邹丽 郭蕾蕾 张伟 罗辉

关键词：耐磨合金钢;破碎机;成分控制;热处理

Abstract： In recent years， China's construction industry has been into the rapid developing period， the demand to wear-resisting materials is also growing， but the wear-resistant alloy steel products are emerged in endlessly， but the product quality is uneven， especially the high-end product has bigger gap compared with abroad. Take wear-resistant alloy steel crusher as an example， at present， the hammer head of hammer crusher is mostly made of high manganese steel or ultra-high manganese alloy steel inset with hard alloy （such as carbon titanium alloy）， and some of it is made of high chromium cast iron and high chromium cast iron inset with hard alloy. The counterattack hammer is made of super-high manganese inset with hard alloy or high chromium cast iron， and its service life is obviously short compared with similar advanced products abroad. Taking the hammer head of wear-resistant alloy steel high manganese steel crusher produced in the factory as an example， this paper analyzes the common problems in the production process of the hammer head of wear-resistant alloy steel crusher， analyzes the causes of the problems and the improvement measures.

Key words： wear resistant alloy steel， crusher， composition control， heat treatment

随着我国基础建设的快速发展，与之密切相关的水泥、矿山等行业也进入高速发展阶段，因其生产过程中对耐磨材料的市场需求巨大，这同样给耐磨材料行业发展带来了契机，但因耐磨材料产品原料价格一路飙升，且企业用工成本不断增加，导致耐磨材料企业的发展也是困难重重。尤其是经营普通耐磨材料产品，在当前市场形势下更缺乏竞争优势，且销售利润过低，所以对于耐磨铸造产品生产企业来讲需要不断进行技术研发，开发出新技术新产品，提升耐磨产品的利润率和市场竞争力。

以破碎机配件为例，目前，锤式破碎机锤头材质大多采用高锰钢或超高锰合金钢镶嵌硬质合金，部分采用高铬铸铁、高铬铸铁镶嵌硬质合金（少见镶嵌陶瓷）、双合金复合材料等;反击破板锤材质采用超高锰镶嵌硬质合金或高铬铸铁[1-3]。材质的改变即提升了产品质量，也带来了高附加值。虽然破碎机锤头产品工艺不断升级，但产品质量仍然层次不齐。本文通过对高锰钢破碎机锤头的产品工艺分析，解析产品质量出现的原因以及如何在生产过程中避免缺陷产生，提升产品质量。

1.生产过程中常见缺陷

下图为某工厂采用铸造工艺生产的高锰钢破碎机锤头，主要用于水泥、矿山等行业，产品的需求量很大，但是企业产品的成品率存在问题，产品在生产中经常出现的问题有：

1.1 容易产生铸造缺陷

破碎机锤头铸造后的成品中经常会产生气孔、缩松及缩孔、砂眼等缺陷，如下图1所示。产品表面就能看到如此多的缺陷，可以肯定，如果对产品进行解剖，会存在缩松、缩孔与氧化夹渣等内部缺陷。初步分析原因是：①缩松、缩孔的产生与铸造工艺的凝固顺序及补缩能力有关;②气孔的产生與钢水冶金质量（这里主要是吸气程度）以及浇铸过程的排气能力有关;③砂眼与造型工艺及涂料有关。

下图2所显示的是锤头形成的裂纹情况，尤其是镶嵌体之间。根据生产工艺，分析裂纹产生的原因如下：①固态降温过快，在弹性温度范围内生严重的热应力，若其超过材料的强度极限，则直接产生铸造冷裂纹。②处理工艺不当，如果热处理升温速度控制不当，比如低温阶段升温过快，因不同部位温差过大，也会导致严重的热应力，将会容易引发热处理开裂。

2.1铸造工艺的选择

我们知道，破碎机锤头生产常采用消失模铸造工艺，在整个消失模铸造流程中，浇注工艺是至关重要的环节之一，浇注系统、浇注速度、浇注温度、浇注工序四个因素是提高铸件质量的关键工序，需要不断改进和完善，才能铸造出精度高质量好的铸件[4-6]。对于经常出现工艺缺陷而难以避免的铸件，建议尝试运用工艺相关的铸件凝固模拟（如PROCAST、华铸CAE或MAGMA等凝固模拟软件），以便事先对相关工艺进行调整和优化。然后，再进行实际工艺验证。

2.2成分优化及冶炼质量控制

高锰钢的国家标准共有5个牌号，按碳（C：0.75%-1.3%）含量来区分，可以根据产品特点，进行成分优化。另外，产品成分中硅的含量直接影响产品的韧度，所以需控制在0.5%以内。其次高锰本身起到脱硫作用，因此需控制成分中磷硫含量，生产中需将磷含量控制在0.07%以内。再次产品中的铬可形成碳化物以增加耐磨性，一般含量在2.0%左右【7-8】。

从原理上看，高锰钢之所以称为抗磨钢之王，其优势在于：其组织为奥氏体组织，尤其是经过热处理的水韧处理后，奥氏体组织更为明显，所以承受冲击时，工作部位的表层产生加工硬化，硬度迅速提高，因此获得优异的耐磨性;但其组织心部仍为高韧性的奥氏体，所以特别抗冲击且不会发生脆断。因此高锰钢至今仍然是不可替代的抗磨材料。如下图3所示，高锰钢受冲击后产生的位错塞积以及孪晶组织

此处必须注意：成分的调整需与热处理工艺相结合，其前提是，在“水韧处理”热处理工艺条件下，组织中不可以出现连续网状的晶界碳化物，且严格控制组织中残余碳化物含量。否则，会引起高锰钢的冲击韧性严重下降，产品在服役中容易发生脆断。

2.3热处理过程控制

高锰钢破碎机锤头的热处理，是控制产品质量的关键环节。热处理的好坏，直接决定了锤头力学性能的高低以及组织内碳化物的呈现形式，同时也对锤头成分中的其他合金元素如铬等是否能形成硬质点的碳化物起至关重要的作用。因此，必须制定合理的热处理工艺。如热处理过程中必须进行水韧处理，其目的是，消除铸件中的珠光体组织和碳化物，从而得到完全的奥氏体组织。因此，需合理控制水韧处理的奥氏体化温度（淬火加热温度）及保温时间;并严格控制零件进入水池的入水时间，以及淬火水池的介质的流动性（保证冷却效果）。下图为经过不同水韧处理方式后获得的组织。图5（a）和图5（b）明显出现连续的晶界碳化物，且残余碳化物含量相对较多，图5（c）中即无明显晶界碳化物，且残余碳化物也非常少，即为合格的热处理组织。因此水韧处理过程中需严格控制组织，组织中不可以出现连续的晶界碳化物（如图5（a）和（b））），且严格控制组织中残余碳化物含量（体积百分比最好不大于1%）。必要时，需对组织和冲击韧性进行检验，以验证水韧处理工艺及其工艺参数是否合适、合理、到位（满足要求）。

此处注意，热处理过程中装炉需要严格控制，需使铸件在炉膛的有效温度区进行加热。不过热处理厂为节省成本，经常会将不同的产品强行塞进一炉中，这样因炉膛内很多地方达不到设计温度，那样可能有些产品就无法按照热处理工艺曲线加热到既定温度，当然也就无法获得理想的产品。

3、结论

针对耐磨高锰钢制破碎机锤头常出现的缺陷，本文从浇注工艺选择、成分优化和冶炼质量控制、热处理过程控制等方面分析了产生缺陷的原因以及预防措施。得出结论如下：

（1）对高锰钢制破碎机锤头，适当增加含C量及Mn量，可提升高锰钢的硬化效率和加工硬化速率。

（2）铸件产品的生产，经常受工艺、人为操作乃至环境等多方面的影响，所以在实际生产过程中，根据产品特点，制定出最优化的生产工艺后，后续生产中需要严格按照既定工艺生产，不可为了控制成本或节省时间而随意改变生产工艺过程，否则，在短期内可能是降低了成本，但从长远看并不利于产品质量的稳定性。

（3）针对传统制造业，生产者需加强技术和生产装备的升级改造，通过优化工艺过程与提高装备的智能化，减少人为和环境因素带来的产品不稳定性，降低废品率，提高产品质量，从来提升企业市场竞争力。

参考文献：

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作者简介：邹丽（1981—），女，硕士研究生，工程师，研究方向：智能制造、机电工程。

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