反击式破碎机易损件材料的研究

    摘要:诺里冲反击式破碎机是一种从奥钢联进口的破碎超硬物料的破碎机，为取代进口易损件，本文研制的cyk型高铬合金铸铁，经研究及现场生产考核，完全可以取代进口配件，取得了显著的经济效益。 
    关键词：反击式破碎机 易损件 抗磨铸铁 
    国家重点建设项目五强溪水电工程从奥地利引进了新型破碎机一一诺里冲apk40型反击式破碎机。机内全套耐磨件7个品种8件均采用抗磨材料制成。从奥钢联进口的产品单价为2．5万元／t，仅破碎机一项，要完成该工程建设需要耗资2505．35万元。为了使引进设备配件立足国内，我们对机内抗磨件进行了反复的研究及试制。经生产运行试验，用所研制的抗磨合金制作的配件使用寿命与进口产品相当，完全可以取代进口配件。 
    1、破碎机易损件的工况及材质选择 
    1．1 工况条件 
    五强溪水电工程中采用石英岩和石英砂岩制成砂石料，然后进行混凝土的配制。这两种砂石料中sio。含量达 75%～90%，莫氏硬度 7级以上，抗压强度为200—300mpa。引进的破碎机技术参数为：转子直径1000×宽1000mm，转速 740r／min，功率160 kw，最大进料粒度为 150mm，破碎能力 120 t／h。设备中随机带来的易损件经现场生产考核，使用寿命为 110— 125 h。易损配件在运行中的另一工况特点是：高速运转的冲击锤与高硬度的石英岩反复碰撞，冲击锤工作表面温度高达500—600℃，因此，抗磨材料必须在较高的温度下具有足够的韧性和硬度。 
    1．2 磨损机理 
    诺里冲反击式破碎机中的冲击锤、反击板等易损件的磨损是凿削式磨粒磨损。这种磨损是表面应变和机械应变较强的沟槽磨损，沟槽的形成是由于磨料在外力作用下，以一定的速度切人金属基体，经一段滑移后与金属基体脱离，从而在基体上留下一道道沟槽。沟槽的形成取决于局部应力的大小和金属表面与磨料硬度的相对值。在相同应力的情况下，磨料硬度越大，越容易产生沟槽。由于砂烁石硬度大，因而对金属基体产生的沟槽往往在磨损中占主要地位。 
    1．3 材质选择 
    为了借鉴国外经验，首先我们对奥钢联进口产品残体的金相组织、力学性能及化学成分进行了分析测试，结果表明，进口配件所用的材料为高合金抗磨材料，其化学成分见表1，其金相组织为马氏体加条块状一次碳化物加二次碳化物，硬度为hrc62～64。我们对国内外常用抗磨材料的使用情况进行了广泛的调研和实物分析，在此基础上再根据反击式破碎机的工作原理及国内资源进行了大量的材质试验，选用cyk型高铬合金铸铁来进行试制。 
    2 反击式破碎机抗磨件的研制  
    2．1 熔炼工艺 
    表1 进口冲击锤的化学成分 
    c si mn p s cr ni cu 
    3．32 0．22 0．70 0．065 0．020 26．18 0.51 0.42 
    cyk型高铝合金铸铁在中频感应电炉内熔炼，熔化温度为1500～1550℃，以确保合金熔解并充分扩散，为防止铸件组织晶粒粗大或出现冷隔、皱皮等缺陷，浇铸温度控制在1360～1380℃。

     2．2 铸造工艺 
    选用的高铬合金铸铁材质，具有合金含量高、流动性好、收缩量大、导热性差等特点，因此在设计其铸件造型工艺时，采取顺序凝固的原则，并且为增强冒口对铸件的补缩效果，冲击锤、反击板等厚大铸件采用立浇雨淋式保温冒口的浇铸方法。 
    2.3 热处理 
    热处理采取多阶梯双曲型工艺，包括淬火、回火，见图2，其工艺参数与铸件壁厚密切相关，生产不同铸件，参数有所不同。此外，由于该材质合金含量高，导热性差，铸造应力大，且诺里冲反击式破碎机抗磨件在高应力下工作，因此必须经消除应力的热处理，以防止出现早期断裂。 
    3 cyk型合金铸铁的金相组织和力学性能 
    3．1 金相组织 
    奥钢联冲击锤残体的金相组织，是回火马氏体加条块状一次碳化物加少量二次碳化物。为cyk型高合金铸铁热处理后的组织，是回火马氏体加条块状一次碳化物及在回火马氏作基体上析出的颗粒状二次碳化物，比较两种合金的金相组织发现，cyk型高合金铸铁组织更细小，且析出的二次碳化物数量较多。 
    3．2 力学性能 
    对合金的力学性能经反复测试后结果见表2。由表中数据可见，cyk型高铬合金铸铁不仅具有很高的硬度且冲击韧性较好。 
    表2 cyk型高铬合金铸铁的力学性能 
    力学性能状态 冲击值ak（j/ cm2） 硬度（hrc） uw（mpa） 
    铸态 -　 54～58 >600 
    热处理态 5—8 62～67 　 - 
    注： ak采用 20×20×110不加工，无缺口试样，支距70mm； 
    σw采用砂型铸造，试样尺寸为φ30×340，支距300 mm。 
    4 生产试验 
    将cyk型高铬合金铸铁的冲击锤与奥钢联进口冲击锤同机安装满负荷运转，结果见表3。数据表明：在完全相同的工况下用＊＊k型高铬合金铸铁生产的抗磨件抗磨性能与进口产品相当，完全可以取代进口产品。在五强溪水电工程中，由多家单位研制的产品对比使用后，该合金生产的配件成为最优选定产品，并已多次出口巴基斯坦。 
    表3进口、国产冲击锤运行国耗情况对比 
    名称 产品单重（kg／件） 装机数量（件） 实际运行时间（h） 破碎物料总重（t） 残体重(kg/件） 吨物料磨耗（g/ t） 产品小时磨耗（g/h） 
    进口锤 109 4 123．8 14856 46 4．24 509 
    国产锤 109 4 123．8 14856 45 4．30 517 
    用cyk型高合金铸铁生产的抗磨件与进口配件在使用寿命相当的情况下，其经济指标明显优于进口配件，单价仅为进口产品的 55％，具有显著的经济效益。同时此项研究为矿山、冶金、水电等工程破碎超硬物料，选用优良抗磨材料提供了依据。