專利名稱：一種雙金屬復合錘頭的制造方法及錘柄預制件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種錘式破碎機用雙金屬復合錘頭的制備方法，適用于各種尺 寸和形狀的雙金屬復合錘頭的制造。
背景技術：
錘式破碎機是一種重要的破碎設備，在冶金、礦山、化工、電力、煤炭、 建材等各個行業都有廣泛的應用。錘頭是錘式破碎機中的重要抗磨零件，目前 普遍存在使用壽命短的問題。如何提高錘頭的使用壽命是一個普遍關注的問題。
錘頭的使用特點要求其頭部高硬度高耐磨，要求其柄部具有較高的綜合性 能，確保不出現斷裂。單一材質的錘頭能保證抗磨性時，柄部的斷裂危險卻較 大；確保柄部不斷裂時，頭部的抗磨性卻較低。雙金屬復合錘頭可以很好地滿 足這種高抗磨且高安全可靠性的要求。
現有技術中，雙金屬復合錘頭的制備方法主要是鑄造法和焊接法。焊接法 制備的雙金屬復合錘頭，因抗磨材料的焊接性能不好，連接部位難免出現焊接 缺陷，使用中容易導致斷裂，使用可靠性不高；在錘頭頭部耐磨部位堆焊耐磨 材料的方式在一定程度上提高了錘頭的使用壽命，但由于適合的耐磨材料焊條
有限以及堆;l:平層容易脫落，推廣應用受到了限制u
鑄造方法生產雙金屬復合錘頭是目前的主要工藝方法，并有多項專利。總體
上有鑲鑄和雙液復合兩種。鑲鑄雙金屬復合錘頭的方法是首先用一種材料預
制錘柄或錘頭，然后將預先制造的錘柄或錘頭(稱為預制件)放入砂型內，重 力下澆注另一種液體金屬將預制件包覆，鑄造成整個錘頭。這種方法中，預制 件與液體金屬的接觸面的結合強度較低，使用中容易出現脫落。為了防止脫落，預制件上設計了一些機械結合的凹凸結構，試圖利用機械結合提高結合強度， 但這種機械結合結構在使用中很容易失效，依然不能可靠地防止脫落現象的發 生。
雙液雙金屬復合鑄造方法，首先向鑄型中澆入一定厚度的第一種金屬液，同 時澆入熔融的高溫保護劑，以防止結合部位的高溫氧化，在一定時間間隔后再 澆入第二種金屬液，使兩種金屬在液態下實現復合，得到雙金屬復合錘頭。這 種方法容易造成兩種金屬液的混合，復合界面過寬，降低錘頭的使用性能，推 廣應用難度較大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，解決鑲鑄雙金屬復合錘頭容易脫落和雙液 雙金屬復合錘頭制造中容易出現兩種金屬液混合降低使用性能的問題。
本發明根據液態模鍛和壓焊的原理，提供一種雙金屬復合錘頭的制備方 法及錘柄預制件。雙金屬復合錘頭由頭部和錘柄預制件組成。
本發明提供的一種雙金屬復合錘頭的制備方法，包括如下步驟
步驟1，將綞柄預制件表面涂上熱處理保護涂料后，加熱300 80(TC;
加熱的目的在于防止澆注抗磨金屬后開裂、提高復合界面的結合強度。涂熱 處理保護涂料的目的在于防止加熱時錘柄預制件表面氧化，降低復合界面的 結合強度。
步驟2，在雙金屬復合錘頭金屬模具腔表面涂上鑄造涂料，并預熱120 300°C;涂鑄造涂料的目的在于控制抗磨合金液的冷卻速度，并對金屬模具進 行有效保護，防止抗磨合金液與金屬模具粘連或熔焊。預熱金屬模具的目的 在于去除涂料中的水分和揮發物，防止出現氣孔缺陷；其目的也在于防止澆 入高溫金屬液時導致模具開裂。步驟3，將錘柄預制件放入雙金屬復合錘頭金屬模具腔內，以高于抗磨
合金的液相線溫度15 8(TC的溫度向金屬模具腔內澆注抗磨合金液；澆注溫 度過高，容易導致錘頭頭部金屬內部組織粗大，降低抗磨性；澆注溫度過低， 不能將預制件表面的熱處理保護涂料融化去除，降低界面結合強度。
步驟4，在澆注完畢IO秒的時間內，對抗磨合金液施加50 150MPa的
壓強并保壓，保壓時間(mm) 4==J;射，抗磨合錢的 體積單位是cm3，表面積單位是cm2;保壓時間的單位是min;在保壓過程中， 抗磨合金液發生凝固形成錘頭的頭部，并在凝固收縮力和外加壓力的共同作 用下，抗磨合金與錘柄預制件接觸的界面達到良好的冶金結合，實現了錘頭 頭部和錘柄預制件的雙金屬復合，形成完整的雙金屬復合錘頭。
步驟5，停止加壓后，將雙金屬復合錘頭從模具腔中取出，冷卻至室溫后， 進行熱處理，得到本發明的雙金屬復合錘頭。
所述的抗磨合金液是指低鉻抗磨白口鑄鐵液、中鉻抗磨白口鑄鐵液、鉻 鐵礦涂料、高鉻鑄鐵液、高錳鋼液或其他耐磨合金鋼液。
所述的鑄造涂料包括鎂橄欖石涂料、石英粉涂料、鋯英粉涂料、鉻鐵礦
涂、氧化鎂涂料或鋁礬土涂料。
所述的熱處理保護涂料包括硼酸鹽熱處理保護涂料、硅酸鹽熱處理保護
涂料和其他在SO(TC以下具有防氧化作用的保護涂料。
錘柄預制件的連接柄長度為錘頭頭部長度的1/4 4/5，錘柄預制件連接柄 的厚度和寬度分別為錘頭頭部厚度和寬度的1/3 1/2;錘柄預制件的連接柄表 面有深2 5mm、寬3 10mm的環形溝槽。
錘柄預制件的材料選用室溫沖擊韌度5 ~ 20J/cm2，硬度25 40服C的各種鋼，鑄造或鍛造或機加工成形。
所述的各種鋼是指高錳鋼、中碳鑄鋼、鍛鋼或滿足性能要求的中低合金鋼。
本發明的有益效果是-
(1) 結合強度高。利用本發明生產的雙金屬復合錘頭，錘柄預制件與抗磨 合金之間的界面屬于冶金結合界面，結合強度高，使用中不會出現脫落。
(2) 抗磨性高。與同材質的鑄造雙金屬復合錘頭相比，抗磨合金的沖擊韌 度提高50%—80%，使用壽命提高50 150%。
(3) 材料利用率高。由于本發明利用外加壓力進行凝固補縮，省去了鑄造 冒口 ，使抗磨合金利用率可以達到95%以上。
(4) 適用范圍廣。本發明基本不受抗磨材料種類的限制，可以用來生產多 種雙金屬復合錘頭。
(5) 環境友好。由于本發明由可以反復使用的金屬模具代替一次性使用的 砂型，省去了造型操作，勞動環境清潔，無矽肺病的危害。
(6) 生產成本低。本發明無冒口和造型材料消耗，廢品率低，所以生產成 本比砂型鑄造同材質的錘頭降低20%以上。
圖l 一種雙金屬復合錘頭的結構主視圖。
圖2圖1的A-A剖面圖。
圖3抗磨合金液澆鑄完畢狀態圖。
圖中頭部l、錘柄預制件連接柄2、錘柄預制件3、雙金屬復合錘頭金屬 模具4、抗磨合金液5、錘柄預制件連接柄的厚度a、錘柄預制件連接柄的寬度b、錘柄預制件連接柄的長度c、錘頭頭部長度d、錘頭頭部厚度e、錘頭頭部寬度f。
具體實施例方式
結合附圖進一步說明本發明提供的一種雙金屬復合錘頭的制備方法及錘 柄預制件。 實施例一
制備單件重量為55kg錘式破碎機用高鉻鑄鐵/高錳鋼雙金屬復合錘頭。 其錘頭頭部1的長度d為170mm，寬度f為190mm，厚度e為110mm。
錘柄預制件3選用牌號為ZGMnl3的高錳鋼制備，其室溫沖擊韌度15J/cm2 且硬度為25HRC，采用砂型鑄造方法成形。錘柄預制件連接柄2的長度c為 136mm，寬度b為95mm，厚度a為55腿。錘柄預制件連接柄的表面有深5mm、 寬10mm的環形溝槽。
一種雙金屬復合錘頭的制備方法的具體步驟如下
步驟l，將錘柄預制件表面涂上硼酸鹽熱處理保護涂料，加熱至80(TC保 溫1小時。
步驟2，在高鉻鑄鐵/高錳鋼雙金屬復合錘頭金屬模具4腔的表面涂上氧 化鎂涂料，并預熱至120。C;
步驟3,將錘柄預制件放入高鉻鑄鐵/高錳鋼雙金屬復合錘頭金屬模具腔 內，以高于高鉻鑄鐵的液相線溫度15"C的溫度向金屬模具腔內澆注牌號為 KmTBCrl5Mo的高鉻鑄鐵液5;澆入的高鉻鑄鐵液充滿金屬模具型腔，將錘柄 預制件上的連接柄包裹，錘柄預制件表面的熱處理保護涂料融化后浮于抗磨 合金液表面。
步驟4，在澆注完畢9秒時，對KmTBCrl5Mo的高鉻鑄鐵液施加150MPa的壓強，保壓2. 2min。 KmTBCrl5Mo的高鉻鑄鐵液的體積為4700cm3，表面積
抗磨合金液的體積' x抗磨合金液的表面積，
為1056 cm2，根據公式保壓時間(min) 4 !，，U計算得保壓時
間2. 2min。
步驟5，停止加壓后，將高鉻鑄鐵/高錳鋼雙金屬復合錘頭從模具腔取 出，冷卻至室溫后，在熱處理爐內加熱至100(TC進行空淬熱處理，得到本發 明的高鉻鑄鐵/高錳鋼雙金屬復合錘頭。
本發明的高鉻鑄鐵/高錳雙金屬復合錘頭裝機使用表明，其使用壽命比砂 型鑄造高鉻鑄鐵/高錳鋼雙金屬復合錘頭提高了 80%，工藝出品率高達100%， 成本降低了 21%。
實施例二
制備單件重量為5kg錘式破碎機用低鉻鑄鐵/ZG35鋼雙金屬復合錘頭。其 錘頭頭部l的長度d為60mm，寬度f為100mm，厚度e為50mm。
錘柄預制件3選用牌號為ZG35的鑄鋼制備，其室溫沖擊韌度5J/cm2且硬 度為35服C，采用砂型鑄造方法成形。錘柄預制件連接柄2的長度c為35mm， 寬度b為40mm，厚度a為22腿。錘柄預制件連接柄的表面有深3mm、寬5mm 的環形溝槽。
一種雙金屬復合錘頭的制備方法的具體步驟如下
步驟l，將預制件表面涂上硅酸鹽熱處理保護涂料，加熱至40(TC保溫30分。
步驟2，在低鉻鑄鐵/ZG35鋼雙金屬復合錘頭金屬模具4腔的表面涂上石 英粉涂料，并預熱至18(TC。
步驟3，將錘柄預制件放入低鉻鑄鐵/ZG35鋼雙金屬復合錘頭金屬模具腔 內，以高于KmTBCr2低鉻抗磨白口鑄鐵的液相線溫度60°C的溫度向金屬模具腔內澆注KmTBCr2低絡抗磨白口鑄鐵液5。
步驟4，在澆注完畢5秒時，對KmTBCr2低鉻抗磨白口鑄鐵液施加50MPa 的壓強，保壓O. 19min。
步驟5，停止加壓后，將低鉻鑄鐵/ZG35鋼雙金屬復合錘頭從模具腔取出， 在熱處理爐內加熱至950。C進行油淬熱處理，得到本發明的低鉻鑄鐵/ZG35 鋼雙金屬復合錘頭。
本發明的低鉻鑄鐵/ZG35鋼雙金屬復合錘頭裝機使用表明，其使用壽命 比砂型鑄造低鉻鑄鐵/ZG35鋼雙金屬復合錘頭提高了 60%，工藝出品率高達 100%,成本降低了 23%。
實施例三
制備單件重量為5kg錘式破碎機用中錳鋼/40Cr鋼雙金屬復合綞頭。其 錘頭頭部1的長度d為60mm，寬度f為IOO腿，厚度e為50腿。
錘柄預制件3選用牌號為40Cr鍛鋼制備，機加工成形；其室溫沖擊韌度 20J/cii^且硬度為40服C。錘柄預制件連接柄2的長度c為15mm，寬度b為 33mm，厚度a為16. 6mm。錘柄預制件連接柄表面有深2mm、寬3mm的環形溝
一種雙金屬復合錘頭的制備方法的具體步驟如下
步驟1，將預制件表面涂上酒精硼酸熱處理保護涂料，加熱至30(TC保溫 20分。
步驟2，在中錳鋼/40Cr鋼雙金屬復合錘頭金屬模具腔的表面涂上鎂橄欖 石涂料，并預熱至30(TC;
步驟3，將錘柄預制件放入中錳鋼/40Cr鋼雙金屬復合錘頭金屬模具4 腔內，以高于ZGMn9Cr2中錳鋼的液相線溫度80°C的溫度向金屬模具腔內澆注ZGMn9Cr2中錳鋼液5。
步驟4，在澆注完畢6秒時，對ZGMn9Cr2中錳鋼液施加100MPa的壓強， 保壓0. 19min。
步驟5，停止加壓后，將中錳鋼/40O鋼雙金屬復合錘頭從模具腔取出， 在熱處理爐內加熱至108(TC進行水韌處理，得到本發明的中錳鋼/40Cr鋼雙 金屬復合錘頭。
本發明的中錳鋼/40Cr鋼雙金屬復合錘頭裝機使用表明，其使用壽命比砂型 鑄造中錳鋼/40Cr鋼雙金屬復合錘頭提高30%，工藝出品率高達100%，成本降 低了 35% 。
權利要求
1. 一種雙金屬復合錘頭的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，將錘柄預制件表面涂上熱處理保護涂料后，加熱300～800℃；步驟2，在雙金屬復合錘頭金屬模具腔表面涂上鑄造涂料，并預熱120～300℃；步驟3，將錘柄預制件放入雙金屬復合錘頭金屬模具腔內，以高于抗磨合金的液相線溫度15～80℃的溫度向金屬模具腔內澆注抗磨合金液；步驟4，在澆注完畢10秒的時間內，對抗磨合金液施加50～150MPa的壓強并保壓，保壓時間其中，抗磨合金液的體積單位是cm3，表面積單位是cm2；保壓時間的單位是min；步驟5，停止加壓后，將雙金屬復合錘頭從模具腔中取出，冷卻至室溫后，進行熱處理，得到本發明的雙金屬復合錘頭。
2. 根據權利要求1所述的一種雙金屬復合錘頭的制備方法，其特征在于， 所述的抗磨合金液是指低鉻抗磨白口鑄鐵液、中鉻抗磨白口鑄鐵液、高鉻鑄 鐵液、高錳鋼液或其他抗磨合金鋼液。
3. 根據權利要求1所述的一種雙金屬復合錘頭的制備方法，其特征在于， 所述的鑄造涂料包括鎂橄欖石涂料、石英粉涂料、鋯英粉涂料、鉻鐵礦涂料、氧化鎂涂料或鋁礬土涂料。
4. 根據權利要求1所述的一種雙金屬復合錘頭的制備方法，其特征在于，所述的熱處理保護涂料包括硼酸鹽熱處理保護涂料、硅酸鹽熱處理保護涂料和其他在80(TC以下具有防氧化作用的熱處理保護涂料。
5. —種雙金屬復合錘頭的錘柄預制件，其特征在于，錘柄預制件(3)的 連接柄長度(c)為錘頭頭部長度(d)的1/4 4/5，錘柄預制件連接柄厚度(a)和寬度(b)分別為錘頭頭部厚度(e)和寬度(f)的1/3 1/2;錘柄預制件的連接柄 表面有深2 5mm、寬3 10mm的環形溝槽。
6. 根據權利要求5所述的一種雙金屬復合錘頭的錘柄預制件，其特征在于， 錘柄預制件的材料選用室溫沖擊韌度5 20J/cm2，硬度25 40HRC的各種鋼， 鑄造或鍛造或機加工成形。
7. 根據權利要求5所述的一種雙金屬復合錘頭的錘柄預制件，其特征在于， 所述的各種鋼是指高錳鋼、中碳鑄鋼、鍛鋼或滿足性能要求的中低合金鋼。
全文摘要
一種雙金屬復合錘頭的制備方法是將錘柄預制件(3)涂熱處理保護涂料，加熱300～800℃；金屬模具(4)腔表面涂鑄造涂料，預熱120～300℃；錘柄預制件放入金屬模具腔，以高于抗磨合金液相線溫度15～80℃向金屬模具腔內澆注抗磨合金液(5)；澆畢10秒內，加壓50～150MPa保壓后取出錘頭。錘柄預制件沖擊韌度大于等于5～20J/cm<sup>2</sup>，硬度25～40HRC，加工成形。錘柄預制件連接柄長度為錘頭頭部(1)長度的1/4～4/5，厚度和寬度分別為錘頭頭部厚度和寬度的1/3～1/2；連接柄表面有環形溝槽。解決了鑲鑄雙金屬復合錘頭容易脫落和雙液雙金屬復合錘頭容易出現雙液混合降低使用性能的問題。
文檔編號B22D19/16GK101456069SQ20091007621
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月5日 優先權日2009年1月5日
發明者宋新豐, 牛建平, 皮忠敏, 邢書明, 閆麗峰, 韓永清, 鮑培瑋 申請人:北京交通大學;河北省萬全縣豐華有色金屬加工廠