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36选7双金属复合锤头的铸造工艺

2021-02-23 16:21

  双金属复合锤头的铸造工艺_材料科学_工程科技_专业资料。上半月出版 Casting?Forging?Welding§金属铸锻焊技术 双金属复合锤头的铸造工艺 冯小平 (西华大学材料科学与工程学院四川成都610039) 摘要:以高铬铸铁、碳钢为原材料,采

  上半月出版 Casting?Forging?Welding§金属铸锻焊技术 双金属复合锤头的铸造工艺 冯小平 (西华大学材料科学与工程学院四川成都610039) 摘要:以高铬铸铁、碳钢为原材料,采用镶铸工艺制造高铬铸铁/碳钢双金属复合锤。通过对双金属复合过程 中各种参数的理论计算和实际试验,得出一套完整的优化参数和完整的双金属复合铸造锤头的理论,为双金属复合 铸造锤头技术的推广提供支持。 关键词:双金属;锤头:工艺 中图分类号:TG249。9 ‘ 文献标识码:A Casting Technology of 文章编号:-1001—3814(2008)01.0087-03 Bimetal Hammer FENG Xiaoping (College ofMaterial Science and Engineering Technwal,Xihua as University,Chendu 610039,China) imbedding casting technology,the Abstract:Taking high chromium casting and carbon steel material,using hammer with hi【gh chromium casting and carbon test,a set steel was made.Through the theoretical calculation of the bimetal hammer parameters and the practical obtained.They of optimized parameters and bimetal composite hammer theory were provide technic support for the generalmation of the bimetal composite hammer technology. Key words:bimetal;hammer;technology 锤式破碎机是建材、冶金、化肥等工业部门广 泛使用的生产设备。而锤头是消耗量很大的易磨 损件。锤头的工作表面与物料接触,产生高应力 磨损。由于被破碎物料一般岩石、金属矿石等坚 硬物体,零件的磨损是比较严重的。通过对锤头 表面微观形貌分析,锤头的磨损过程属于变形和 冲蚀磨损综合作用的结果。这是由于锤头表面的 高速运转,锤头的运动惯性对物料进行打击和挤 压破碎。在相对运动的过程中,这些物料与零件 表面相互作用,不只是滑动,还有冲击、滚动、冲刷 等方式。当磨料硬度超过材料硬度,磨料的棱角 将刺人材料表面使材料发生塑性流动而挤压到凹 坑的四周,材料变形到一定程度,磨料粒被压碎。 多个颗粒与坑周围变形材料接触.又使之变形,发 生塑性流动,加工硬化程度进一步增高。当超过 材料的应变疲劳极限时形成磨屑脱落。分析锤头, 只是锤端磨损严重,锤柄基本上没有磨损,只是受 应力作用。 过去工厂一般采用高锰钢制造锤头.锤头在破 碎过程中由于高锰钢加工硬化的特性能够保持很 好的耐磨性能。虽然高锰钢的加工硬化特性能提 高零件的耐磨性,但是在许多工况条件下其耐磨 性能仍达不到要求。普通高锰钢锤头在低冲击应 力作用下,锤头表层加工硬化效果差,其磨损发生 过程是微粒的撞击使表面一薄层金属塑性变形. 多次变形的材料碎裂剥落。同时,磨粒颗粒与高速 运行的锤头表面接触时,磨粒动能转变为热能.使 材料软化甚至被粘着撕下。目前,高铬铸铁基本上 取代高锰钢制造耐磨零件。这些零件改用高铬铸 铁后,使用寿命比高锰钢零件一般延长50%至 200%。而锤头是高速冲击和挤切方式破碎物料, 如果整体采用高铬铸铁还是有问题,主要是难于 避免零件在工作过程中的脆性断裂。如果为了保 证零件的韧性而采用碳钢,则由于其强度、硬度太 低而使得其使用寿命非常短,但其韧性特别好,用 作锤柄材料是完全合适的。综上所述,利用高铬铸 铁的优异抗磨能力和碳钢的优良韧性的特点.采 用高铬铸铁/碳钢复合的办法制造锤头。 1锤头生产设计 根据镶铸工艺的原理,把整个过程设计为:造 收稿日期:2007-09-07 作者简介:冯小平(1968.),女,四川西充人,工程师; 电话:;E—mail:Fengxpl220@sina.corn 型、预热、浇注金属液、冷却、打箱。每箱放置10个 锤头,锤头呈圆周方向均匀布置,锤端和浇注系统 浇口窝和内浇道采用消失模型。冒口和直浇道采 《热加工工艺》2008年第37卷第1期 万方数据 金属铸锻焊技术iiCasting?Forging?Welding 用木模直接造型。造型时预先铸造出锤柄,清理后 在复合表面涂敷一层抗氧化保护剂,然后套上锤 端消失模型放入到砂型中直接造型。复合前将整 个砂型放入到感应圈内.采用感应加热的原理对 锤柄进行预热,在预热过程中,消失模型受热汽 化。当锤柄达到一定温度后浇注锤端复合层金属 液。浇注过程中继续进行加热。待锤端型腔充满 后,停止加热,继续浇注,使己经浇注的金属液进 入到冒口中直至冒口被充满。铸件冷却后,将砂 型整体吊出,打箱。 2008年1月 会导致感应线圈不断升温,感应线圈温度在不断 上升的时候电阻率也不断的上升,导致更严重的 温升。为了防止感应线圈温度过高,线圈一般采用 铜管,铜管中通水冷却,这样可以有效的降低感应 线圈的温度,并且提高线圈载流密度。 对于铜管截面的选择。主要考虑电流的环状 效应。交流电流流过环状导体时,最大电流密度分 布在环状导体内侧,这种效应叫做环状效应,如图 1所示。环状效应使感应器上的电流密度集中到 感应器内侧,对加热零件外表面十分有利,但对加 热零件内孔表面时,会使电流远离被加热零件表 面【11。 2 预热装置设计 由于将常温下的碳钢与高温的高铬铸铁金属 液结合成型,总的热量不足,复合材料界面难以达 到冶金结合:复合材料界面存在很大的应力。界面 的结合强度难以达到试验要求,明显影响试样的 组织和性能。所以在试验时对芯材进行预热。使预 热过的芯材与金属液结合成型,使两者达到良好 的冶金结合,以减少残余应力的产生,提高界面结 合强度。因此.在芯材进入液固作用之前。应该设 计一预热装置。对芯材预热到一定的温度。 过去对芯材预热大多采用加热炉来完成。加 热到需要的温度时,取出放入型腔中,然后合箱浇 注金属液。整个过程由于加热时间长,被加热件易 氧化;同时,预热件从加热炉中取出到浇注,这中 间的时间一般不易控制,导致复合前预热件的实 际温度变化较大,无法稳定地保证复合界面的质 量;另外,由于工作环境的恶劣,操作过程中容易 出现芯材定位和工件尺寸不准确.增加了产品报 废率。 如果加热件能在砂型内预热.将大大减少整 个工艺的复杂性,一方面加热效率高,保证了芯材 的温度:另一方面通过芯材表面涂覆保护剂可以 防止表面氧化,同时保证了芯材的定位,提高了操 作环境。因此,采用整体造型,然后放人感应线圈, 通过电磁感应加热芯材。达到预定温度时浇注金 属液将是一个非常好的办法。为此我们对线圈进 行了详细的设计。 图1交流电流的环状效应示意图 Fig.1 Sketch map ofcricoid effect ofalternating—current 从图2可以看出.矩形铜管的电流区比圆形 铜管的更能靠近加热件。因此矩形感应线圈和工 件之间的距离要比相同的圆形铜管间隙要小,所 以选择矩形的铜管【2】。 ■ ,’ ≮. _ 3感应线圈截面设计 在进行感应加热时.感应线圈因为自身的电 阻也会在大电流的情况下发热。如果不加以冷却。 万方数据 上半月出版 厚b、轴向宽度瓯径向高度h。壁厚b影响感应线 圈的电阻,它主要是由电流的透入深度决定的:轴 向宽度口影响感应线圈的最大载流;径向高度h 影响矩形铜管内孔的大小。进而影响感应线圈水 冷系统。由于环状效应的存在,电流主要由矩形 线圈的一侧流过,有效载流截面积为axb。 铜管壁厚西的选择设在电源频率厂下。电 流在感应线.则电流集中在 厚度为1.578内,所以选择b=1.578 mm时感应线 圈的电阻最小。 轴向宽度a的选择根据感应加热功率的要 求。可以求出感应线圈的电流为i。而矩形铜管感 应线圈的有效载流面积为axb.所以a=i/(bxo),其 中0为感应线圈的最大载流密度.对于水冷紫铜 感应线 Casting?Forging?Welding!金属铸锻焊技术 后将铸件采用线切割的方法解剖,没有发现复合 层内出现缩孔和缩松缺陷。 7热处理工艺 锤头采用热处理工艺如下:升温时,锤端复合 层和锤柄各部分加热速率不同,线膨胀不同,易造 成复合界面及复合层的开裂,为此应尽量降低各部 分的温差。在具体试验中.缓慢加热到960℃,保温 4h,出炉强制风冷淬火。为了消除淬火应力的影 响,当铸件温度低于100℃后,再次人炉,进行回火 处理。回火温度250℃,保温2 h,出炉空冷。 8锤头性能测试和使用效果 对体积比为8:l、液态高铬铸铁的浇注温度为 500℃、芯材涂覆保护剂后预热温度为800℃和 400 感应电磁频率为1 Hz的锤头经热处理后采 5感应线圈内径设计 零件与感应线圈之间的间隙大小.对感应线 用线切割工艺获取金相试样.其复合层金相组织 为CrTC,共晶碳化物、马氏体和少量残奥,基体为 珠光体+铁素体,两者之间为过渡层。并在线切割 后的解剖面上测量硬度.锤端各部位硬度为 58_62 圈的电效率和功率因数均有很大的影响。当间隙 越大时,零件与感应线圈之间的漏磁也就越严重, 零件中通过的有效磁通就越少。所以,在设计感应 加热器时,感应线圈内径D,与零件外经D:的比 值在1.1~2.0之间有较好的总体效率。在确定了 工件的外经后就可以确定感应线圈的内径了。 在感应线圈对芯材进行预热时,在砂型与感 应线圈之问放入一保护套,防止在浇注金属液过 程中.金属液流出损坏感应线圈。同时,在砂型与 保护套之间填入保护材料对线圈进行保护。 HRC,表明复合层淬透良好。对一锤头进行 破坏性试验。复合界面断口处没有发现冷隔、裂 纹、夹杂等缺陷。而是呈新鲜的金属光泽且表面粗 糙,说明金属间渗透强烈,冶金结合良好。 锤头耐用性的主要指标是抗耐磨能力和抗断 裂能力。所生产的锤头分别在国内某钢铁企业的 烧结厂和焦化厂分别用于破碎石灰石和炼焦用原 煤.并与高锰钢锤头进行对比试验,试验数据如表 1所示。为了保证试验数据的可比性,采用两台破 碎机。分别装上此复合锤头和高锰钢锤头进行对 比。破碎机转速为750 r/min.电机功率为130 kW,每天破碎量基本不变,整套锤头共50个,使 用到不能正常破碎物料为止[41。 表1锤头实际使用情况 Tab.1 6智口设计 由于锤端复合层厚度一般均超过60 mm,因 此需要采用冒口进行补缩。在最初设计补缩冒口 时,将中间基体部分作为一个冷铁。因此,设计的 冒口仅起出气和排渣作用,但所生产的铸件在复 合层上出现较大的缩孔,特别是在冒口根部。分析 原因.主要是由于采用型内感应加热,中间基体部 分的预热温度较高,金属液浇注过程中同时对基 体和复合层金属液进行加热,使基体金属的激冷 作用大大降低,因此出现上述问题。 为了解决这一问题,对冒口重新进行了设计 试验.不考虑锤头芯材对复合层的激冷作用,按复 合层所需要的补缩直接设计补缩冒口。浇注试验 Application of 锤头 种类 复合锤头 hal砌er 使用时间 /天 300~365 —5 物料 种类 炼焦用 原煤 奠氏 硬度 l~2 人料 粒度 产品 粒度 耐磨性 提高倍数 高锰钢锤头 <)mm 60~70 80~90 ≈J 石灰石 3~4 <25 mm 复合锤头 高锰钢锤头 25~30 从使用效果上可以看出,采用双金属复合锤 头,破碎石灰石及炼焦用原煤,其使(下转第92页) 《热加工工艺》2008年第37卷第1期 万方数据 金属镑缎烊搜术》ea6_}i醇:Fi3i恸g Wddihg t 2丽客j年F月 出炉温度≥l:X50;O!:莱尉O.3%裢铁粒4012%锰铁 粒弗0.3%磷铁粒e质量分数):复会孕育。 (2)硅在铁秉凝潜酹降碾碳在铁水中的溶解 度j,诃接使礞基希墨形式诋出j改善氟墨分布_’:组 化晶粒、获得珠光体基体组织,这就是高磷闸瓦孕 育的目的。 馒’铁素雒豢含璧的洽’格犁迭蓟了9|O%‘,+-耐;压 橙缝瓤磷共龋镝轿等不合格问翘也傅蓟了控制。。| {-Obij复脊孕育黼机摧是r硅具有改善石墨分 布,j细化赭粒÷获稃珠兜体基体组织盼作用:锰具 有稳定和强化珠光体的作用;磷鼠有通越增加磷 共晶晶核减轻偏析的作用。 ”(3)锰耀阻碍碳能物分解的元素j,孕育剂j申加 入锰具有稳定和强化珠光体的作用w阻碍珠光体 二次结晶时柝出铁素体【4j。 !(4)磷最然对聋蠢无直接影响,但磷的力嘛能 增加磷共晶的晶核:加快磷共晶的形戚,进而戳碍 铁毒体晶核的生感孵由于磷朐加_人易产戋磷蔫晶 偏祈功日d天量应罡橇控制。 参考文献: [1】 以上分糯屠从实践南感链斑的她点经验.至 予理论方面的深A探斌有待皆继续研窬毛 5 [2pj蝴舶聪虹谚%道郝事锈高磷熙葡螅涞条体.I罨jI [3】’捌慧箦:甥碍宣?r坤表炉手册i[M】.t北癫:机域工业部出版 社.1990. GB700—88,碳素结构钢技术条件【s]. 结论 (1)生产列车制动用高磷闸瓦的最佳工芑是: [43.陆文-化.铸铁及其熔炼[M].北京:机械工业部出版社, 31981,由‘ (士接第89页卜用赛争命分别比商锰钢』锤共据裔号 倍稍字借左右.商时在谴甫遗狴‘译,溲肴爱豌双金 属复苔锤头出。掰断裂翔脱落撑琰规蒙:。整体使带 能。锤柄采用ZG270—550韧性好,成本低。 。(2)采羼型内感应预热驭金属复合工艺,即体 积暾为&l,N金属液温腰为。l 500℃、芯材稼覆保 搪剂卮预热到800:℃,感应频率为l 400 ,鹾能凿捌 综合以羔熬至产透翟及葭瘸效巢霹‘以霉氆’: 该土艺具有如卞酌优点?。①锤柄采用塑内感应加 热,加热效率高:加热芳使1,加烈时间容易控制:表 面温度燮化小?且不易氧化:有利于界面的冶金结 Hz,,所得 到的琛金属锤头复合界耍为完全冶金结合。 (3)经过热处理后,锤端复合层组织为;断续分 布的Cr露,共品.碳化物.、.马氏体和少量残余奥氏 体。硬庞大而,58HRC,.基体组织为臻光体和铁素 体。 (4)所研制的锤头用于破碎石灰石,使用寿命 合:②由=手电磁力的作用。:’垒属1液增舶丁对固体复 合邵位的冲刷日寸同.提高r原子扩散能量.增强r 金属液写囱体表层的金‘属凉字间交换咒攀■驮商 大大提高界面的冶金结合0‘③金属液在电磁力的 搅拌作用下:增强了梳劫性?使蕞先浇注金属液在 是高锰钢锤潦韵,a;储蠹赢;碱碎炼焦用原煤,寿命 是高锰钢的5倍_左裔。 参考变谳: 固体衾由的筷速凝同茁巍童熔观象’y并打破亍彼 晶末端,:细化晶粒‘:使整个锤端组织均匀。’④整个 过程锤柄在型’内撕热,。保证了工件7的定位准确和 率.同时劳动环境较好。 【1】陈先朝.高铬铸铁_钢双金属焊铸初探[Ⅱ。广系列械学 ‘ ‘ 餍燃l谛瞬攀回删忿姆谣簿雠觌 (科键}端栗翔幅铝铸铁’,具有良好的耐磨性 院学报,1994,12(4):470:43. 【2】中国机械工程学会焊接学会.焊墙哥.爨第雪避{蝴:毫_北芽嚼 机械工业出版社.2005.532—537. [3】:林震孥,蹲伯馋铸镶簪一铸翅垂:金偶褒会材料及其工艺[J]. 球然囊989,艇a时)≯22?2鼍。 垒缡束语 【4】,络@!慧.、钢与高铬铸铁的复合铸造[味缔造,1996。22.(10); 。38.4b:‘田 万方数据 Hot稍憾谴Te;蕊吾lo毋:.蔓008;V0k372 NO:1 双金属复合锤头的铸造工艺 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 冯小平, FENG Xiaoping 西华大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610039 热加工工艺 HOT WORKING TECHNOLOGY 2008,37(1) 4次 参考文献(4条) 1.陈先朝 高铬铸铁--钢双金属焊铸初探 1994(04) 2.中国机械工程学会焊接学会 焊接手册 2005 3.朴东学 白口铸铁--铸钢双金属复合材料及其工艺 1989(04) 4.徐小慧 钢与高铬铸铁的复合铸造 1996(10) 本文读者也读过(9条) 1. 邵抗振.赵俊丽.Shao Kangzhen.Zhao Junli 高钒高速钢复合锤头铸造工艺及其性能[期刊论文]-特种铸造及有 色合金2009,29(8) 2. 志.邢书明 Shuming 破碎机锤头双金属复合铸造工艺的研究进展[期刊论文]-金属矿山 2008(5) 3. 杨勇勤.胡须忠.Yang Yongqin.Hu Xuzhong 电渣熔铸双金属复合锤头的研制[期刊论文]-特种铸造及有色合金 2008,28(12) 4. 张军.周金汉.ZHANG Jun.ZHOU Jin-han 双金属复合锤头界面性能的研究[期刊论文]-热加工工艺2007,36(21) 5. 张军.熊博文.吴振卿.ZHANG Jun.XIONG Bo-wen.WU Zhen-qing 镶铸式复合锤头的铸造工艺研究[期刊论文]-铸 造技术2005,26(10) 6. 邵抗振.魏世忠.龙锐.SHAO Kang-zhen.WEI Shi-zhong.Long Rui 高钒高速钢/碳钢双金属复合锤头铸造工艺的 改进[期刊论文]-铸造2005,54(8) 7. 章舟.李艳明.应根鹏.厉三余 铸造高铬铸铁复合锤头[期刊论文]-铸造设备与工艺2010(2) 8. 杨兰玉.赵海军 镶铸复合锤头的研制[期刊论文]-煤矿机械2001(8) 9. 吴振卿.卢广玺.汤文伯 高铬铸铁-铸钢双金属复合锤头的研制[期刊论文]-铸造设备研究2000(5) 引证文献(4条) 1.李继文.张国赏.魏世忠.徐流杰 双金属液-液复合耐磨板锤的工艺研究[期刊论文]-铸造 2010(3) 2.易克传.乔印虎 破碎机锤头铸造成型数值模拟[期刊论文]-热加工工艺 2012(11) 3.郭莹 反击式破碎机组合型锤头的研制[期刊论文]-热加工工艺 2011(13) 4.易克传.乔印虎 破碎机锤头铸造成型数值模拟[期刊论文]-热加工工艺 2012(11) 本文链接: