建材企業(yè)石灰石一級(jí)破碎設(shè)備一般都選用反擊式和錘式破碎機(jī)，這兩種破碎機(jī)的關(guān)鍵部件是板錘和錘頭，其安全性、可靠性、耐磨性和使用壽命等性能，直接影響破碎機(jī)的安全生產(chǎn)、正常運(yùn)行及生產(chǎn)成本。我公司石灰石破碎采用PF-107破碎機(jī)。曾試用過(guò)供應(yīng)廠家提供的高錳鋼板錘和錘頭。但使用中有的出現(xiàn)掉塊和斷裂，有的工作表面出現(xiàn)嚴(yán)重的犁溝和流變，使用壽命僅為2—3個(gè)月，為此，我公司與供應(yīng)廠家合作共同開發(fā)研制了一種改性高錳鋼板錘和錘頭，經(jīng)過(guò)近幾年的使用證明，這種板錘和錘頭能夠有效避免上述問題，使用壽命和抗磨損能力較以往所用的普通高錳鋼產(chǎn)品提高了1倍。
l、開發(fā)研究
1.1高錳鋼板錘和錘頭的缺點(diǎn)
    高錳鋼板錘和錘頭的鑄態(tài)組織奧氏體和碳化物，經(jīng)過(guò)水韌處理后為單一的奧氏體組織，具有較高的韌性，在強(qiáng)烈的沖擊下，表面能夠產(chǎn)生加工硬化層，從而使其具有較好的耐磨性，但因石灰石硬度較低，在中低沖擊應(yīng)力下，高錳鋼板錘和錘頭表面不能形成足夠的加工硬化層，因此其工作表面硬度不夠高，磨損較快。另外，高錳鋼在300℃以下時(shí)，其內(nèi)部組織的晶界周圍會(huì)產(chǎn)生碳化物的重新析出，使比較完整致密的基體裂開。這樣，硬度低于碳化物的基體先被磨損，從而使碳化物凸現(xiàn)出來(lái)；而凸現(xiàn)出來(lái)的碳化物被擊碎或脫落，又失去了對(duì)基體的保護(hù)作用，使基體進(jìn)一步磨損。如此循環(huán)往復(fù)，致使高錳鋼板錘和錘頭被很快磨損，使用壽命短。
1.2改性高錳鋼板錘和錘頭材質(zhì)元素的選擇
    高錳鋼的耐磨性主要取決于其工作表面的加工硬化能力，據(jù)此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)改性高錳鋼板錘和錘頭的化學(xué)成分時(shí)，加入了鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、釩(v)和稀土元素，以降低奧氏體的穩(wěn)定性，使其基體上形成大量微小的第二相質(zhì)點(diǎn)，阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化基體，并且在奧氏體上彌散析出球狀碳化物，凈化晶界，改善夾雜物的形態(tài)和分布，實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)化，從而使改性高錳鋼板錘和錘頭具有高韌性、強(qiáng)度和良好的抗磨損性能。
    (1)碳(C)含量：碳是影響鋼各種性能的主導(dǎo)元素，在一定范圍內(nèi)，C量增加，鋼的硬度、破壞強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和耐磨性能都增加，但當(dāng)w(C＞1.4%時(shí)，鋼的韌性就會(huì)降低，并出現(xiàn)粗大的沿晶界分布的碳化物，給消除碳化物的固溶處理帶來(lái)困難，因此應(yīng)控制碳含量在w(C)=1.1%~1.2%。
    (2)錳(Mn)含量：錳是一個(gè)最為強(qiáng)烈的晶界碳化物形成元素，由其形成穩(wěn)定的奧氏體（含量低時(shí)不能滿足奧氏體的生成條件）；它又是個(gè)過(guò)熱敏感元素，隨著錳含量的增加，鋼的強(qiáng)度、耐磨性也增加，但當(dāng)w(Mn)＞14%時(shí)，鋼的各種性能就不再提高，且生成錳的碳化物，易產(chǎn)生粗大的柱狀晶，給熱處理帶來(lái)困難，并會(huì)加大鑄造收縮，降低鋼的導(dǎo)熱性能，從而易導(dǎo)致各種鑄造缺陷。所以，宜控制錳含量在w(Mn)=11.5%～l2.5%。
    (3)硅(Si)含量。硅有顯著的固溶強(qiáng)化作用，增加鋼的致密性，提高耐磨性。當(dāng)<0.3%時(shí)，鋼中氧化錳(Mn0)含量增加，將促進(jìn)熱裂，不能保證脫氧；過(guò)高時(shí)，會(huì)降低C在，y-Fe中的溶解度，促進(jìn)碳化物沿晶界析出，使韌性降低。故硅含量通�？刂圃趍(Si)=0.3%。0.7%。
    (4)其它元素。鉻(Cr)能顯著地提高鋼的淬透性，固溶強(qiáng)化基體，促進(jìn)鐵素體的形成，降低奧氏體的穩(wěn)定性，提高加工硬化能力，鉻含量一般應(yīng)控制在w(Cr)=1.8%，2.2%；鉬(Mo)能夠溶人奧氏體，可大幅度提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性以及細(xì)化晶粒，還有控制回火脆性、改善沖擊韌性的作用，鉬宜控制在w(Mo)=0.25%一0.40%；鈦(Ti)、釩(v)和稀土主要用作變質(zhì)劑，可凈化晶界、細(xì)化晶粒，在奧氏體基體上彌散析出球狀碳化物，以實(shí)現(xiàn)綜合強(qiáng)度，其含量甚微；錳鐵中含有較高的磷(P)，是對(duì)鋼最有害的元素，它與鐵錳形成低熔點(diǎn)的磷酸鹽，含量過(guò)高時(shí)，會(huì)形成磷共晶，使鑄件開裂，對(duì)沖擊韌性和耐磨性均不利，其含量應(yīng)控制在co(P)<0.07%。
2、改性高錳鋼板錘及錘頭的制造工藝
    (1)熔煉。在500 kg堿性爐襯中頻感應(yīng)爐中，采用不氧化法熔煉，先根據(jù)爐料、鐵合金的化學(xué)成分和吸收率進(jìn)行鋼的配料計(jì)算，然后熱爐裝料以防止帶入氣體，錳鐵隨料加入，溶化期間用最大功率送電，當(dāng)鋼溶化90%時(shí)測(cè)量鋼液溫度，避免鋼液溫度過(guò)高，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到l 500℃時(shí)，取樣做爐前化學(xué)分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，加入鐵合金調(diào)整所需要的各種金屬元素，在鋼液溫度達(dá)到l 550℃時(shí)出鋼，采取插入法在鋼包中沖鋁終脫氧，加鋁后用強(qiáng)制置入法迅速向鋼液中加入調(diào)質(zhì)劑，待鋼液表面將要結(jié)膜時(shí)迅速澆注。
    (2)鑄造。鑄造是影響鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝、澆注工藝和清理工藝。我們采取定向凝固工藝澆注，澆注溫度控制在1 460℃～1480℃。因澆注溫度低，要注意澆冒口系統(tǒng)通暢，使鋼液能平穩(wěn)而暢通地快速充型和有效補(bǔ)縮，防止產(chǎn)生冷裂，改善鑄造一次結(jié)晶組織，消除柱狀晶，創(chuàng)造形成等軸晶的熱力學(xué)條件，減少晶間缺陷和偏析，提高鋼的致密度，保證鑄件具有良好的機(jī)械性能。
    (3)熱處理。鑄態(tài)的板錘和錘頭比較脆，因此不能鑄態(tài)使用，必須經(jīng)過(guò)固溶處理（水韌處理）。板錘和錘頭的入爐溫度控制在400℃以下，然后，隨著溫度的升高，分階段進(jìn)行梯形保溫，待爐溫達(dá)到1 050℃時(shí)保溫20h~24 h，完成碳化物的分解，碳、錳等元素溶入奧氏體，并使奧氏體均勻化。待爐溫達(dá)到l100℃時(shí)打開爐門，把工件迅速入水池淬火。淬火采用大容積水池，流動(dòng)水處理，即在水池下方用高壓水泵使冷水自下而上噴出，在水池上方讓熱水溢出。水池內(nèi)的水溫嚴(yán)格控制在20℃～40℃之間。淬火完成后，取出工件空氣中自然冷卻。
3、使用效果
    改性高錳鋼板錘和錘頭在經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理后，細(xì)化了晶粒，使其耐磨性提高，且有較好的韌性，有效地防止了在強(qiáng)烈沖擊情況下的斷裂和掉塊問題，其表面加工硬化能力也得到提高。PF - 107反擊式破碎機(jī)為例，在使用改性高錳鋼板錘以后，再未發(fā)生斷裂和掉塊問題�；�本上消除了犁溝和流變現(xiàn)象，一副板錘可破碎石灰石20萬(wàn)t，使用壽命達(dá)1年以上。改性高錳鋼板錘使用后的工作表面硬度達(dá)HB500以上，其加工硬化能力比普通高錳鋼高，其耐磨性是普通高錳鋼的2倍以上。所以，改性高錳鋼板錘和錘頭能有效地提高破碎機(jī)的安全運(yùn)行周期，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。