高性能双液双金属复合锤头铸造工艺及组织性能研究
发布时间：2021-11-04 09:05
锤头是矿山、冶金、水泥等基础工业广泛应用的一种锤头破碎机配件,锤头的使用寿命受到用户的重点关注,具备高耐磨性和高韧性的锤头,不仅可以提高生产效率,还可以减少人力物力等资源浪费,传统单一材料生产的锤头,无法同时满足表面的高耐磨性和整体的高韧性要求,市面上使用的复合锤头目前主要存在耐磨性差,冲击韧性低,碳钢锤柄易脆裂问题。因此,为了保证破碎机在复杂恶劣的工况下正常运行且高效,本文通过研究双液双金属复合铸造工艺生产高铬合金/碳钢锤头,重点讨论铸造工艺对锤头的材料组织性能和磨损机理的影响,优化生产工艺参数。采用消失模铸造工艺生产的双液双金属复合锤头,锤柄材质为中碳钢,锤头材质为高铬合金。首先对产品结构进行分析,利用Procast仿真软件模拟两种不同浇冒系统的铸造过程,分析金属液充型和凝固过程中温度场和缺陷形成的原因,提出采用侧注式浇冒系统,浇注过程温度场均匀,充型过程平稳,有效减少铸造缺陷。试样生产时,采用聚苯乙烯泡沫（EPS）进行制样,经过处理后,将模样固定到砂箱中,锤柄朝下,锤头朝上,合理控制浇注温度、冷却时间和浇注间隔,先定量浇注中碳钢锤柄,再定量浇注高铬合金锤头,发现两者之间形成了良好...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２捶头镶铸复合方法??由于高铬铸铁抗热冲击性能较差，在急剧受热时存在开裂的可能，所以一??
端工艺是将耐磨合金部分先预制并放置于铸型中，再把锤柄金属液注入，??利用金属液与预制件的机械结合成型，由于后浇入的金属液温度高，高铬铸铁??受热不均匀，容易产生裂纹。预制锤柄工艺是将普通碳钢预制锤柄放在铸型内，??浇入高铬铸铁金属液，形成四周包覆锤柄，达到机械和冶金结合双重结合。为??提高结合力，常在锤柄包覆位置预制圆孔，浇入的金属液填充到孔内凝固后形??成机械连接销，可有效防止锤端与锤柄松动和脱落［＞３５］。近年，国内生产的双??金属复合锤头大部分采用的是预制锤柄包１镶铸工艺方法如图１．３所示。??｝?ｔ??＼Ｗ｝?ｍｙ??Ｉ?ｉ?ｊ?ｉ??ｉ?ｊ?！?？??１?Ｔ?＊?１???１－锤柄：２－锤头??图１．３包澄锿铸锤头结构??此工艺方法的优点是：（１）仅有耐磨锤头部分由高铬铸铁组成，人大降低??生产成本；（２）普通碳钢的韧性提高了锤头的使用性能，而纯高铬的锤头使用??易发生脆断：（３）工艺方法较为简单，易操作，并且不需两套熔炼设备，减少??丫企业成本。ｍ当前镶铸工艺还不完善，主要缺点是：（丨）要在固液界面间产??生冇效的机械和冶金结合，固体表面温度需达到固液相以ｈ，因此必须对镶铸??休进行合理的预热处理，容易导致在热处理过程，固休金属表面被氣化，虽吋??以通过涂覆防护剂来阻止表面氧化，但要彻底防止氧化太难。在使用过程中，??特别是使用后期，会发生耐磨块碎裂或脱落现象。刈；梅Ｉ３８１等人研宂农明，在??同样材质情况下，固休温度为室温时，只奋当液－固质Ｍ处于８：１和丨０：１时，??冶金才能有效结合。但在实际中显然是小可能的，锤头头部与锤柄的比例般??在１：?１左右，因此需要对镶铸体进行预热处理，
量及高强度结合处面。双液复合常用的两种方法，一是定量浇??注，先浇一种金属，待凝固至一定温度后再浇入另外一种金属，即平做立浇工??艺；另一种方法是为避免浇注时机把握不准出现金属液混合，采用中间插入燕??尾形隔板，两种金属液同时浇注时，隔板少部分融化，但又起到隔离作用，即??隔板立浇工艺。因此，双液铸造复合法前提是两种金属液不混合，使两种金属??熔为一体，其次是获得尽可能大的结合面积［４２４３］。??（１）双液隔板立浇工艺。在铸型中设置碳钢隔板，将铸型分为两部分，铸??造工艺和隔板如图１．４所示。浇注时，同时将两种金属分别注入各自的型腔，??为了防止隔板移位或烧穿，要控制注入速度，尽量使金属液面同步上升［４４４６］。??ｉｆ?、??，ｆｎ?ｉ?ａ??（ａ）铸造工艺?（ｂ）燕尾隔板??图１．４双金属铸造工艺和隔板??根据铸件的壁厚、浇注的速度和温度，合理控制隔板的厚度，既要让两种??金属将其部分熔化，也要起到充分隔离的作用。该工艺不适合用于铸造复杂铸??件，原因是在铸造过程中芯子可能无法安放，两种合金浇注速度存在差异，隔??板会变形偏移，得不到达到要求的铸件。熊博文等［４７］通过在高铬白口铸铁和２５??号铸钢之间插入２ｍｍ的２０号钢板，获得合理的成分和组织过渡层，复合层的??厚度达３０？４０ｍｍ，具有良好的界面冶金结合性能，材料的强度和韧性显著增强。??目前该方法使用于复合锤头的双液复合方式，但由于工艺复杂，不便量产所以??没能被广泛使用。??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]双液双金属高Cr合金/钢复合材料性能优化热力学研究[J]. 王艳林,周孟,庞晓露,王自东. 华东交通大学学报. 2016(06)
[2]双金属锤头双液铸造工艺模拟研究[J]. 沙洵,钱俊康. 铸造技术. 2016(09)
[3]爆炸硬化后高锰钢的硬度与抗拉强度随深度的变化规律[J]. 刘迎彬,胡晓艳,刘天生,王凤英. 金属热处理. 2014(10)
[4]合金化及热处理工艺对高锰钢性能的影响[J]. 李保元,张国赏,魏世忠,徐流杰,李继文. 湖南农机. 2014(07)
[5]淬火温度对Fe-Cr-B-Al合金组织和性能的影响[J]. 吴占文,成鹏,符寒光. 材料热处理学报. 2014(05)
[6]冷却速率对低合金耐磨钢组织结构及性能的影响[J]. 陈培友,赵传蓉,唐建新. 铸造技术. 2013(02)
[7]破碎机锤头耐磨材料与制造工艺的发展[J]. 李梦,程巨强,高滋辰,刘志学. 矿山机械. 2012(07)
[8]回火温度对中碳低合金耐磨铸钢组织及性能的影响[J]. 田学锋,孙广庭,荆余刚,李红,张迪,张国志. 铸造. 2011(08)
[9]高铬铸铁复合锤头的铸造与热处理研究应用[J]. 任庆平,王国仁. 铸造技术. 2010(04)
[10]双金属液-液复合耐磨板锤的工艺研究[J]. 李继文,张国赏,魏世忠,徐流杰. 铸造. 2010(03)
硕士论文
[1]双金属复合锤头铸造工艺与界面特性研究[D]. 王婵.内蒙古科技大学 2014
[2]锤柄堆焊对双金属复合锤头界面结合和耐磨性的影响[D]. 高华.郑州大学 2012
本文编号：3475427
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２捶头镶铸复合方法??由于高铬铸铁抗热冲击性能较差，在急剧受热时存在开裂的可能，所以一??
端工艺是将耐磨合金部分先预制并放置于铸型中，再把锤柄金属液注入，??利用金属液与预制件的机械结合成型，由于后浇入的金属液温度高，高铬铸铁??受热不均匀，容易产生裂纹。预制锤柄工艺是将普通碳钢预制锤柄放在铸型内，??浇入高铬铸铁金属液，形成四周包覆锤柄，达到机械和冶金结合双重结合。为??提高结合力，常在锤柄包覆位置预制圆孔，浇入的金属液填充到孔内凝固后形??成机械连接销，可有效防止锤端与锤柄松动和脱落［＞３５］。近年，国内生产的双??金属复合锤头大部分采用的是预制锤柄包１镶铸工艺方法如图１．３所示。??｝?ｔ??＼Ｗ｝?ｍｙ??Ｉ?ｉ?ｊ?ｉ??ｉ?ｊ?！?？??１?Ｔ?＊?１???１－锤柄：２－锤头??图１．３包澄锿铸锤头结构??此工艺方法的优点是：（１）仅有耐磨锤头部分由高铬铸铁组成，人大降低??生产成本；（２）普通碳钢的韧性提高了锤头的使用性能，而纯高铬的锤头使用??易发生脆断：（３）工艺方法较为简单，易操作，并且不需两套熔炼设备，减少??丫企业成本。ｍ当前镶铸工艺还不完善，主要缺点是：（丨）要在固液界面间产??生冇效的机械和冶金结合，固体表面温度需达到固液相以ｈ，因此必须对镶铸??休进行合理的预热处理，容易导致在热处理过程，固休金属表面被氣化，虽吋??以通过涂覆防护剂来阻止表面氧化，但要彻底防止氧化太难。在使用过程中，??特别是使用后期，会发生耐磨块碎裂或脱落现象。刈；梅Ｉ３８１等人研宂农明，在??同样材质情况下，固休温度为室温时，只奋当液－固质Ｍ处于８：１和丨０：１时，??冶金才能有效结合。但在实际中显然是小可能的，锤头头部与锤柄的比例般??在１：?１左右，因此需要对镶铸体进行预热处理，
量及高强度结合处面。双液复合常用的两种方法，一是定量浇??注，先浇一种金属，待凝固至一定温度后再浇入另外一种金属，即平做立浇工??艺；另一种方法是为避免浇注时机把握不准出现金属液混合，采用中间插入燕??尾形隔板，两种金属液同时浇注时，隔板少部分融化，但又起到隔离作用，即??隔板立浇工艺。因此，双液铸造复合法前提是两种金属液不混合，使两种金属??熔为一体，其次是获得尽可能大的结合面积［４２４３］。??（１）双液隔板立浇工艺。在铸型中设置碳钢隔板，将铸型分为两部分，铸??造工艺和隔板如图１．４所示。浇注时，同时将两种金属分别注入各自的型腔，??为了防止隔板移位或烧穿，要控制注入速度，尽量使金属液面同步上升［４４４６］。??ｉｆ?、??，ｆｎ?ｉ?ａ??（ａ）铸造工艺?（ｂ）燕尾隔板??图１．４双金属铸造工艺和隔板??根据铸件的壁厚、浇注的速度和温度，合理控制隔板的厚度，既要让两种??金属将其部分熔化，也要起到充分隔离的作用。该工艺不适合用于铸造复杂铸??件，原因是在铸造过程中芯子可能无法安放，两种合金浇注速度存在差异，隔??板会变形偏移，得不到达到要求的铸件。熊博文等［４７］通过在高铬白口铸铁和２５??号铸钢之间插入２ｍｍ的２０号钢板，获得合理的成分和组织过渡层，复合层的??厚度达３０？４０ｍｍ，具有良好的界面冶金结合性能，材料的强度和韧性显著增强。??目前该方法使用于复合锤头的双液复合方式，但由于工艺复杂，不便量产所以??没能被广泛使用。??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]双液双金属高Cr合金/钢复合材料性能优化热力学研究[J]. 王艳林,周孟,庞晓露,王自东. 华东交通大学学报. 2016(06)
[2]双金属锤头双液铸造工艺模拟研究[J]. 沙洵,钱俊康. 铸造技术. 2016(09)
[3]爆炸硬化后高锰钢的硬度与抗拉强度随深度的变化规律[J]. 刘迎彬,胡晓艳,刘天生,王凤英. 金属热处理. 2014(10)
[4]合金化及热处理工艺对高锰钢性能的影响[J]. 李保元,张国赏,魏世忠,徐流杰,李继文. 湖南农机. 2014(07)
[5]淬火温度对Fe-Cr-B-Al合金组织和性能的影响[J]. 吴占文,成鹏,符寒光. 材料热处理学报. 2014(05)
[6]冷却速率对低合金耐磨钢组织结构及性能的影响[J]. 陈培友,赵传蓉,唐建新. 铸造技术. 2013(02)
[7]破碎机锤头耐磨材料与制造工艺的发展[J]. 李梦,程巨强,高滋辰,刘志学. 矿山机械. 2012(07)
[8]回火温度对中碳低合金耐磨铸钢组织及性能的影响[J]. 田学锋,孙广庭,荆余刚,李红,张迪,张国志. 铸造. 2011(08)
[9]高铬铸铁复合锤头的铸造与热处理研究应用[J]. 任庆平,王国仁. 铸造技术. 2010(04)
[10]双金属液-液复合耐磨板锤的工艺研究[J]. 李继文,张国赏,魏世忠,徐流杰. 铸造. 2010(03)
硕士论文
[1]双金属复合锤头铸造工艺与界面特性研究[D]. 王婵.内蒙古科技大学 2014
[2]锤柄堆焊对双金属复合锤头界面结合和耐磨性的影响[D]. 高华.郑州大学 2012
本文编号：3475427
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