**高锰钢镶嵌**钨钛硬质合金?

文章编号:1000-8365(2000)04-0013-02
高锰钢镶铸硬质合金锤头的研制
陈和兴 ,赵四勇, 常 明,张凤华
(广州有色金属研究院耐磨材料研究所,广东 广州 510650)
摘要:探讨了高锰钢镶铸硬质合金锤头的制造方法;介绍了硬质合金基体成分、镶铸工艺和热处理工艺, 作了试样
界面观察和硬度检测;试验表明, 2 种材料界面呈冶金结合;该锤头的使用寿命是高锰钢锤头的 3 倍。
关键词:高锰钢;硬质合金;锤头
中图分类号:TG269 文献标识码:A
A Study of High Manganese Steel Hammers with Inserted Hard Alloy
CHEN He-xing , ZHAO Si-yong , CHANG Ming , ZHANG Feng-hua
(WRMC Guang zhou Research Institute of Non-ferrous Metals, Guangzhou 510650)
Abstract :The process of high mang anese steel hammers w ith inserted hard alloy is discussed .The interface is found to
be a metallurgical bond .Field test show ed that the service life of the new hammers w as three times as long as that of
the traditional high manganese steel hammers .
Key Words :High manganese steel ;Hard alloy ;Hammer;
锤式破碎机锤头大多采用高锰钢制造 , 高锰钢是
1 种使用历史悠久的抗磨材料。近 10 几年来 , 国内、
国外科技工作者为了进一步提高其抗磨性 , 从许多方
面对高锰钢进行了研究。文献[ 1 ～ 3] 对高锰钢的合金
化作了研究, 指出C r 、Mo 、Ni等元素的加入可以提高
σb ,其中含Cr或Mo可提高σs ;有人认为加Cr可以提高
耐磨性,但实践并未观察到这一现象。文献[ 4] 研究了
通过改变高锰钢的锰碳比来改善材质的耐磨性。还有
通过预先表面硬化处理[ 5] 和改进熔炼、铸造和热处理
工艺[ 6、7] 提高高锰钢的使用性能。这些学者的研究对
提高高锰钢的耐磨性 ,取得了一定效果 ,但对于某些大
冲击力且较大件的工况, 例如中、大型锤式破碎机锤
头,用高锰钢制造仍不够理想 ,例如用ZGMn13制造锤
头,寿命通常只有 7 天 。因此本文论述了镶铸硬质合
金的高锰钢的镶铸工艺, 材料的热处理 ,镶铸界面的结
合状况以及现场的使用结果, 以期提高使用寿命。
1 实验方法
硬质合金采用高锰钢基体(成分见表 1), 硬质相
选用TiC ,硬质合金试块形状和尺寸 ,见图 1 。镶铸前,
用砂布仔细磨光硬质合金表面 , 在其中 1 个面上焊 1
个铁钉(见图 1), 铁钉另一端插入砂型 ,使硬质合金试
块固定在型腔*。
高锰钢化学成分, 见表 1 。在中频感应电炉中熔
炼,砂型铸造 , 试样尺寸120 mm ×120 mm ×40 mm ,
见图 2 。
收稿日期:2000-04-11; 修订日期:2000-05-25
作者简介:陈和兴(1961- ), 男, 福建泉州人, 高工, 博士生.
表 1 试验材料的化学成分
Tab .1 Chemical compositio n of test material %
C Mn Si P S
硬质合金基体 1 .2 13 .2 0.5 0 .05 0.02
高锰钢 1 .1 12 .5 0.6 0 .04 0.009
图 1 硬质合金试块 图 2 试样硬度(HRC)分布
Fig.1 Test piece of inserted Fig.2 Test piece hardness
hard alloy distributio n
试样在箱式电阻炉中进行热处理, 采用水韧处理,
加热温度为1 050 ℃。
界面结合状况先用肉眼观察, 然后用光学显微镜
和电子探针(型号 JCXA —733)分析界面附近组织 、结
构和元素的分布 。
2 实验结果与讨论
经机加工后试样表面通过肉眼观察 , 发现用上述
方法得到的试样 ,在高锰钢与硬质合金的交接处除了
颜色不同(高锰钢为白色 ,硬质合金为黑色)外 ,看不到
任何缝隙 ,说明 2 种材质结合得很好。
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《铸造技术》 4/ 2000 高锰钢镶铸硬质合金锤头的研制
经 测 试 , 硬 质 合 金 镶 铸 以 前 的 硬 度 为
HRC59 —61 ,与高锰钢镶铸并经水韧处理以后 , 对试
样表面进行硬度测试表明 ,硬质合金中间区域硬度基
本保持不变(HRC60),但在其与高锰钢结合的附近区
域,硬度下降到HRC58 , 而且在高锰钢一侧靠近硬质
合金区域的硬度(HRC :30 ～ 60)也比远离硬质合金的
高锰钢硬度(22 ～ 24)高得多 ,说明在高锰钢与硬质合
金的结合部材质的硬度出现 1 个介于 2 种材质硬度之
间的过渡区,这是由于高锰钢与硬质合金互相渗透的
结果 。
为了更好地检查 2 种材质界面的结合状况 ,在镶
铸结合处切取了金相试样(如图 2),抛光后用电子探
针对结合界面附近显微组织进行分析。图 3 给出了结
合处的SEM 像片 , 从图中可以看出 , 硬质合金的基体
与高锰钢结合得很好 ,看不到结合处,即高锰钢与硬质
合金基体是熔为一体的。在高锰钢一侧可看到稀疏分
布着TiC颗粒的区域。即硬质合金中的硬质相TiC部
分地从硬质合金一侧漂移到高锰钢一侧 , 这是由于在
镶铸过程中,高锰钢液熔化了硬质合金表面基体, 使得
表面部分硬质相TiC向高锰钢液漂移 , 冷却凝固后 ,这
些TiC颗粒就随机地固定在高锰钢中 。
图 3 2 种材料结合处SEM像
Fig.3 SEM image at the bond o f tw o materials
为了更好地说明 2 种材质镶铸界面的结合状况,
在结合处做了某个视场Ti元素的面分布 ,图 3 给出了
SEM像和同一视场的 Ti 元素的面分布 。从图 4 可以
看出 ,在硬质合金一侧 , 富集着Ti元素的特征 X 射线
像,在高锰钢一侧靠近界面区域也有 Ti 元素的特征 X
射线像,说明在高锰钢 1 侧有Ti元素存在, 这是由于镶
铸时 2 种材质呈冶金结合, 硬质合金中的TiC向高锰
钢一侧漂移 ,热处理时 , TiC 中的 Ti 元素向高锰钢扩
散。由此可以看出 , TiC颗粒与高锰钢是非常牢固地
结合在一起的。
上述实验结果表明 , 硬质合金与高锰钢镶铸为冶
金结合。 2 种材质镶铸的界面不管是硬度, 还是组织、
结构及元素的分布都出现了 1 个过渡区 , 使得硬质合
金非常牢固地镶铸在高锰钢中。在使用过程中 ,高硬度
图 4 2 种材料结合处SEM像和Ti元素面分布图
Fig .4 SEM image at the bond of tw o mat erials and distribution of Ti
的硬质合金起着抵抗材料磨损的作用, 从而大大提高
材质的使用寿命 。
图 5 镶铸高锰钢锤头硬
质合金示意图
Fig.5 Sketch map of hig h
manganese steel
hammer with inserted
hardness alloy
3 现场使用
为了考查镶铸高锰钢的
使用性能, 又在锤式破碎机
锤头(如图 5 , 质量 120 kg)
易磨损面镶铸多个圆柱型硬
质合金。镶铸前先把硬质合
金( 25 mm ×40 mm)用 砂
布打磨干净, 在每个硬质合
金1 端焊上 1 个铁钉 , 铁钉
另 1 端插入砂型 , 从而使硬
质合金固定在型腔中 。浇注
后,硬质合金就镶铸在高锰
钢中 。
用上述方法制造的锤头在广东顺德鸿运石场使
用,该石场破碎的物料是用于高速公路的硬石头, 使用
寿命为20 d 。而原使用的高锰钢锤头寿命仅为7 d , 镶
铸锤头的成本与高锰钢锤头比只增加 30 %, 显示了镶
铸锤头良好的经济效益和社会效益 。
4 结论
(1)高锰钢基硬质合金和高锰钢镶铸的界面呈冶
金结合。前者的基体与后者熔为一体;看不到界面 ;前
者的硬质相TiC部分地漂移到后者一侧;且硬质相中
Ti 元素也部分地扩散到高锰钢中。
(2)镶铸硬质合金锤头的工艺简单 ,易于掌握 。
(3)镶铸硬质合金的高锰钢锤头寿命约为高锰钢
锤头的 3 倍,而成本只提高 30 %。
参考文献
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