錘式破碎機(jī)是利用錘頭的高速?zèng)_擊作用，對(duì)物料進(jìn)行中碎和細(xì)碎作業(yè)的破碎機(jī)械。但由于錘頭耐磨較快，在應(yīng)用上受到限制。因此行業(yè)中將錘頭列為易損件，每年消耗量巨大。如何解決耐磨材料行業(yè)這一難題，并對(duì)其進(jìn)行研究和試驗(yàn)，將具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。
從錘頭的磨損位置來說，主要是錘頭T作面的耐磨，從初始的扇形磨損到釘形。從錘頭的磨損方式來說，主要是沖擊和沖刷磨損。而沖擊磨損中，其沖擊力不是很大，屬于低沖擊型的磨料磨損，磨損的微觀形貌為沖擊坑。而沖刷磨損是物料插入材料表面，在部分切向力和法向力的作用下，對(duì)材料表面金屬產(chǎn)生沖刷，其微觀形貌為切削犁溝。基于錘頭的磨損特點(diǎn)，設(shè)想在錘頭工作面上制作4～10mm厚度陶瓷復(fù)合層，并用實(shí)型負(fù)壓消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結(jié)合的方法將4～10mm厚度陶瓷復(fù)合層與高硼鑄鋼錘頭本體形成冶金結(jié)合。
1、陶瓷復(fù)合層耐磨原理與制作工藝
陶瓷復(fù)合層提高錘頭耐磨性的原理是：利用鑄滲到陶瓷復(fù)合層中的高硼鑄鋼，該鑄鋼經(jīng)熱處理后，不僅有硬質(zhì)相硼化物，而且形成了具有一定硬度和強(qiáng)韌性的板條狀馬氏體基體組織，該基體組織對(duì)復(fù)合層中的wc顆粒起“支撐效應(yīng)”。而義由于wc顆粒具有韌性好、硬度高、抗沖擊載荷及抗磨粒磨損能力強(qiáng)，并與鐵基金屬液潤(rùn)濕性能好等特點(diǎn)，因此能夠?qū)w產(chǎn)生“陰影效應(yīng)”。正是由于板條狀馬氏體基體組織與wc顆粒達(dá)到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的共同作用，以致設(shè)計(jì)的陶瓷復(fù)合層能夠達(dá)到提高錘頭耐磨性的效果。
通常情況下，大于或等于10 mm的復(fù)合層厚度是表層鑄滲技術(shù)的難點(diǎn)，用普通的鑄滲法是很難解決的。因此，考慮采用實(shí)型負(fù)壓消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結(jié)合的方法。該方法能夠做到表面改性和鑄件成型同時(shí)完成，是一種比較理想的新．型表面改性技術(shù)；并適合于大批大量的生產(chǎn)，無論是鑄件的精度，還是鑄滲層的質(zhì)量穩(wěn)定性都能夠得到保證，操作也簡(jiǎn)單方便。
2、陶瓷復(fù)合層的制作過程
2.1錘頭本體材料
錘頭本體材料采用高硼鑄鋼，由于高硼鑄鋼硼含量較高，達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%～1.5%，因此鑄鋼中存在鐵硼相組織，該組織屬于硬質(zhì)相，具有硬度高、熱穩(wěn)定性能好等特點(diǎn)。將高硼鑄鋼應(yīng)用于制作錘頭本體，能充分發(fā)揮其優(yōu)異的淬透性、淬硬性、強(qiáng)韌性和耐磨性。又由于在高硼鑄鋼中采用較低的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%左右），淬火后形成低碳馬氏體，有利于提高錘頭本體的強(qiáng)韌性。使用中當(dāng)陶瓷復(fù)合層磨損后，錘頭還可繼續(xù)使用，因?yàn)楦吲痂T鋼本身也是耐磨材料，以致延長(zhǎng)了錘頭使用時(shí)間，節(jié)約成本。
2.2陶瓷復(fù)合層材料
陶瓷復(fù)合層的材料包括鑄滲劑、熔劑和粘結(jié)劑等，具體組成見表l。
2.21陶瓷復(fù)合層坯塊制作模具的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)專門的陶瓷復(fù)合層坯塊制作模具，其坯塊形狀與錘頭工作面基本相同，錘頭工作面的主要磨損區(qū)（錘頭的下端）坯塊的厚度達(dá)到10 mm，磨損區(qū)的上端厚度為4 mm。坯塊制作模具設(shè)計(jì)時(shí)，將陶瓷復(fù)合層外層t作面設(shè)計(jì)成弧面，與泡沫塑料模粘貼的面為平面。外層工作面設(shè)計(jì)成弧面的目的是：既可減少?zèng)_擊磨損，又可減少?zèng)_刷磨
損。當(dāng)物料沖擊到光滑的陶瓷復(fù)合層弧面時(shí)，容易滑落而不容易形成沖擊坑；而減少?zèng)_刷磨損的效果就更加明顯，不但能大大減少物料插入材料表面，而且能最大程度減少物料在材料表面的切向力和法向力的沖刷力。設(shè)計(jì)的坯塊制作模具的材料為鋁合金。
2.2.3坯塊的制作
將表l中各種材料根據(jù)體積分?jǐn)?shù)稱量，倒入容器中，干混一定時(shí)間后，加入粘結(jié)劑后濕混2~3mm，一定要充分?jǐn)嚢瑁蟀鑴虿唤Y(jié)塊，然后將其倒入坯塊制作模具中，搗實(shí)后刮平。放人溫度為50℃的烘房中烘干（可隨其他消失模一同烘干），烘干后脫模保存。由此可見，當(dāng)大量生產(chǎn)時(shí)，坯塊制作模具的臺(tái)套數(shù)要比較多，這樣才能滿足生產(chǎn)需要。
2.3錘頭消失模的制作
23.1錘頭消失模本體的制作
錘頭消失模本體的制作可設(shè)計(jì)專門的壓型發(fā)泡成型模，也可采用機(jī)械加工方法制作。考慮到錘頭形狀比較簡(jiǎn)單，完全可以用切割的方法將泡沫聚苯乙烯塑料板做成錘頭的模樣。但不論何種方法制作，都必須保證錘頭消失模模樣比實(shí)際的錘頭產(chǎn)品在工作面下端厚度小10 mm，其上端厚度小4mm，錘頭另一工作面也與此相同。
2.3.2錘頭消失模本體與陶瓷復(fù)合層坯塊的粘合
將切割制作成型的錘頭消失模本體和已烘干的陶瓷復(fù)合層坯塊用熱膠粘貼，并將澆注系統(tǒng)、冒口等粘貼在消失模上，接著對(duì)模樣及澆冒口系統(tǒng)整體浸涂耐火涂料，然后裝入溫度為50℃的烘房中烘干。
2.4消失模鑄造與鑄滲法鑄造相結(jié)合制作復(fù)合層
2.4.1消失模鑄造
將涂敷了耐火涂料并已烘干的錘頭消失模整體埋入于砂中，在振動(dòng)頻率為50～60 Hz、振幅為1～2mm、加速度為1～2g參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行振實(shí)，負(fù)壓真空度為0.02-0.04 MPa。高硼鑄鋼鋼液的澆注溫度為1470℃。
2.4.2 鑄滲法鑄造
鑄滲法是在鑄件凝固過程中實(shí)現(xiàn)工件表面合金化，從而使其表面具有特殊組織和性能的表面改性方法。本實(shí)驗(yàn)采用消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結(jié)合的方法，其鑄滲效果能發(fā)揮到最大程度。首先是消失模鑄造澆注時(shí)抽負(fù)壓，能將大量的氣體在負(fù)壓壓力作用下逸出，由此產(chǎn)生比較多的空隙，有利于高溫鋼液的滲入。其次由于負(fù)壓的存在．鑄滲動(dòng)力得到提高，導(dǎo)致高溫鋼液滲透速度的加快和滲透量的加大，其結(jié)果得以本體和復(fù)合層的結(jié)合層過度平緩，結(jié)合的質(zhì)量更好。另外，由于是消失模鑄造，可以在陶瓷復(fù)合層坯塊中加入一定量的泡沫聚苯乙烯微珠，澆注時(shí)微珠氣化，能導(dǎo)致鑄滲通道的大量增加，就是復(fù)合層的最外層熱量也不減少，同樣有強(qiáng)烈的熱作用。
本試驗(yàn)鑄滲法鑄造是將1470℃高硼鑄鋼鋼液澆人消失模中，高溫鋼液在負(fù)壓吸力、鋼液靜壓力、毛細(xì)管力等作用下向陶瓷復(fù)合層坯塊中的空隙滲入，并將鉻鐵粉大部分熔化、wc尖角處部分熔化，形成合金化層。又由于鉻鐵粉碳含量比較高，在高溫鋼液的作用下，可能形成M7C3碳化物。當(dāng)滲入的高溫鋼液最終與耐火涂料層接觸時(shí)，鑄滲過程結(jié)束，高硼鑄鋼凝固后，陶瓷復(fù)合層形成。
3、陶瓷復(fù)合層的耐磨性能
3.1陶瓷復(fù)合屢的鑄態(tài)組織與硬度
用消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結(jié)合的方法制作的陶瓷復(fù)合層，用線切割的方法將其從錘頭本體切開，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，陶瓷復(fù)合層與高硼鑄鋼錘頭本體形成了良好的冶金結(jié)合。其鑄態(tài)基體組織主要由珠光體組成并有少量的馬氏體和鐵素體，在基體上分布一定數(shù)量的硼化物及WC等成分，組織細(xì)小并分布均勻，如圖1。在鑄態(tài)下檢測(cè)硬度為45-48 HRC之間，平均硬度為46.4HRC。
3.2陶瓷復(fù)合層的淬火組織與硬度
對(duì)陶瓷復(fù)合層的熱處理工藝，要求采用與高硼鑄鋼相同的熱處理工藝。而高硼鑄鋼的熱處理是為了獲得高硬度、良好的耐磨性以及高強(qiáng)韌性。兩種材料采用相同熱處理工藝主要為日后生產(chǎn)著想。熱處理采用箱式電阻爐加熱，將爐溫加熱到1020℃保溫2h．以水冷方式快速冷卻，回火在保溫爐中180℃保溫4h后空冷。其淬火組織如圖2。基體組織為高韌性的馬氏體組織，在基體上分布著除呈斷網(wǎng)狀分布的硼化物、碳化物，此外，還存在一定量的WC等顆粒，由于陶瓷復(fù)合層中鉻與碳的含量比高硼鑄鋼高，因此復(fù)合層的淬透性與淬硬性都比較好。檢測(cè)硬度為63—67HRC，平均硬度為65.4 HRC。
3.3陶瓷復(fù)合層的耐磨性能
磨損試驗(yàn)在UMT-2多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載載荷為20 N;頻率為10 Hz；轉(zhuǎn)速為600 r/min;磨損時(shí)間為30 min;磨球?yàn)?phi;4的Si3N4球，硬度為24.5 GPa;測(cè)試的對(duì)比材料為高硼鑄鋼，其結(jié)果如表2。
陶瓷復(fù)合層（編號(hào)1）與高硼鑄鋼（編號(hào)2）摩痕的三維形貌如圖3。
由試驗(yàn)結(jié)果可知，陶瓷復(fù)合層的耐磨性是高硼鑄鋼的3倍。
4、結(jié)論
(1)采用實(shí)型負(fù)壓消失模鑄造和鑄滲法鑄造相結(jié)合的方法形成錘頭T作面上一層4～10mm厚度的陶瓷復(fù)合層，該方法是提高破碎機(jī)錘頭耐磨性的一種新嘗試。
(2)采用本陶瓷復(fù)合層的制作方法解決了大于或等于l0mm復(fù)合層厚度的鑄滲技術(shù)的難點(diǎn)，并能將陶瓷復(fù)合層外層工作面設(shè)計(jì)成弧面。
(3)陶瓷復(fù)合層硬度達(dá)到65 HRC以上，其耐磨性是高硼鑄鋼的3倍。
相關(guān)破碎機(jī)產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機(jī)
2、
圓錐破碎機(jī)
3、
雷蒙磨粉機(jī)
