PCS1115碎石机,工作锤头有较高的耐磨性能

本文分析了近年来国内外破碎机锤头抗磨材料的研究及应用情况,指出了破碎机锤头材料普遍存在的问题硬度和韧性偏低,耐磨性差且容易断裂。 目前,矿山所用锤头的多为锻造成型,生产工艺复杂且成本较高,而铸造成型因其工艺简单,不需太多的后期加工,能够节约成本,提高工作效率。 因此,研制出一种应用于矿石破碎的高强韧耐磨铸件,具有十分重要的意义。 目前国内的破碎机锤头大部分使用高锰钢材质,使用寿命非常短,而且出机物料由于锤头的磨损过快造成篦条和锤头的间隙过大而粒度不均匀,影响下一步的粉磨过程,同时频繁停机更换锤头增加了维修工作量,影响正常生产。 如果锤头的硬度过高,在大块物料的打击下很容易造成锤头的断裂,不及时停机会造成设备事故。 因此,研制出一种高强韧材质制作锤头具有十分重要的意义。

2 破碎机锤头的失效分析及对耐磨材料的性能要求 2.1 锤头的失效分析 锤式破碎机的工作简图见图1,物料从喂料口落下进入破碎腔,与高速旋转的锤头相撞击而被破碎。

这时锤头除了在破碎腔上部与继续落下的物料相撞击外,还要对破碎腔底部堆积在篦条上的物料施以撞击、碾压,迫使被破碎后符合要求的细小物料通过篦条卸出。 在上述过程中,锤头除受到撞击外,还受到物料的冲刷。

随着上述过程的不断重复,久而久之,锤头的原工作面遭到破坏,其表面形状发生了变化,原来的棱角磨削为光滑的圆弧面,见图2。

破碎机工作

从图2我们可以看到,作用在锤头磨面的力F分解为两个力,一是垂直于磨面的法向力F法;另一是平行于磨面的切向力F切。 前者对锤头磨面产生撞击作用;后者对锤头磨面造成切削、冲刷。 由锤头工作示意图和扫描电镜分析可知,破碎机锤头在工作中受到几种形式的磨损。

在锤头工作初期其表面形状未发生改变时,锤头主要受到撞击磨损,物料以正向力撞击金属表面产生塑性变形和撞击坑。 当锤头的工作面磨损为弧面后,其表面的受力发生了变化,物料以一定的冲击角撞击工作面。 此时锤头除了受到物料以正向力F法的撞击磨损外,还受到物料对它的冲刷造成的犁削。 当材料硬度较低时物料刺入其表面,在水平分力F切的作用下将材料推至两侧,造成堆积和隆起,形成犁沟;而材料硬度较高时,磨损过程则以切削材料为主。

被切削的材料一部分呈磨屑流失,另一部分尚与母体连接的磨屑经再次切削和冲击后最终还是断裂脱落。 同时在物料的反复多次冲击下,冲击坑的翻边和犁沟降起的两侧因多次变形脆化而产生裂纹。

由于高锰钢锤头硬度低,不能有效地抵抗物料的刺入和刻划,因而造成严重的犁沟和犁削,使其表面磨损加速。 尽管物料的撞击可产生一定量的加工硬化,但冲击力还不足以使锤头的工作面形成坚固的硬化层,造成锤头的耐磨性不够,最终导致短期失效。

因此提高锤头材质的硬度必然有助于其耐磨性的提高,可使物料对金属表面的犁削现象减轻。 提高材质的韧性可以抑制裂纹的萌生和扩展,有助于减少疲劳剥落的形成,从而提高耐磨性。 2.2 锤头材质应具备的性能要求 材料的硬度是影响其耐磨性的一个重要因素。

物料与耐磨材料的硬度比值Ha/Hm对磨损率有很大影响。

当0.7≤Ha/Hm≤1.3时,磨损率开始上升,耐磨性降低,如图3所示。 这时如物料硬度不变,设法提高金属材料的硬度以使其耐磨性显著提高。 水泥生产中最硬的物料为水泥熟料,其硬度在HB480左右。 因此在破碎熟料时要想得到较低的磨损率,必须将锤头的硬度提高到HB460(HRC49)以上。 这是确保破碎机锤头工作时具有高耐磨性的根本条件。 对从现场取回的高锰钢锤头残体进行了多次测试,其结果表面硬度只有HB230～350(HRC21～38)。 说明预期的加工硬化效果没有达到,从而硬度很低。 这个硬度值对于破碎水泥熟料属于硬磨料磨损,因而工件磨损严重而早期失效。 当然一味地提高材料的硬度并不一定能提高材料的耐磨性。 金属材料的耐磨性是个综合因素指标,与材料的硬度和韧性都有密切的关系,韧性对提高材料的耐磨性有着不可忽视的作用,韧性是材料本身吸收外部能量大小的标志,这对于在有冲击载荷的磨损工况下显得十分重要。

高铬铸铁是一种优质的耐磨材料,但是用它制作破碎机锤头的欠缺处是韧性偏低,易发生断裂。

破碎机耐磨锤头

生产实践证明了材料硬度相同,而冲击韧性不同的锤头,其耐磨性是随冲击韧性值升高而增加的,即αk值高,使用寿命长。

同时实践证明,制造破碎机锤头的材质其冲击韧性应大于10J/cm2。 3 材质化学成分的确定 高碳可以获得较高硬度基体,同时产生一定数量的碳化物硬相来抵抗硬质物料磨损。

铬、镍、钼元素的配合加入强烈地提高钢的淬透性,使工件在空冷状况下也能淬成马氏体。 这对生产中热处理工艺的制定具有较大的实际意义,而镍同时可使钢的韧性—脆性转变温度降低,提高钢的韧性,有益于在实际工况中受冲击载荷的工件。

少量的钛和稀土元素可细化晶粒,净化晶界,提高钢的强度,见表1。

4 试验方法 4.1 试样制备 采用30kg碱性中频炉熔炼浇注成梅花试样,按标准加工成各项试验所需尺寸,冲击为10mm×10mm×55mm无缺口试样。 4.2 试验设备、仪器 硬度测试采用HR—150A洛氏硬度计;冲击韧性试验采用F—30B重摆锤式冲击试验机;拉伸试验在WE—60材料试验机上进行。 磨损试验在MLD—10动载磨料磨损试验机上进行,试验参数为冲击功1J、3J;冲击频率100次/min;磨料为5～10目石英砂;磨料流量为30kg/h;冲击时间0.5h。

4.3 显微组织分析 用XJG—05型卧式光学显微镜进行金相检验;高倍分析在CAMEBAX—MICRO大型电子摆针上进行,以获得研究材料的高倍电子扫描图像及各元素的分布情况。