高锰钢类锤头及适应工况条件

高锰钢类锤头及适应工况条件，耐磨锤头常用的材料有：高锰钢、高铬铸铁、低碳合金钢。高锰钢韧性好，工艺性好，价格低，其主要特点是在较大的冲击或接触应力的作用下，表面层将迅速产生加工硬化，其加工硬化指数比其它材料高，耐磨性得到较大的提高。但如果使用破碎机锤头过程中冲击力不够或接触应力小，则不能使表面迅速产生加工硬化，高锰钢的耐磨性就不能充分发挥。由于破碎物料，锤头头部需要良好的耐磨性而柄部又需要足够韧性，通常用合金钢、高锰钢、铸钢加高铬铸铁双金属复合等材料用锻造或铸造方法一次成型，配上相应的热处理工艺就比较经济一点。巩义东辰实业生产的耐磨锤头有高锰钢材质类型的，下面东辰介绍高锰钢类锤头及适应工况条件。

1.高锰钢锤头
高锰钢是传统的耐磨材料，距今已有100多年的历史。高锰钢铸态组织为奥氏体和部分碳化物。碳化物数量多时会在晶界上以网状出现，严重割裂基体组织，降低了基体组织的韧性；但经过水韧处理后，基体组织完全奥氏体化，塑性和韧性大大提高，化学成分及性能见表1。在较大的冲击或接触应力的作用下，高锰钢表层奥氏体组织发生相变硬化和加工硬化，原始硬度由HB180～200迅速上升到HB450～500，耐磨性得到大的提高。

外载荷越大，高锰钢表层加工硬化程度越高；但从表面向内的变形程度逐渐减少，加工硬化程度逐渐降低；因此加工硬化层的下面仍是奥氏体组织，它与硬化层牢固地结合在一起，具有良好的抗磨料犁削磨损性能和较好的抗冲击疲劳性能。当表层硬化层逐渐被磨耗的同时，在强烈外载荷的作用下，硬化层不断向内发展，始终维持稳定的硬化层，具有较好的抗磨性能。

2.合金化高锰钢锤头
为了进一步提高高锰钢锤头的耐磨性能，在保留足够韧性的前提下，对高锰钢进行合金化处理，研制了改性合金高锰钢。如单独或复合加入Cr、Mo、V等，改善高锰钢的屈服强度、奥氏体加工硬化能力、晶粒细化度、弥散强化程度等，进一步提高高锰钢的使用寿命。

Cr是强扩散元素，影响碳的扩散过程，提高奥氏体的稳定性、屈服强度和淬透性。Cr是较强的碳化物形成元素（与Mn比较），能形成比（Fe·Mn）3C更稳定的（Fe·Cr）3C型合金渗碳体。当Cr含量超过2.5％时，基体组织韧性急剧下降。高温时，Mo固溶奥氏体，冷却凝固后部分固溶于体中，部分分布在碳化物中，改善奥氏体沿树枝晶发展的倾向，抑制过冷奥氏体分解，提高奥氏体的稳定性。合金化高锰钢经过沉淀强化热处理，晶粒细化，奥氏体晶界基本无碳化物出现。虽然基体上有部分碳化物，但呈细小颗粒状均匀弥散分布，是奥氏体基体的强化相，大大提高了合金高锰钢的耐磨性。

3.高锰钢镶铸高铬合金铸铁锤头、镶铸钢结硬质合金锤头
高锰钢锤头韧性高，抗强烈冲击能力高。高铬合金铸铁锤头合金含量高，经过适当的热处理后，其组织为：M7C3型碳化物+马氏体+弥散分布的二次碳化物+残余奥氏体，宏观硬度达HRC60以上，抗磨损能力强。钢结硬质合金是以难熔金属碳化物（主要是TiC、WC）作硬质相，以碳钢为粘结相，用粉末冶金法制取的复合材料。其组织特点是，微细的硬质相晶粒均匀弥散地分布于碳钢基体中，具有较高的抗磨损性能。为充分发挥高锰钢优良的抗冲击性能和高铬合金铸铁（或钢结硬质合金）较强的抗磨损性能，采用镶铸生产工艺见图3，将两种材料有机地结合在一起，经水韧处理后，获得具有较高综合性能和抗磨损性能的复合新材料。

具体镶铸生产工艺过程为：在型腔某部位预先放人具有良好耐磨性的预制块（高铬合金铸铁或钢结硬质合金），然后向型腔内浇注具有良好韧性的母液（高锰钢），通过母液强烈的热作用，使镶块与母液接触的界面上在一定的时间内处于熔化或溶解状态并发生元素的相互扩散及冶金反应，冷凝后，镶块与母材牢同的熔焊为一体。

4.高锰钢工作表面堆焊耐磨层
随着表面堆焊技术的发展，研制了高锰钢工作表面堆焊耐磨层锤头。堆焊时，在高温脆性区，晶界周围易产生低熔点共晶体，如Fe+FeS（熔点985℃）、FeS+FeO（熔点940℃）及Fe+Fe3P（熔点1 050℃）等。由于高锰钢的线膨胀系数大，导热系数低（约为低碳钢的1/5），焊接时易产生较大的热应力和组织应力，易发生过热现象；降低了焊接接头和焊缝的韧性，同时易产生热裂纹。

奥氏体基体组织受热至300℃以上时，碳化物会沿晶界析出，破坏了奥氏体组织的完整性，晶界碳化物的聚集会使高锰钢脆化。为避免高锰钢基体性能恶化，基本上采用“冷焊”工艺，即采用各种方法使高锰钢基体在焊接过程中保持在较低温度，减少基体在300℃以上的停留时间。针对高锰钢锤头堆焊后不进行水韧处理的工况，为降低焊接时产生的热应力和组织应力，采用堆焊层组织结构逐渐过渡（母材+中间过渡层+耐磨层）的复合堆焊技术方案，确保焊接接头和焊缝具有足够的韧性。堆焊后耐磨层金属（耐磨层厚约5～10mm）的硬度为HRC55～60，使用寿命大大提高。

综上所述，高锰钢锤头、合金高锰钢锤头、高锰钢镶铸高铬合金铸铁锤头、高锰钢工作表面堆焊耐磨层锤头适合石灰石品质较高（石灰石中硅含量≤2%，抗压强度≤120MPa）、锤头线速度较高（35～40m/s）、进料粒度较大（800～1 000mm）、物料综合水分高（≥2%）的工况条件。高锰钢镶铸高铬合金铸铁锤头、镶铸钢结硬质合金锤头适合石灰石品质较差（石灰石中硅含量≥2%，抗压强度≥120MPa）、转速较低（30～35m/s）、进料粒度较小（500～800mm）、物料综合水分较低（≤2%）的工况条件。

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