反擊式破碎機(jī)的錘頭是破碎機(jī)的主要易損件之一，每年消耗大量金屬材料。目前國(guó)內(nèi)的破碎機(jī)錘頭大部分使用高錳鋼材質(zhì)，但在很多工況下工作時(shí)難以形成有效的硬化層、耐磨性不高、使用壽命非常短，不僅影響物料的破碎過程，同時(shí)頻繁停機(jī)更換錘頭也增加了維修工作量，影響正常工作。
選擇42CrMo作為新型錘頭的材質(zhì)，并確定其熱處理工藝及措施，使其具有較好的硬度和韌性，且經(jīng)濟(jì)效益較好。以下對(duì)42CrMo進(jìn)行了硬度、磨損性能對(duì)比分析和試樣金相觀察等分析。
1、反擊式破碎機(jī)工作原理
反擊式破碎機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的板錘，對(duì)送入破碎腔內(nèi)的物料高速?zèng)_擊而破碎，并使已破碎物料沿切線方向高速拋向破碎腔另一端反擊板，再次破碎，然后反彈到板錘，繼續(xù)重復(fù)上述過程，在往返途中，物料間還有相互碰擊作用。由于物料受到板錘的打擊、與反擊板的沖擊及物料相互之間的碰撞，物料不斷產(chǎn)生裂縫、松散而致粉碎；當(dāng)物料粒度小于反擊板與板錘之間的縫隙時(shí)，就被卸出。圖1為一種典型反擊式破碎機(jī)的工作原理圖。
2、42CrMo鋼化學(xué)成分
實(shí)驗(yàn)材料42CrMo鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：C，0.38一0.45；Si，0.20—0,40；Mn，0,50—0,80; Cr, 0,90一1.20; Mo, 0.15—0.25;P,S0.04;S，≤0.04。
當(dāng)碳含量偏于上限時(shí)（即含碳量在允許的范圍內(nèi)增加時(shí)）．能夠令組織中的碳化物較多，熱處理后的硬度較高，可達(dá)HRC55—60，但韌性顯著降低，較之高錳鋼，不能承受很大的沖擊載荷，所以作為錘頭用材，42CrMo的碳含量不宜太高。此外，Mn能夠進(jìn)—步提高鋼的淬透性，Si的存在能夠強(qiáng)化固溶體、抑制錳碳化合物量，該鋼材經(jīng)過250一320℃回火后，可獲得下貝氏體組織，硬度可達(dá)HRC53—56，并具有較高的強(qiáng)度和相對(duì)良好的韌性，其抗磨能力優(yōu)于馬氏體組織。
3、42CrMo試樣的熱處理工藝選擇
42CrMo的鐵素體一奧氏體的臨界轉(zhuǎn)變溫度為780℃。由42CrMo淬火溫度對(duì)組織和性能的影響圖（圖2）可以看出：淬火溫度從810℃升到820℃時(shí)材料的硬度顯著增加，當(dāng)淬火溫度高于820℃后材料硬度提高緩慢，直至溫度為850℃時(shí)硬度達(dá)到最大值，如繼續(xù)提高溫度硬度開始下降。這是因?yàn)榇慊饻囟忍停瑠W氏體化不充分，存在未相變的鐵素體，表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度偏低；淬火溫度過高，晶粒長(zhǎng)大，淬火組織粗大，也表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度偏低。因此，42CrMo鋼的最佳淬火溫度830—850℃。
本實(shí)驗(yàn)中選用850℃的淬火溫度。
淬火介質(zhì)選擇水的原因?yàn)椋核鳛榇慊鸾橘|(zhì)，清潔、安全、價(jià)廉、不需清洗，在可能條件下能夠廣泛使用。而且作為形狀簡(jiǎn)單、尺寸不大的試樣，選擇水淬即能夠達(dá)到所需的冷卻溫度。
水淬時(shí)應(yīng)注意增加水的攪拌（或流動(dòng)），促使蒸汽膜穩(wěn)定性降低，增加高溫冷卻能力；也可在水中加入食鹽( NaCI)、堿(NaOH)等提高水的冷卻能力。由于鹽、堿溶于水中，淬火時(shí)以小晶體析出在工件表面，使蒸汽膜迅速爆裂，加速蒸汽膜的破壞，從而提高了水的特性溫度，使沸騰階段提前。
淬火后對(duì)42CrMo進(jìn)行回火，以獲得相對(duì)良好的韌性。
本實(shí)驗(yàn)最后通過對(duì)試樣（42CrMo）采取淬火+低溫回火的熱處理工藝，其熱處理工藝參數(shù)為：淬火溫度，850℃；淬火時(shí)間，20 min；淬火介質(zhì)，水淬；回火溫度，200℃；回火時(shí)間，20lrun。
4、磨損性能測(cè)定
為驗(yàn)證經(jīng)過淬火+回火熱處理工藝的42CrMo是否能夠體現(xiàn)較好的耐磨性能，材料的耐磨性是否能夠令其擔(dān)當(dāng)破碎機(jī)錘頭這一易磨損部件，以及實(shí)驗(yàn)最初的選材、熱處理工藝的選擇是否正確，分別對(duì)經(jīng)過淬火+回火處理的42CrMo試樣及原來的Mn13錘頭在M-2000型動(dòng)載荷磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)分析。
試樣尺寸：10 mm×10 mm×18 mm
試樣所加載荷：150 N
在該試驗(yàn)條件下，稱取磨損30 min前后重量，算出失重，以失重值的倒數(shù)作為材料耐磨性指標(biāo)，其數(shù)值越大，表示其耐磨性越好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，42CrMo磨損量比Mn13錘頭試樣小得多，且42CrMo試樣在耐磨性能的均勻性方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于Mn13錘頭試樣。
5、試樣硬度和金相組織觀察
(1)試樣硬度對(duì)比如表3、表4所示。
42CrMo熱處理后的硬度比M13高很多，有利于耐磨性的提高。
Mn13錘頭表面金相組織為奧氏體基體+少量馬氏體+碳化物+滑移線+裂紋；Mn13錘頭心部金相組織為奧氏體基體+碳化物+裂紋；42CrMo經(jīng)過淬火+回火之后，由原來的粗大晶粒變成均勻分布的顆粒細(xì)小的針狀馬氏體+少量板條馬氏體，所以在性能上表現(xiàn)出硬度高、硬度分布均勻的特點(diǎn)，且其細(xì)小晶粒形態(tài)也使得該試樣具備較好的韌性。
6、42CrMo作錘頭材料性能提高原因分析
對(duì)合金鋼錘頭做裝機(jī)實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)：42CrMo的新型錘頭無論是在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中還是在實(shí)際裝機(jī)試驗(yàn)中，相對(duì)于高錳鋼錘頭，都表現(xiàn)出了很好的耐磨性能和力學(xué)性能，使得該錘頭（與試樣）能夠在工作中表現(xiàn)穩(wěn)定、合格，使用壽命較長(zhǎng)。
42CrMo新型錘頭經(jīng)過了淬火+回火的處理之后，其顯微組織為均勻分布的回火馬氏體+貝氏體組織，該組織賦予了該類材質(zhì)的錘頭較高的硬度和韌性。材料硬度高，物料壓入材料表面的深度就淺，切削產(chǎn)生的磨屑體積就小，耐磨性能好；韌性高，則說明材料可吸收的能量大，裂紋不易形成和擴(kuò)展，同樣表現(xiàn)出良好的耐磨性能。
相對(duì)于42CrMo的錘頭，高錳鋼錘頭則在裝機(jī)試驗(yàn)和摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出比較大的差異。首先是在耐磨性上表現(xiàn)較差，這是因?yàn)楦咤i鋼如果沒有形成足夠的硬化層．其優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨性能無從發(fā)揮，從對(duì)高錳鋼錘頭的裝機(jī)測(cè)試可以看出，高錳鋼的耐磨性在很大程度上受制于具體工作狀況，在許多工作條件中較難形成有效的硬化層。其次，也正是由于高錳鋼錘頭的耐磨性能受制于工況條件，所以該錘頭在工作中的表現(xiàn)很不穩(wěn)定。受到較大應(yīng)力時(shí)，形成足夠的硬化層，則磨損量小，耐磨性好；反之，則磨損量大，因?yàn)槿绻麤]有形成足夠的加工硬化層，再加上組織中沒有由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生足夠的馬氏體，大部分組織為奧氏體，其硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)錘頭硬度的要求，很容易磨損，耐磨性偏低。這一點(diǎn)，42CrMo則不然，由于其組織為穩(wěn)定的力學(xué)性能較好的回火馬氏體，在摩擦磨損過程中沒有發(fā)生相變，所以不僅其耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的高錳鋼錘頭，且表現(xiàn)出來的性能一直很穩(wěn)定。
7、結(jié)論
42CrMo試樣在經(jīng)過淬火+回火的熱處理之后，通過對(duì)其耐磨性能、硬度、金相組織的分析可知：試樣在硬度方面大大超過了原高錳鋼錘頭，且在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，其表現(xiàn)出來的耐磨性極大的超越了原高錳鋼錘頭。
根據(jù)不同的工況條件選用不同材質(zhì)的破碎機(jī)錘頭，特別是在高錳鋼錘頭耗損量較大，高錳鋼表面得不到足夠應(yīng)變加工硬化層的情況下，選用42CrMo作為破碎機(jī)錘頭，將得到更高的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
選擇42CrMo作為新型錘頭的材質(zhì)，并確定其熱處理工藝及措施，使其具有較好的硬度和韌性，且經(jīng)濟(jì)效益較好。以下對(duì)42CrMo進(jìn)行了硬度、磨損性能對(duì)比分析和試樣金相觀察等分析。
1、反擊式破碎機(jī)工作原理
反擊式破碎機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的板錘，對(duì)送入破碎腔內(nèi)的物料高速?zèng)_擊而破碎，并使已破碎物料沿切線方向高速拋向破碎腔另一端反擊板，再次破碎，然后反彈到板錘，繼續(xù)重復(fù)上述過程，在往返途中，物料間還有相互碰擊作用。由于物料受到板錘的打擊、與反擊板的沖擊及物料相互之間的碰撞，物料不斷產(chǎn)生裂縫、松散而致粉碎；當(dāng)物料粒度小于反擊板與板錘之間的縫隙時(shí)，就被卸出。圖1為一種典型反擊式破碎機(jī)的工作原理圖。
2、42CrMo鋼化學(xué)成分
實(shí)驗(yàn)材料42CrMo鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：C，0.38一0.45；Si，0.20—0,40；Mn，0,50—0,80; Cr, 0,90一1.20; Mo, 0.15—0.25;P,S0.04;S，≤0.04。
當(dāng)碳含量偏于上限時(shí)（即含碳量在允許的范圍內(nèi)增加時(shí)）．能夠令組織中的碳化物較多，熱處理后的硬度較高，可達(dá)HRC55—60，但韌性顯著降低，較之高錳鋼，不能承受很大的沖擊載荷，所以作為錘頭用材，42CrMo的碳含量不宜太高。此外，Mn能夠進(jìn)—步提高鋼的淬透性，Si的存在能夠強(qiáng)化固溶體、抑制錳碳化合物量，該鋼材經(jīng)過250一320℃回火后，可獲得下貝氏體組織，硬度可達(dá)HRC53—56，并具有較高的強(qiáng)度和相對(duì)良好的韌性，其抗磨能力優(yōu)于馬氏體組織。
3、42CrMo試樣的熱處理工藝選擇
42CrMo的鐵素體一奧氏體的臨界轉(zhuǎn)變溫度為780℃。由42CrMo淬火溫度對(duì)組織和性能的影響圖（圖2）可以看出：淬火溫度從810℃升到820℃時(shí)材料的硬度顯著增加，當(dāng)淬火溫度高于820℃后材料硬度提高緩慢，直至溫度為850℃時(shí)硬度達(dá)到最大值，如繼續(xù)提高溫度硬度開始下降。這是因?yàn)榇慊饻囟忍停瑠W氏體化不充分，存在未相變的鐵素體，表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度偏低；淬火溫度過高，晶粒長(zhǎng)大，淬火組織粗大，也表現(xiàn)為強(qiáng)度、硬度偏低。因此，42CrMo鋼的最佳淬火溫度830—850℃。
本實(shí)驗(yàn)中選用850℃的淬火溫度。
淬火介質(zhì)選擇水的原因?yàn)椋核鳛榇慊鸾橘|(zhì)，清潔、安全、價(jià)廉、不需清洗，在可能條件下能夠廣泛使用。而且作為形狀簡(jiǎn)單、尺寸不大的試樣，選擇水淬即能夠達(dá)到所需的冷卻溫度。
水淬時(shí)應(yīng)注意增加水的攪拌（或流動(dòng)），促使蒸汽膜穩(wěn)定性降低，增加高溫冷卻能力；也可在水中加入食鹽( NaCI)、堿(NaOH)等提高水的冷卻能力。由于鹽、堿溶于水中，淬火時(shí)以小晶體析出在工件表面，使蒸汽膜迅速爆裂，加速蒸汽膜的破壞，從而提高了水的特性溫度，使沸騰階段提前。
淬火后對(duì)42CrMo進(jìn)行回火，以獲得相對(duì)良好的韌性。
本實(shí)驗(yàn)最后通過對(duì)試樣（42CrMo）采取淬火+低溫回火的熱處理工藝，其熱處理工藝參數(shù)為：淬火溫度，850℃；淬火時(shí)間，20 min；淬火介質(zhì)，水淬；回火溫度，200℃；回火時(shí)間，20lrun。
4、磨損性能測(cè)定
為驗(yàn)證經(jīng)過淬火+回火熱處理工藝的42CrMo是否能夠體現(xiàn)較好的耐磨性能，材料的耐磨性是否能夠令其擔(dān)當(dāng)破碎機(jī)錘頭這一易磨損部件，以及實(shí)驗(yàn)最初的選材、熱處理工藝的選擇是否正確，分別對(duì)經(jīng)過淬火+回火處理的42CrMo試樣及原來的Mn13錘頭在M-2000型動(dòng)載荷磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)分析。
試樣尺寸：10 mm×10 mm×18 mm
試樣所加載荷：150 N
在該試驗(yàn)條件下，稱取磨損30 min前后重量，算出失重，以失重值的倒數(shù)作為材料耐磨性指標(biāo)，其數(shù)值越大，表示其耐磨性越好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，42CrMo磨損量比Mn13錘頭試樣小得多，且42CrMo試樣在耐磨性能的均勻性方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于Mn13錘頭試樣。
5、試樣硬度和金相組織觀察
(1)試樣硬度對(duì)比如表3、表4所示。
42CrMo熱處理后的硬度比M13高很多，有利于耐磨性的提高。
Mn13錘頭表面金相組織為奧氏體基體+少量馬氏體+碳化物+滑移線+裂紋；Mn13錘頭心部金相組織為奧氏體基體+碳化物+裂紋；42CrMo經(jīng)過淬火+回火之后，由原來的粗大晶粒變成均勻分布的顆粒細(xì)小的針狀馬氏體+少量板條馬氏體，所以在性能上表現(xiàn)出硬度高、硬度分布均勻的特點(diǎn)，且其細(xì)小晶粒形態(tài)也使得該試樣具備較好的韌性。
6、42CrMo作錘頭材料性能提高原因分析
對(duì)合金鋼錘頭做裝機(jī)實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)：42CrMo的新型錘頭無論是在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中還是在實(shí)際裝機(jī)試驗(yàn)中，相對(duì)于高錳鋼錘頭，都表現(xiàn)出了很好的耐磨性能和力學(xué)性能，使得該錘頭（與試樣）能夠在工作中表現(xiàn)穩(wěn)定、合格，使用壽命較長(zhǎng)。
42CrMo新型錘頭經(jīng)過了淬火+回火的處理之后，其顯微組織為均勻分布的回火馬氏體+貝氏體組織，該組織賦予了該類材質(zhì)的錘頭較高的硬度和韌性。材料硬度高，物料壓入材料表面的深度就淺，切削產(chǎn)生的磨屑體積就小，耐磨性能好；韌性高，則說明材料可吸收的能量大，裂紋不易形成和擴(kuò)展，同樣表現(xiàn)出良好的耐磨性能。
相對(duì)于42CrMo的錘頭，高錳鋼錘頭則在裝機(jī)試驗(yàn)和摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出比較大的差異。首先是在耐磨性上表現(xiàn)較差，這是因?yàn)楦咤i鋼如果沒有形成足夠的硬化層．其優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨性能無從發(fā)揮，從對(duì)高錳鋼錘頭的裝機(jī)測(cè)試可以看出，高錳鋼的耐磨性在很大程度上受制于具體工作狀況，在許多工作條件中較難形成有效的硬化層。其次，也正是由于高錳鋼錘頭的耐磨性能受制于工況條件，所以該錘頭在工作中的表現(xiàn)很不穩(wěn)定。受到較大應(yīng)力時(shí)，形成足夠的硬化層，則磨損量小，耐磨性好；反之，則磨損量大，因?yàn)槿绻麤]有形成足夠的加工硬化層，再加上組織中沒有由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生足夠的馬氏體，大部分組織為奧氏體，其硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)錘頭硬度的要求，很容易磨損，耐磨性偏低。這一點(diǎn)，42CrMo則不然，由于其組織為穩(wěn)定的力學(xué)性能較好的回火馬氏體，在摩擦磨損過程中沒有發(fā)生相變，所以不僅其耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的高錳鋼錘頭，且表現(xiàn)出來的性能一直很穩(wěn)定。
7、結(jié)論
42CrMo試樣在經(jīng)過淬火+回火的熱處理之后，通過對(duì)其耐磨性能、硬度、金相組織的分析可知：試樣在硬度方面大大超過了原高錳鋼錘頭，且在摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中，其表現(xiàn)出來的耐磨性極大的超越了原高錳鋼錘頭。
根據(jù)不同的工況條件選用不同材質(zhì)的破碎機(jī)錘頭，特別是在高錳鋼錘頭耗損量較大，高錳鋼表面得不到足夠應(yīng)變加工硬化層的情況下，選用42CrMo作為破碎機(jī)錘頭，將得到更高的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
