PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)是新研制成功的一種主要用于礦物原料，如：煉焦用煤、石膏、石灰石、鐵礦石、白云石礦和花崗巖等細(xì)碎的高效破碎機(jī)。該破碎配備有84個(gè)小錘頭，每個(gè)錘頭的重量約11 kg。PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)功率大(315 kW)，轉(zhuǎn)子長1.8 m、直徑1.6 m、轉(zhuǎn)速高達(dá)650 r/min，因而生產(chǎn)效率很高。此外，該破碎機(jī)轉(zhuǎn)子可以正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子沿某一方向運(yùn)行一段時(shí)間后，如果錘頭的一側(cè)工作面磨損嚴(yán)重，這時(shí)不必更換錘頭，只需將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向換向即可，因而，使用十分便捷。
    目前發(fā)現(xiàn)影響這種新型破碎機(jī)正常工作的主要因素是錘頭的耐磨性能。PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭目前采用的材質(zhì)主要有超高錳鋼Mn18Cr2MoRE和改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi兩種，其中，前者比后者應(yīng)用的更為廣泛一些，其主要原因是在錘頭的工作過程中前者產(chǎn)生沖擊硬化的效果比后者明顯。然而，既便如此，超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的使用壽命也不夠理想，例如，在包頭某白云石礦破碎白云石時(shí)，超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的連續(xù)使用壽命僅在10天左右，而改性商錳鋼Mn13Cr2RETi錘頭的連續(xù)使用壽命只有4天左右。由于錘頭更換頻繁，不僅嚴(yán)重地影響破碎機(jī)的正常運(yùn)行，而且也增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和細(xì)碎礦石原料的生產(chǎn)成本。所以提高錘頭的使用壽命已成為PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)亟待解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題。為此，作者進(jìn)行了一系列試驗(yàn)以探索提高錘頭使用壽命的方法。起初，嘗試了使用強(qiáng)、韌性均較高和硬度也較高(48~52 HRC)的中碳稀土貝氏體鑄鋼和中鉻鑄鋼代替高錳鋼，但效果不理想。錘頭的耐磨性非但沒有明顯的提高，反而由于中碳稀土貝氏體鑄鋼或中鉻鑄鋼韌性儲(chǔ)備不足，在使用過程中出現(xiàn)了錘頭碎裂的現(xiàn)象。后來又試驗(yàn)了高錳鋼和高鉻鑄鐵復(fù)合錘頭，即：錘柄采用高韌性的高錳鋼Mn13 Cr2RETi，錘頭頭部的打擊部位采用高耐磨的高鉻鑄鐵Cr20M02Cu，但試驗(yàn)仍以失敗告終，究其原因是由于PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭小，使得高錳鋼和高鉻鑄鐵可以復(fù)合的面積較小，結(jié)果錘頭的復(fù)合強(qiáng)度低，出現(xiàn)了掉頭現(xiàn)象；另外，PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，在使用過程中使得錘頭與進(jìn)入破碎機(jī)的礦物原料發(fā)生激烈碰撞，高鉻鑄鐵為脆性材料，韌性較差，所以在使用過程中出現(xiàn)了高鉻鑄鐵碎裂的現(xiàn)象。最近，作者采用了在高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭端部的打擊部位通過焊接耐磨合金復(fù)合板的方法解決了這一難題。經(jīng)實(shí)際使用，焊接耐磨合金復(fù)合板的高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的使用壽命是超高錳鋼錘頭Mn18Cr2MoRE的1.5倍，是改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的3倍。
1  焊接復(fù)合錘頭的設(shè)計(jì)思路
1.1  焊接復(fù)合錘頭的設(shè)計(jì)原則
    圖1示出了PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭的示意圖。由圖知，該型破碎機(jī)的工作原理實(shí)際上與通常帶軸孔的錘式破碎機(jī)是一樣的。鑒于PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭轉(zhuǎn)速高，運(yùn)行過程中受到的沖擊力大，而目前采用單一耐磨材料制成的錘頭和采用常規(guī)鑄造工藝生產(chǎn)的復(fù)合錘頭都難以滿足要求，所以，新型PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭決定采用焊接復(fù)合的方法。其基本思路是在單一具有高韌性材質(zhì)錘頭的打擊部位通過焊接硬質(zhì)合金材料來顯著提高錘頭的耐磨性能，這樣既可以保證錘頭的完整性、韌性和安全性，又能夠充分發(fā)揮硬質(zhì)合金優(yōu)異的抗磨性戰(zhàn)。在這樣的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，要求制作錘頭的材料不但應(yīng)具有高韌性、一定的抗磨性，而且應(yīng)具有良好的焊接性能，以避免在錘頭使用過程中出現(xiàn)錘柄斷裂、掉頭和打擊部位硬質(zhì)合金脫落現(xiàn)像的發(fā)生。
1.2焊接復(fù)合錘頭基體材質(zhì)的選擇
    根據(jù)焊接復(fù)合錘頭的設(shè)計(jì)思路，中低碳鋼、中低碳低合金高強(qiáng)度鋼和高錳鋼都有可能成為復(fù)合錘頭的基體材料。其中，中低碳鋼和中低碳低合金高強(qiáng)度鋼具有韌性好、焊接性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，但是，它們的不足之處是耐磨性差和鑄造性能較差。如果選用它們作為PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭的基體材質(zhì)有可能在錘頭的使用過程中由于激烈摩擦出現(xiàn)錘柄部位首先被磨損而導(dǎo)致斷裂和掉頭現(xiàn)象的發(fā)生，所以，中低碳鋼和中低碳低合金高強(qiáng)度鋼作為PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘柄的材質(zhì)是不合適的；高錳鋼Mn13具有韌性高、耐磨性能優(yōu)良和鑄造性能良好等特點(diǎn)，是制作PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)錘頭比較理想的材質(zhì)。倘若對(duì)高錳鋼Mn13進(jìn)行改性處理或合金化處理，則其耐磨性會(huì)進(jìn)一步有所改善。所以，選擇改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi作為焊接復(fù)合錘頭的材質(zhì)是合適的，并且改性高錳鋼Mn13Cr2RETi的生產(chǎn)成本相對(duì)較低；超高錳鋼Mn18Cr2MoRE里然耐磨性能優(yōu)于改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi，但其生產(chǎn)成本較高，故不適合作為焊接復(fù)合錘頭的材質(zhì)。高錳鋼作為焊接復(fù)合錘頭材質(zhì)的唯一不足是其含碳量高和合金含量高，故焊接性能差，但是高錳鋼的這一不足之處如果通過采用合適的焊接工藝加以克服，則高錳鋼就會(huì)成為一種理想的生產(chǎn)焊接復(fù)合錘頭的基體材質(zhì)。
1.3  焊接復(fù)合錘頭打擊部位硬質(zhì)合金的選擇
    錘頭打擊部位的硬質(zhì)合金擬采用新型耐磨合金復(fù)合板。新型耐磨合金復(fù)合板以25#低碳鋼為基板，通過采用特殊的熔焊工藝在基板生成具有一定厚度的耐磨硬質(zhì)合金層。25#低碳鋼基板的厚度為5~11 mm，硬質(zhì)耐磨合金層的厚度6—12 mm，硬度65~72 HRC，通常硬質(zhì)耐磨合金層中的碳化物為MC和M，C。型兩種，體積百分?jǐn)?shù)為30%—40%。用戶可根據(jù)自己的要求選擇基板的厚度、硬質(zhì)耐磨合金層厚度和耐磨合金層中碳化物的類型。雖然目前世界上許多國家都可以生產(chǎn)耐磨合金復(fù)合板，但是，據(jù)稱：澳大利亞的Alloy Steels公司生產(chǎn)的耐磨合金復(fù)合板的合金層厚度最大，質(zhì)量最好，本文的焊接復(fù)合錘頭所采用的耐磨合金復(fù)合板就是由澳大利亞Alloy Steels公司生產(chǎn)的基板厚度為9 mm．硬質(zhì)耐磨合金層厚度為10 mm(硬度為65 HRC)的復(fù)合板。由于25#低碳鋼具有優(yōu)良的焊接性能，所以，原來設(shè)計(jì)的復(fù)合錘頭打擊部位高錳鋼與硬質(zhì)合金的焊接問題轉(zhuǎn)變?yōu)楦咤i鋼錘頭本體與低碳鋼之間焊接的問題，這樣大大地降低了焊接的難度，提高了耐磨合金復(fù)合板與錘頭的基體材料的結(jié)合強(qiáng)度。
1.4焊接復(fù)合錘頭的復(fù)合
    使高錳鋼錘頭本體與耐磨合金復(fù)合板成功焊接結(jié)合需要解決兩個(gè)方面的關(guān)鍵問題。第一是焊接強(qiáng)度，即使高錳鋼錘頭本體與耐磨合金復(fù)合板通過焊接連結(jié)必須具有足夠高的強(qiáng)度，否則，錘頭在使用過程中由于受到頻繁的撞擊會(huì)使耐磨復(fù)合合金板逐漸脫落。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過選擇適合于高錳鋼Mn13焊接的焊條、焊接工藝和在高錳鋼錘頭本體中預(yù)埋碳鋼鋼板以提高高錳鋼錘頭本體與耐磨合金復(fù)合板的焊接強(qiáng)度或結(jié)合強(qiáng)度等措施是可以解決這一問題的。其方法是在高錳鋼基體一側(cè)選用瑞士產(chǎn)SUPER2222或不銹鋼焊條形成焊縫的過度層，而過度層和耐磨合金復(fù)合板之間的焊接可以采用普通的低碳鋼焊條；預(yù)埋鋼板采用與碳鋼基板成分相近的A3鋼板，厚度為10 mm;第二是高錳鋼的焊接開裂。在焊接高熱量和熱應(yīng)力的作用下，焊接部位及周邊地區(qū)的高錳鋼會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變而脆化使其開裂。所以在焊接時(shí)應(yīng)予以及時(shí)冷卻。
2  焊接復(fù)合錘頭的生產(chǎn)工藝
    實(shí)驗(yàn)用高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的生產(chǎn)在內(nèi)蒙古科技大學(xué)冶金實(shí)驗(yàn)室250 kg中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行。
高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭基體的鑄造工藝與通常的高錳鋼鑄件鑄造工藝完全相同。錘頭的成型采用真空消失模。在制作泡沫塑料模型時(shí)，在模型錘頭的打擊面上預(yù)留出19 mm的合金板位置和約10 mm焊縫的厚度，并且在與錘頭的打擊面相互垂直的泡沫塑料模型的中間部位插入兩塊經(jīng)過除銹處理的10 mm×30 mm x50 mm的A3鋼板作為與耐磨合金復(fù)合板焊接和連接用的加強(qiáng)筋。
    鑄件冷卻到室溫后，翻箱落砂，打掉澆冒口，將鑄件加熱到1 050℃保溫3h后投入到冷卻水槽中進(jìn)行水韌化處理。
    在將高錳鋼錘頭基體與耐磨合金復(fù)合實(shí)施焊接前，清理打磨錘頭本體，特別是焊接部位鋼板的氧化鐵皮。焊接時(shí)，先用SUPER2222或不銹鋼焊條在高錳鋼錘頭本體焊接部位鋪焊約10 mm厚的過渡層，然后采用256碳鋼焊條將切割好的耐磨復(fù)合合金板與錘頭本體焊接在一起。為子防止在焊接過程中高錳鋼錘頭本體焊接部位產(chǎn)生裂紋，錘頭的非焊接部位始終置于水中進(jìn)行冷卻。最后，在焊縫上堆焊硬質(zhì)合金以保護(hù)焊縫和耐磨復(fù)合合金板碳鋼層不被快速磨損。
3焊接復(fù)合錘頭的使用性能及生產(chǎn)成本概算
焊接復(fù)合錘頭的工業(yè)實(shí)驗(yàn)在包頭某白云石礦PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)上進(jìn)行。共實(shí)驗(yàn)了2套168只焊接復(fù)合錘頭。表1給出了實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可見焊接復(fù)合錘頭的耐磨性約是改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的3倍，是超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的1.5倍，并且在使用過程中焊接復(fù)合錘頭無一出現(xiàn)掉頭和耐磨合金復(fù)合板脫落的現(xiàn)象，表明所研制的焊接復(fù)合錘頭的制作工藝是成功的。
表1　焊接復(fù)合錘頭的實(shí)驗(yàn)條件以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

白云石硬度	入礦粒度	出礦粒度	轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速	平均破碎礦石量/萬t
				改性高錳鋼	超高錳鋼	復(fù)合錘頭
普氏14	≤100mm	3～6mm	650r/min	1.1	2.4	3.7

表2  焊接復(fù)合錘頭、改性高錳鋼Mn13CRETi和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭生產(chǎn)成本（人民幣元）

	廢鋼	合金	模型	融化	熱處理	合金板	焊接	其他	工資	合計(jì)
焊接復(fù)合	1230	2200	120	380	400	7500	100	100	250	10350
改性高錳鋼	3685	2200	120	550	400	0	0	100	250	5305
超高錳鋼	1600	8600	120	550	400	0	0	100	250	11620

    表2給出了生產(chǎn)1噸焊接復(fù)合錘頭、改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭和超高錳鋼Mn18Cr2MoTiRE錘頭的生產(chǎn)成本概算，可見高錳鋼焊復(fù)合錘頭的生產(chǎn)成本介于兩者之間，但是其性能價(jià)格比在這三種類型的錘頭中是最佳的。
4  結(jié)論
    (1)高錳鋼焊接復(fù)合錘頭生產(chǎn)工藝簡便、可靠、完全可以替代改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭用于PCKW-1618可逆反擊式破碎機(jī)。破碎白云石礦，其使用壽命分別是改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的3倍和1.5倍。
(2)高錳鋼焊接復(fù)合錘頭的生產(chǎn)成本介于改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭之間，但其性能價(jià)格比在這3種類型的錘頭中是最佳的。
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