕育期缩短，转变速度加快，在相同时间内能获得更多数量的贝氏体；同时基体中存在一定量的马氏体组织，马氏体体积比奥氏体大，部分转变的马氏体分割了贝氏体的形核及长大，形成的各个物相区域相对较小，材料的加工变形阻力相对较大，加工硬化能力较强，易获得较高的强韧性配合，因此混合组织中的下贝氏体的强度应比纯下贝氏体高。当下贝氏体数量过多时，因下贝氏体增加而减小的强度抵消了上述作用时，就会出现下降趋势，因而强、硬度出现峰值。但是随着淬火温度的进一步升高到320℃，获得贝氏体的能力增强，得到的马氏体的数量进一步减少，使其硬度有所下降。
图2是复合材料的高碳钢部分经过2900Cx40min等温淬火后的高碳钢部分的透射电镜组织照片。透射电镜观察表明，实验钢的组织为贝氏体铁素体板条及其间分布的残奥膜以及M-A岛。在M-A岛中不仅有残奥，并且具有孪晶亚结构的针状马氏体，使得材料的强度提高。这与290。C等温淬火后的试样有较高的硬度一致。
2.2结合面微观组织分析
双金属复合铸造方法生产的零件，结合面对材质的使用寿命有着十分重要的影响。要获得低碳钢和高碳合金钢结合良好的复合界面，复合层就必须产生有效的冶金结合。图3是双金属复合材料结合处的微观组织，可以看出，两种金属结合良好；由于在高碳钢浇注时低碳钢已经结晶，在高温铁水作用下，低碳钢只是表面熔化很薄的一层，属固一液结合，所以在凝固的过程中，低碳钢与高碳钢有明显的结合痕迹，界面组织致密，证实了中间结合面得到了有效的冶金结合，复合界面没有发生冲混现象。
图4是复合材料结合面不同部位所做的能谱分析。图中a-c是沿着由高碳钢往低碳钢的方向移动。可以看出，界面区域形成时存在原子的扩散，并且在界面区域内呈梯度分布。由于扩散的作用，高碳钢的碳、铬等元素向低浓度一侧扩散，所以图4的界面结合区中的碳、铬等元素的浓度从右向左递减。
由于后浇入的高碳合金钢与低碳钢的成份相差很大，在复合过程中这两种材料发生短距离扩散和渗透。在扫描电镜下观察时，可以看到界面区域的宽度很小，见图4，过渡区一般只有几十个微米宽，形状平直，从高碳合金钢到低碳钢，合金元素的变化几乎都是在结合区内的几十个微米的范围内完成的。这是由于采用了特殊的双液双金属复合铸造工艺，把第二层高碳钢的浇注时间，放在第一层低碳钢基本上凝固完毕时。此时高碳钢的温度很高，既能均匀熔化一小薄层低碳钢，又能使低碳钢液在一定时间内保持液态，防止双金属结合部位处的钢层表面在高温下氧化。随温度的下降，熔融的薄层和高碳钢在低碳钢表面依次形核、结晶、长大，继而完成整个复合过程。
2.3等温淬火温度对耐磨性的影响
表1是实验钢与高锰钢的磨损对比实验结果。经过相同的磨损时间，等温淬火温度为290℃钢的动载磨损失重量最小。随着等温淬火温度的升高，钢的磨损量先下降后上升。并且经热处理后的实验钢的磨损失重量均是高锰钢的一半。
等温淬火温度为260℃时，材质具有较高的硬度，但韧性相对较低，因此材料表面在外力的反复作用下会出现大量的疲劳裂纹，使材料产生剥落；等温淬火温度为290 0C时，材质具有较好的组织和综合力学性能，因此，在磨损过程中既可以抵抗石英砂磨粒的切削，又可以减少表面金属的剥落，表现出较佳的耐磨性。等温淬火温度为320℃的钢具有较好的塑韧性及较高硬度，而且其中弥散分布的碳化物有较高的硬度，它分布于基体中可以起支撑作用，阻碍磨粒的刺入或切削；因此在磨损过程中当石英砂颗粒和基体金属相互作用时，犁削作用不明显，故材料损失相对也较少。
3、装机实验
双金属复合铸造颚板装机实验是在PE-750×1060破碎机上进行的，在不同的研磨物料中均显示出较高的耐磨性，比同类高锰碳钢材质产品的使用寿命提高50～150%。
4、结论
(1)高碳低合金钢／普通碳钢双液双金属复合铸造颚板结合区界面没有冲混现象，过渡区只有几十个微米宽，呈良好的冶金结合状态。
(2)高碳低合金钢／普通碳钢双液双金属复合铸造颚板的力学性能，可根据研磨物料的具体现况，通过材料的合金成分及热处理工艺参数进行适当调整，一般可以达到HRC>55，冲击韧性ak>10J/cm2，
(3)高碳低合金钢／普通碳钢双液双金属复合铸造颚板使用寿命在同类研磨介质中，比高锰钢材质颚板提高50～150%。
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