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反擊式破碎機易損件材料的研究

 

     國家重點建設項目五強溪水電工程從奧地利引進了新型破碎機一一諾里沖APK40型反擊式破碎機。機內全套耐磨件7個品種8件均采用抗磨材料制成。從奧鋼聯(lián)進口的產品單價為2．5萬元／t，僅破碎機一項，要完成該工程建設需要耗資2505．35萬元。為了使引進設備配件立足國內，我們對機內抗磨件進行了反復的研究及試制。經生產運行試驗，用所研制的抗磨合金制作的配件使用壽命與進口產品相當，完全可以取代進口配件。 
l 破碎機易損件的工況及材質選擇 
1．1 工況條件 
五強溪水電工程中采用石英巖和石英砂巖制成砂石料，然后進行混凝土的配制。這兩種砂石料中SIO。含量達 75%～90%，莫氏硬度 7級以上，抗壓強度為200—300MPa。引進的破碎機技術參數為：轉子直徑1000×寬1000mm，轉速 740r／min，功率160 kw，最大進料粒度為 150mm，破碎能力 120 t／h。設備中隨機帶來的易損件經現場生產考核，使用壽命為 110— 125 h。易損配件在運行中的另一工況特點是：高速運轉的沖擊錘與高硬度的石英巖反復碰撞，沖擊錘工作表面溫度高達500—600℃，因此，抗磨材料必須在較高的溫度下具有足夠的韌性和硬度。 
1．2 磨損機理 
諾里沖反擊破碎機中的沖擊錘、反擊板等易損件的磨損是鑿削式磨粒磨損。這種磨損是表面應變和機械應變較強的溝槽磨損，溝槽的形成是由于磨料在外力作用下，以一定的速度切人金屬基體，經一段滑移后與金屬基體脫離，從而在基體上留下一道道溝槽。溝槽的形成取決于局部應力的大小和金屬表面與磨料硬度的相對值。在相同應力的情況下，磨料硬度越大，越容易產生溝槽。由于砂爍石硬度大，因而對金屬基體產生的溝槽往往在磨損中占主要地位。 
1．3 材質選擇 
為了借鑒國外經驗，首先我們對奧鋼聯(lián)進口產品殘體的金相組織、力學性能及化學成分進行了分析測試，結果表明，進口配件所用的材料為高合金抗磨材料，其化學成分見表1，其金相組織為馬氏體加條塊狀一次碳化物加二次碳化物，硬度為HRC62～64。我們對國內外常用抗磨材料的使用情況進行了廣泛的調研和實物分析，在此基礎上再根據反擊式破碎機的工作原理及國內資源進行了大量的材質試驗，選用CYK型高鉻合金鑄鐵來進行試制。 
2 反擊式破碎機抗磨件的研制 
2．L 熔煉工藝 
表1 進口沖擊錘的化學成分 
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型高鋁合金鑄鐵在中頻感應電爐內熔煉，熔化溫度為1500～1550℃，以確保合金熔解并充分擴散，為防止鑄件組織晶粒粗大或出現冷隔、皺皮等缺陷，澆鑄溫度控制在1360～1380℃。 
2．2 鑄造工藝 
選用的高鉻合金鑄鐵材質，具有合金含量高、流動性好、收縮量大、導熱性差等特點，因此在設計其鑄件造型工藝時，采取順序凝固的原則，并且為增強冒口對鑄件的補縮效果，沖擊錘、反擊板等厚大鑄件采用立澆雨淋式保溫冒口的澆鑄方法。 
2.3 熱處理 
熱處理采取多階梯雙曲型工藝，包括淬火、回火，見圖2，其工藝參數與鑄件壁厚密切相關，生產不同鑄件，參數有所不同。此外，由于該材質合金含量高，導熱性差，鑄造應力大，且諾里沖反擊式破碎機抗磨件在高應力下工作，因此必須經消除應力的熱處理，以防止出現早期斷裂。 


3 CYK型合金鑄鐵的金相組織和力學性能 
3．1 金相組織 
奧鋼聯(lián)沖擊錘殘體的金相組織，是回火馬氏體加條塊狀一次碳化物加少量二次碳化物。為CYK型高合金鑄鐵熱處理后的組織，是回火馬氏體加條塊狀一次碳化物及在回火馬氏作基體上析出的顆粒狀二次碳化物，比較兩種合金的金相組織發(fā)現，CYK型高合金鑄鐵組織更細小，且析出的二次碳化物數量較多。 
3．2 力學性能 
對合金的力學性能經反復測試后結果見表2。由表中數據可見，CYK型高鉻合金鑄鐵不僅具有很高的硬度且沖擊韌性較好。 
表2 CYK型高鉻合金鑄鐵的力學性能 
力學性能狀態(tài) 沖擊值ak（J/ cm2） 硬度（HRC） UW（Mpa） 
鑄態(tài) -　 54～58 >600 
熱處理態(tài) 5—8 62～67 　 - 
注： ak采用 20×20×110不加工，無缺口試樣，支距70mm； 
σw采用砂型鑄造，試樣尺寸為φ30×340，支距300 mm。 
4 生產試驗 
將CYK 型高鉻合金鑄鐵的沖擊錘與奧鋼聯(lián)進口沖擊錘同機安裝滿負荷運轉，結果見表3。數據表明：在完全相同的工況下用＊＊K型高鉻合金鑄鐵生產的抗磨件抗磨性能與進口產品相當，完全可以取代進口產品。在五強溪水電工程中，由多家單位研制的產品對比使用后，該合金生產的配件成為最優(yōu)選定產品，并已多次出口巴基斯坦。 
表3進口、國產沖擊錘運行國耗情況對比 
名稱 產品單重（kg／件） 裝機數量（件） 實際運行時間（h） 破碎物料總重（t） 殘體重(kg/件） 噸物料磨耗（g/ t） 產品小時磨耗（g/h） 
進口錘 109 4 123．8 14856 46 4．24 509 
國產錘 109 4 123．8 14856 45 4．30 517 
用 CYK型高合金鑄鐵生產的抗磨件與進口配件在使用壽命相當的情況下，其經濟指標明顯優(yōu)于進口配件，單價僅為進口產品的 55％，具有顯著的經濟效益。同時此項研究為礦山、冶金、水電等工程破碎超硬物料，選用優(yōu)良抗磨材料提