高铬铸铁_铸钢锤头的镶铸工艺
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心线处 。因为生产中常采用粘土湿型砂生产此类锤 头 ,如从锤柄中心线处分型 ,则在手工合箱时 ,高出 分型面的预置锤柄极易刮坏上箱型腔 ,造成夹砂等 缺陷 。
镶铸是双金属复合铸造中较为理想的一种方 法 ,可归结为镶块 、预置锤端和预置锤柄三种方式 , 其中预置锤柄的镶铸工艺以其操作简单 、锤柄无需 进行预热和表面处理等优点 ,在生产中得以广泛应 用。
2004 年第 2 期 王超 ,等 :高铬铸铁 —铸钢锤头的镶铸工艺
19
韧性 , 端 部 具 有 足 够 的 耐 磨 性 。一 般 锤 柄 采 用 ZG270 - 500 即可满足使用要求 ,而端部材质可采 用高铬铸铁 ,视具体工况调整铬及其它合金元素的 含量 ,以期在耐磨性和韧性之间找到一合适的平衡 点 。一般说来 ,在冲击相对较小的场合可适当提高 含碳量以增加碳化物比例 (最高可达 35 %左右) ,同 时加入能够形成高硬度碳化物的元素 (如硼等) 。常 用的端部材质化学成分见表 1 。
研磨氧化铝 高锰钢衬板寿命 4 ～6 个月 。
大于 12 个月
输送水泥
使用 3 个月后 ,磨 损 4. 01 mm。
使用 3 个月后 ,仅 磨损 0. 77 mm。
研磨氧化铝 40Mn2 锻 钢 球 磨 耗 3. 67 kg/ t 矿 ,低铬球磨耗 3. 06 kg/ t 矿 ,高 铬球磨耗 1. 78 kg/ t 矿 。
3 结论
通过选择合适的材质成分 、铸造以及热处理工 艺 ,设计合理的锤柄结构 ,可获得质量稳定 ,耐磨性 优良 ( HRC58 - 62) 的复合锤头铸件 ,使用寿命明显 优于同等工况下的高锰钢锤头 。
(下转第 27 页)
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
磨耗 :1. 71 kg/ t 矿 。
5 结论
1) 以 Si 、Mn 、Cr 为 主 要 合 金 元 素 , 加 入 适 量 Mo 、V 、Ti 、B 、稀土的多元低合金铸钢 ,空冷后可获 得以贝氏体为主的组织 ,具有硬度和韧性高 、耐磨性 好等特点 。
2) 空冷贝氏体钢具有良好的抗回火稳定性 ,回 火温度高于 400 ℃ 时 ,随着回火温度升高 ,硬度降 低 。回火温度低于 350 ℃时 ,随着回火温度升高 ,冲 击韧性提高 ;超过 350 ℃ 后 ,随着回火温度升高 ,冲 击韧性降低 ,在 450 ℃左右达到最低值 。
摘 要 :分别采用 ZG270 - 500 和高铬铸铁作为锤柄和端部材质生产镶铸锤头 。在强度许可的前提下尽 量减小锤柄复合部位体积 。采用侧冒口工艺 ,金属液流经冒口进入型腔 ,减小冒口及冒口颈尺寸 ,提高工艺出 品率 。锤头使用寿命是同等工况下高锰钢锤头的 3 倍以上 。 关键词 :锤头 ;高铬铸铁 ;镶铸 ;复合铸造 中图分类号 : T G143. 7 文献标识码 :A 文章编号 :1004 - 6178 (2004) 02 - 0018 - 02
运转率提高 3 %以上 ,低合金贝氏体铸钢成本 5 000
表 3 低合金贝氏体铸钢在非金属矿行业应用效果
破碎机鄂板
球磨机衬板
输送管道
磨 球
破磨物料 原材质 新材质
破碎石灰石
动鄂板磨耗 16. 035 g/ t 矿 ,静鄂 板磨耗 18. 147 g/ t 矿 。
动鄂板磨耗 4. 106 kg/ t 矿 ,静鄂 板磨耗 4. 649 kg/ t 矿 。
存在的问题是 ,镶块大小和数量受限于锤头尺 寸 ,增强作用有限 ,同时为确保镶块与基体间的结合 效果 ,需采用诸如酸洗等方法对镶块进行表面处理 。
预置锤端的复合方法是将锤头使用过程中真正 起破碎作用的端部采用耐磨合金 (高铬铸铁) 预制成 形 ,放人锤头型腔内然后浇人锤柄金属 (普通碳钢) ,
从而实现端部与锤柄间的机械结合 。通常两者结合 部位被设计成燕尾的形式以增加结合的可靠程度 。 这种方法较前者操作更为简单 ,即可采取锤头金属 包覆锤柄的方式 ,也可相反 。因增加了锤头端部耐 磨合金的体积 ,因而锤头的整体耐磨性能有所提高 , 使用寿命可达高锰钢锤头的 3 倍[2 ,3 ] 。
Abstract :The cast steel and high chromium cast iron were used respectively as different parts (handle and head) of t he hammer produced by insert process. The enclosed part of t he insert should be as small as possible on condition t hat t he tensile strengt h needed mightbe assured. The side riser t hrough which liquid metal flowed to t he mold cavity was used ,t hus t he dimension of t he riser and its neck could be minimized and t he casting yield could be increased. The service life of t his kind of hammer was more t han 3 times t hat of a high2manganese one.
2 预置锤柄镶铸锤头的生产工艺
2. 1 材质选择 锤头材质的选择应确保锤柄具有足够的强度和
收稿日期 :2003 - 11 - 06 作者简介 :王超 (1974 - ) ,男 ,安徽淮北人 ,工程师 ,从事金属抗磨材料研究 。
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. ຫໍສະໝຸດ ll rights reserved.
2004 年第 2 期 2004 年
·应用研究·
铸造设备研究 RESEARCH STUD IES ON FOUNDR Y EQU IPM EN T
Apr. 2004 №2
高铬铸铁 —铸钢锤头的镶铸工艺
王 超 , 程红晓 , 王祥东 , 沈卫东 , 宋润泽 (江苏省机电研究所 ,徐州 221006)
2. 4 锤柄的处理
锤柄在使用前应除锈 、去污并经高温烘烤除湿 , 待完全冷却后置人型腔 ,合箱浇注 。锤柄一般无需 预热 ,如因结构所限 ,致使高铬铸铁包覆层厚度不 足 ,为避免产生裂纹 ,也应采用溢流预热的方法 ,因 采用外部预热 ,除预热温度难以掌握外 ,如预热后的 锤柄放在型腔内时间过长 ,还会导致水汽凝结 ,造成 气孔类缺陷 。
存在的问题是预置的高铬铸铁锤端在与后浇人 的锤柄金属液接触时 ,因导热性差 ,局部温度迅速升 高 ,在热应力和相变应力的综合作用下极易产生裂 纹 ,如不能及时发现 ,会导致锤头使用过程中发生脱 落 。虽然采取对预置锤端进行预热等措施可有效避 免裂纹的产生 ,但同时增加了操作的复杂性 。
预置锤柄的复合方法是将普通碳钢的锤柄预置 在锤头型腔内 ,而后浇人高铬铸铁液 ,并使高铬铸铁 包覆在锤柄四周 。与上述两种复合方法相比 ,后者 无需对预置块进行表面处理 ,无需预热 ,通常不产生 裂纹 ,因而在生产中得以广泛应用[4 ,5 ] 。
Key Words :hammer ;high chromium cast iron ;insert process ;composite casting
锤头镶铸工艺操作简单 ,生产成本低 ,铸件综合 性能优越 ,是双金属复合铸造中近乎完美的一种工 艺方法 。选择合理的镶铸方式和工艺参数 ,是确保 铸件使用寿命的关键 。
1 常见的锤头镶铸工艺
目前应用于生产的锤头镶铸工艺可归结为镶 块 、预置锤柄和预置锤端三种方式 。
第一种工艺是采用类似固定内冷铁的方法将具 有一定形状的耐磨合金块 (高铬铸铁) 固定在锤头型 腔的端部 ,利用随后浇人的高温金属液 (合金钢) 的 热量 ,在铸件凝固过程中使耐磨金属块与基体结合 在一起 。这种工艺的关键在于确保镶块与基体间实 现有效的冶金结合 ,因此通常在镶块的外形和尺寸 上采取适当措施 。在特定工况下 ,这种工艺生产的 锤头寿命约是高锰钢锤头的 2 倍[1 ] 。
2. 5 锤头的热处理
采用淬火 + 回火的热处理工艺 (如图 2) ,锤头 端部硬度 HRC58 - 62 。淬火时一般采用强制吹风 冷却 ,如环境温度较高或通风条件不理想可采用喷 雾冷却 。
图 2 锤头的热处理工艺
图 1 镶铸工艺示意图
2. 3 铸造工艺 分型面设在图 1 所示部位 ,而不应放在锤柄中
体铸钢破碎机鄂板 、球磨机衬板和矿粉输送管道以 可见在非金属矿行业推广应用低合金贝氏体铸钢具
及高碳贝氏体铸钢磨球的工业试验 ,使用结果见表 有很好的效果 ,可提高设备运转率 ,降低非金属矿的
3 。低合金贝氏体铸钢鄂板和衬板使用安全 ,使用中 破碎和研磨以及矿粉输送成本 ,提高非金属矿行业
从未出断裂 ,使用寿命比高锰钢提高 2 倍以上 ,设备 经济效益 。
表 1 高铬铸铁的化学成分(质量分数 , %)
名称 C
Si Mn S
P Cr Mo Cu
高铬 2. 9～ 0. 4～ 0. 5～ <
< 14～ 1. 5～ 0. 8～
铸铁 3. 3 1. 0 0. 9 0. 05 0. 05 18 2. 0 1. 2
2. 2 镶铸锤柄结构设计
预置锤柄一般体积较大 ,具有很强的激冷作用 , 如复合部位结构设计不当 ,仍然容易导致高铬铸铁 锤端产生裂纹 。因铸造过程中的影响因素较多 ,根 据简化的数学模型推导出的用于计算高铬铸铁包覆 厚度的公式[6 ] ,很难对生产过程具有实际的指导意 义 ,因此一般仍凭经验确定锤柄复合部位的结构和 尺寸 。总的原则是在保证结合强度的前提下 ,尽可 能减小复合部位的体积 。生产中一般采取以下措施 (如图 1 所示) [5 ] : (1) 确保高铬铸铁包覆层厚不小于 15mm ; (2) 尽可能将复合部位镂空 。(3) 锤柄复合 部位采用尽可能大的圆角过渡 。(4) 确保一定的锥 度。
镶铸是双金属复合铸造中较为理想的一种方 法 ,可归结为镶块 、预置锤端和预置锤柄三种方式 , 其中预置锤柄的镶铸工艺以其操作简单 、锤柄无需 进行预热和表面处理等优点 ,在生产中得以广泛应 用。
2004 年第 2 期 王超 ,等 :高铬铸铁 —铸钢锤头的镶铸工艺
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韧性 , 端 部 具 有 足 够 的 耐 磨 性 。一 般 锤 柄 采 用 ZG270 - 500 即可满足使用要求 ,而端部材质可采 用高铬铸铁 ,视具体工况调整铬及其它合金元素的 含量 ,以期在耐磨性和韧性之间找到一合适的平衡 点 。一般说来 ,在冲击相对较小的场合可适当提高 含碳量以增加碳化物比例 (最高可达 35 %左右) ,同 时加入能够形成高硬度碳化物的元素 (如硼等) 。常 用的端部材质化学成分见表 1 。
研磨氧化铝 高锰钢衬板寿命 4 ～6 个月 。
大于 12 个月
输送水泥
使用 3 个月后 ,磨 损 4. 01 mm。
使用 3 个月后 ,仅 磨损 0. 77 mm。
研磨氧化铝 40Mn2 锻 钢 球 磨 耗 3. 67 kg/ t 矿 ,低铬球磨耗 3. 06 kg/ t 矿 ,高 铬球磨耗 1. 78 kg/ t 矿 。
3 结论
通过选择合适的材质成分 、铸造以及热处理工 艺 ,设计合理的锤柄结构 ,可获得质量稳定 ,耐磨性 优良 ( HRC58 - 62) 的复合锤头铸件 ,使用寿命明显 优于同等工况下的高锰钢锤头 。
(下转第 27 页)
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
磨耗 :1. 71 kg/ t 矿 。
5 结论
1) 以 Si 、Mn 、Cr 为 主 要 合 金 元 素 , 加 入 适 量 Mo 、V 、Ti 、B 、稀土的多元低合金铸钢 ,空冷后可获 得以贝氏体为主的组织 ,具有硬度和韧性高 、耐磨性 好等特点 。
2) 空冷贝氏体钢具有良好的抗回火稳定性 ,回 火温度高于 400 ℃ 时 ,随着回火温度升高 ,硬度降 低 。回火温度低于 350 ℃时 ,随着回火温度升高 ,冲 击韧性提高 ;超过 350 ℃ 后 ,随着回火温度升高 ,冲 击韧性降低 ,在 450 ℃左右达到最低值 。
摘 要 :分别采用 ZG270 - 500 和高铬铸铁作为锤柄和端部材质生产镶铸锤头 。在强度许可的前提下尽 量减小锤柄复合部位体积 。采用侧冒口工艺 ,金属液流经冒口进入型腔 ,减小冒口及冒口颈尺寸 ,提高工艺出 品率 。锤头使用寿命是同等工况下高锰钢锤头的 3 倍以上 。 关键词 :锤头 ;高铬铸铁 ;镶铸 ;复合铸造 中图分类号 : T G143. 7 文献标识码 :A 文章编号 :1004 - 6178 (2004) 02 - 0018 - 02
运转率提高 3 %以上 ,低合金贝氏体铸钢成本 5 000
表 3 低合金贝氏体铸钢在非金属矿行业应用效果
破碎机鄂板
球磨机衬板
输送管道
磨 球
破磨物料 原材质 新材质
破碎石灰石
动鄂板磨耗 16. 035 g/ t 矿 ,静鄂 板磨耗 18. 147 g/ t 矿 。
动鄂板磨耗 4. 106 kg/ t 矿 ,静鄂 板磨耗 4. 649 kg/ t 矿 。
存在的问题是 ,镶块大小和数量受限于锤头尺 寸 ,增强作用有限 ,同时为确保镶块与基体间的结合 效果 ,需采用诸如酸洗等方法对镶块进行表面处理 。
预置锤端的复合方法是将锤头使用过程中真正 起破碎作用的端部采用耐磨合金 (高铬铸铁) 预制成 形 ,放人锤头型腔内然后浇人锤柄金属 (普通碳钢) ,
从而实现端部与锤柄间的机械结合 。通常两者结合 部位被设计成燕尾的形式以增加结合的可靠程度 。 这种方法较前者操作更为简单 ,即可采取锤头金属 包覆锤柄的方式 ,也可相反 。因增加了锤头端部耐 磨合金的体积 ,因而锤头的整体耐磨性能有所提高 , 使用寿命可达高锰钢锤头的 3 倍[2 ,3 ] 。
Abstract :The cast steel and high chromium cast iron were used respectively as different parts (handle and head) of t he hammer produced by insert process. The enclosed part of t he insert should be as small as possible on condition t hat t he tensile strengt h needed mightbe assured. The side riser t hrough which liquid metal flowed to t he mold cavity was used ,t hus t he dimension of t he riser and its neck could be minimized and t he casting yield could be increased. The service life of t his kind of hammer was more t han 3 times t hat of a high2manganese one.
2 预置锤柄镶铸锤头的生产工艺
2. 1 材质选择 锤头材质的选择应确保锤柄具有足够的强度和
收稿日期 :2003 - 11 - 06 作者简介 :王超 (1974 - ) ,男 ,安徽淮北人 ,工程师 ,从事金属抗磨材料研究 。
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. ຫໍສະໝຸດ ll rights reserved.
2004 年第 2 期 2004 年
·应用研究·
铸造设备研究 RESEARCH STUD IES ON FOUNDR Y EQU IPM EN T
Apr. 2004 №2
高铬铸铁 —铸钢锤头的镶铸工艺
王 超 , 程红晓 , 王祥东 , 沈卫东 , 宋润泽 (江苏省机电研究所 ,徐州 221006)
2. 4 锤柄的处理
锤柄在使用前应除锈 、去污并经高温烘烤除湿 , 待完全冷却后置人型腔 ,合箱浇注 。锤柄一般无需 预热 ,如因结构所限 ,致使高铬铸铁包覆层厚度不 足 ,为避免产生裂纹 ,也应采用溢流预热的方法 ,因 采用外部预热 ,除预热温度难以掌握外 ,如预热后的 锤柄放在型腔内时间过长 ,还会导致水汽凝结 ,造成 气孔类缺陷 。
存在的问题是预置的高铬铸铁锤端在与后浇人 的锤柄金属液接触时 ,因导热性差 ,局部温度迅速升 高 ,在热应力和相变应力的综合作用下极易产生裂 纹 ,如不能及时发现 ,会导致锤头使用过程中发生脱 落 。虽然采取对预置锤端进行预热等措施可有效避 免裂纹的产生 ,但同时增加了操作的复杂性 。
预置锤柄的复合方法是将普通碳钢的锤柄预置 在锤头型腔内 ,而后浇人高铬铸铁液 ,并使高铬铸铁 包覆在锤柄四周 。与上述两种复合方法相比 ,后者 无需对预置块进行表面处理 ,无需预热 ,通常不产生 裂纹 ,因而在生产中得以广泛应用[4 ,5 ] 。
Key Words :hammer ;high chromium cast iron ;insert process ;composite casting
锤头镶铸工艺操作简单 ,生产成本低 ,铸件综合 性能优越 ,是双金属复合铸造中近乎完美的一种工 艺方法 。选择合理的镶铸方式和工艺参数 ,是确保 铸件使用寿命的关键 。
1 常见的锤头镶铸工艺
目前应用于生产的锤头镶铸工艺可归结为镶 块 、预置锤柄和预置锤端三种方式 。
第一种工艺是采用类似固定内冷铁的方法将具 有一定形状的耐磨合金块 (高铬铸铁) 固定在锤头型 腔的端部 ,利用随后浇人的高温金属液 (合金钢) 的 热量 ,在铸件凝固过程中使耐磨金属块与基体结合 在一起 。这种工艺的关键在于确保镶块与基体间实 现有效的冶金结合 ,因此通常在镶块的外形和尺寸 上采取适当措施 。在特定工况下 ,这种工艺生产的 锤头寿命约是高锰钢锤头的 2 倍[1 ] 。
2. 5 锤头的热处理
采用淬火 + 回火的热处理工艺 (如图 2) ,锤头 端部硬度 HRC58 - 62 。淬火时一般采用强制吹风 冷却 ,如环境温度较高或通风条件不理想可采用喷 雾冷却 。
图 2 锤头的热处理工艺
图 1 镶铸工艺示意图
2. 3 铸造工艺 分型面设在图 1 所示部位 ,而不应放在锤柄中
体铸钢破碎机鄂板 、球磨机衬板和矿粉输送管道以 可见在非金属矿行业推广应用低合金贝氏体铸钢具
及高碳贝氏体铸钢磨球的工业试验 ,使用结果见表 有很好的效果 ,可提高设备运转率 ,降低非金属矿的
3 。低合金贝氏体铸钢鄂板和衬板使用安全 ,使用中 破碎和研磨以及矿粉输送成本 ,提高非金属矿行业
从未出断裂 ,使用寿命比高锰钢提高 2 倍以上 ,设备 经济效益 。
表 1 高铬铸铁的化学成分(质量分数 , %)
名称 C
Si Mn S
P Cr Mo Cu
高铬 2. 9～ 0. 4～ 0. 5～ <
< 14～ 1. 5～ 0. 8～
铸铁 3. 3 1. 0 0. 9 0. 05 0. 05 18 2. 0 1. 2
2. 2 镶铸锤柄结构设计
预置锤柄一般体积较大 ,具有很强的激冷作用 , 如复合部位结构设计不当 ,仍然容易导致高铬铸铁 锤端产生裂纹 。因铸造过程中的影响因素较多 ,根 据简化的数学模型推导出的用于计算高铬铸铁包覆 厚度的公式[6 ] ,很难对生产过程具有实际的指导意 义 ,因此一般仍凭经验确定锤柄复合部位的结构和 尺寸 。总的原则是在保证结合强度的前提下 ,尽可 能减小复合部位的体积 。生产中一般采取以下措施 (如图 1 所示) [5 ] : (1) 确保高铬铸铁包覆层厚不小于 15mm ; (2) 尽可能将复合部位镂空 。(3) 锤柄复合 部位采用尽可能大的圆角过渡 。(4) 确保一定的锥 度。
