0、引言
    水泥熟料破碎機(jī)錘頭既受高沖擊力的鑿削磨損，又受高應(yīng)力的犁削、沖刷磨損，因此錘頭材質(zhì)需要有足夠的韌性和硬度才能耐磨。在立窯下使用的熟料破碎機(jī)，由于熟料溫度一般為200～300℃，時(shí)常高達(dá)500℃，要求錘頭還應(yīng)具有高的抗回火性能。因此，錘頭材質(zhì)既要求高硬度，又要有足夠韌性，還要耐300℃左右高溫。近年來，人們一直研究一種既耐磨又使用可靠的熟料破碎機(jī)錘頭，如高錳鋼合金化、超高錳鋼、各種成分的合金鋼等，但壽命提高倍率都不高。有的采用復(fù)合錘頭，由于工藝復(fù)雜，技術(shù)不過關(guān)，時(shí)常發(fā)生脫落，或錘柄過早磨損，達(dá)不到預(yù)期效果，因此也沒有推廣應(yīng)用。
    針對熟料破碎機(jī)錘頭材質(zhì)存在的問題，我們經(jīng)過兩年多的試驗(yàn)，研制出一種高韌性、高硬度，并可承受500℃以下高溫的用于熟料破碎機(jī)的耐磨錘頭。錘頭重量1.8～58kg/只；配套破碎機(jī)產(chǎn)量10～ 200t/h;錘頭硬度HRC62～65，沖擊韌性8～12J／CIT12；一副錘頭根據(jù)不同工況條件可破碎熟料8 000～150000t，噸熟料純磨耗為1.0～3.0g。
1、幾種錘頭耐磨材料的分析
1.1  高錳鋼及改性合金化高錳鋼錘頭
    目前水泥廠礦山常需碎碎800～1500mm大塊物料，如石灰石、頁巖等，故仍采用高錳鋼錘頭。但由于它的屈服強(qiáng)度低，使用中易產(chǎn)生塑性流變，因此，一些國家多在高錳鋼中加入2%以上的Cr. Mo. Ni等合金元素，以提高其屈服強(qiáng)度和硬度，為在厚大斷面上也能生成全奧氏體，又研制出含錳量16%～18%的超高錳鋼，國內(nèi)近年來也有生產(chǎn)，并取得較好的效果。但采用高錳鋼或超高錳鋼錘頭破碎水泥熟料時(shí)，使用壽命不長。
1.2  合金鋼錘頭
    中、小型破碎機(jī)錘頭由于受沖擊力不很大，高錳鋼不能充分發(fā)揮其沖擊硬化作用，所以國內(nèi)外近年來研制了多種合金鋼材質(zhì)的錘頭，硬度一般可達(dá)HRC45～ 55，使用壽命比高錳鋼提高0.5～1倍。但總體來看還不能使用戶滿意，特別是破碎熟料，在國內(nèi)只能使用7d左右。
1.3  高鉻鑄鐵復(fù)合材料錘頭
    國內(nèi)小型破碎機(jī)5kg以下錘頭，近年來開始采用高鉻鑄鐵。高鉻鑄鐵的耐磨性可達(dá)到高錳鋼的4倍。
    國內(nèi)對10～20kg錘頭，采用半機(jī)械半冶金的復(fù)合錘頭，錘柄為中低碳鋼，錘頭用高鉻鑄鐵，包裹澆注，使用中常有錘柄先磨穿或錘頭掉塊等現(xiàn)象，使用不穩(wěn)定，加上工藝比較復(fù)雜，推廣受制約。
    進(jìn)口復(fù)合錘頭，原來使用較好的有冀東水泥廠破碎石灰石的90kg錘頭，為雙金屬熔合澆注，錘柄為合金鋼，錘頭為高鉻鑄鐵，但使用一段時(shí)間后，也發(fā)生了錘柄磨損嚴(yán)重、錘頭易剝落掉塊的現(xiàn)象。后來國外改為超高錳錘頭，即含錳量18%左右的整體鑄造錘頭。
    美國ESCO公司研制出一種組合式錘頭，如圖1所示。該錘頭的特點(diǎn)為用銷軸固定高鉻錘頭部分，錘柄為低合金鋼，實(shí)際效果如何未見進(jìn)一步報(bào)道。

2  熟料破碎機(jī)高韌性耐磨錘頭的研制
2.1  化學(xué)成分的設(shè)計(jì)
    熟料破碎機(jī)錘頭按磨損理論，硬度應(yīng)為熟料硬度0.8～1.3倍，熟料硬度一般為HV500～550，錘頭硬度應(yīng)達(dá)到HV600～650，相當(dāng)于HRC64以上，同時(shí)還要在200～300℃條件下長期使用，因此要具有抗回火性能。
    為達(dá)到這些性能，我們把金相組織定為回火馬氏體基體，加上30%左右的Cr7C3型高硬度碳化物，并且碳化物應(yīng)該是斷網(wǎng)的、塊狀的，使之既有高硬度、耐磨，又有高韌性，還能耐一定高溫。按此思路進(jìn)行成分設(shè)計(jì)。
    1)碳(C)和鉻(Cr)含量
    圖2為Fe - Cr -C系的室溫切面（2 3，從圖中可見①高碳、低鉻時(shí)，容易出現(xiàn)M3C型碳化物；②低碳高鉻時(shí)易出現(xiàn)M4C型碳化物；③鉻與碳配合恰當(dāng)時(shí)才可得到M7C3型碳化物。從圖可知當(dāng)碳(C)在2.6%~3. 0%，Cr在22%～25%時(shí)，可得到Cr7C3碳化物，硬度為HV1700，可大大提高金屬的耐磨性。但碳量太高超過共晶碳量會發(fā)生粗大的初生碳化物，質(zhì)很脆，在磨料沖擊下會碎裂，并且碳量增加，韌性降低。所以碳量設(shè)計(jì)范圍為2. 4%～3.2%。

    鉻一部分形成Cr7C3型碳化物及二次碳化物，另一部分提高機(jī)體的淬透性．使它既有足夠韌性，又有高的硬度，故鉻含量控制在18%～24%。
    2)鉬( Mo)含量
    鉬一部分進(jìn)入碳化物，一部分溶入奧氏體，溶入奧氏體中的鉬可大幅度提高淬透性，鉬和銅聯(lián)合使用，提高淬透性作用更大。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)Cr/C為5～8時(shí)，加入2. 5% Mo，可使100mm斷面完全淬硬。設(shè)計(jì)成分Cr/C>7加入大于2%的鉬，對于厚度為90～100mm的大錘頭也能淬硬。
    3)鎳(Ni)含量
    鎳溶入奧氏體中，可充分發(fā)揮提高淬透性的作用，加入0. 5%的鎳，即可顯著提高淬透性，但它降低馬氏體開始點(diǎn)(M。)的作用比鉬大。加入鎳量控制在0.6%～1.0%。
    4)銅(Cu)含量
    銅與鎳類似，可全部溶于奧氏體中，對提高淬透性有利，但沒有鎳效果大，且銅在奧氏體中溶解度有限，約2%，熱處理后仍保留有少量殘余奧氏體，對提高韌性有利，但使硬度降低。所以銅控制在0.8%～1. 0%。
    5)錳(Mn)含量
    錳是穩(wěn)定奧氏體元素，使組織中存在大量殘余奧氏體，錳能改變鉬在碳化物和金屬基體中含量的分配比，錳和鉬聯(lián)合加入可有效地提高淬透性，但錳強(qiáng)烈降低Ms點(diǎn)，增加鑄件開裂的趨向，對熔煉、鑄造、熱處理的微量變化敏感，所以含量不宜多，控制在0.8%～1.0%。
    6)硅(Si)含量
    硅是促進(jìn)石墨化元素，固溶于基體中增加鑄鐵的脆性，硅降低淬透性，為了脫氧最少不得小于0. 3%，但硅提高慨點(diǎn)，我們控制硅在0. 4%～0.8%。
    7)磷(P)、硫(S)含量
    磷、硫均為有害元素，應(yīng)盡量低，采用堿性爐熔煉，磷、硫可控制在0. 035%以下。
    8)復(fù)合變質(zhì)劑
    為了凈化晶界，變質(zhì)夾雜，細(xì)化晶粒，特別是為了使共晶碳化物變?yōu)闂l塊狀，在高硬度前提下獲得高韌性，我們采用了復(fù)合變質(zhì)劑（Re +B、V、Ti等元素）；對提高韌性起到了重要作用。
    綜上所述化學(xué)成分設(shè)計(jì)范圍如表1。

實(shí)際成分根據(jù)錘頭大小和工況條件做相應(yīng)調(diào)整。按經(jīng)驗(yàn)公式，碳化物含量可達(dá)28%～30%。
2.2  熔煉工藝
    采用300kg堿性爐襯中頻感應(yīng)爐熔煉，先加入總配料量2/3的高碳鉻鐵及鉬鐵和廢鋼，熔化后分析碳鉻量，補(bǔ)加適量的高碳鉻鐵等合金元素，為節(jié)約成本，鎳常以不銹鋼邊腳料加入（配料時(shí)計(jì)入帶進(jìn)的鉻）。
    實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，碳量低，則用廢電極增碳（收得率為50%左右），碳超標(biāo)，則配適量的中、低碳鉻鐵。為控制磷、硫含量原則上不用生鐵增碳。
    出鋼前10min加錳鐵，出鋼前7min加硅鐵進(jìn)行沉淀預(yù)脫氧，出鋼前2min，采用深插鋁的方法進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。當(dāng)脫氧去氣充分鋼水花紋開始結(jié)疤，溫度在1450℃時(shí)出鋼。
3  裝機(jī)使用效果
    自1997年課題成立以來，我們在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在院耐磨耐熱材料廠生產(chǎn)各種類型錘頭，重量從1.8~ 58kg/只，配套破碎機(jī)的臺時(shí)產(chǎn)量從10～200t/h，以破碎水泥熟料為主，并適用于石灰石、瓷石（白水泥原料）、硅石、煤矸石等。
    錘頭的部分使用情況見表2。

    雖然這種錘頭售價(jià)較高，但由于它使用壽命是高錳鋼的5～6倍，使用費(fèi)用仍只有高錳鋼的1/2，每年僅錘頭費(fèi)用對于10萬t級水泥廠，即可節(jié)約3萬多元，況且節(jié)約5～6次維修時(shí)間，減少停機(jī)次數(shù)，確保了磨外預(yù)粉磨技術(shù)的充分發(fā)揮，使粉磨系統(tǒng)長期穩(wěn)定增產(chǎn)、節(jié)能，對水泥廠的效益十分明顯。
    三門峽富通新新能源銷售破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)等。