ADI破碎機顎板的研制

張連軍（河南省林州市合鑫鑄業有限公司，河南林州456561）

ADI破碎機顎板的研制

張連軍
（河南省林州市合鑫鑄業有限公司，河南林州456561）

通過分析破碎機顎板的工作條件，優化設計化學成分，采用ADI破碎機顎板成功替代ZGMn13-4耐磨鑄鋼顎板，保證客戶對鑄件性能的要求，延長了產品的使用周期，贏得了客戶的信賴。

等溫淬火；顎板；缺陷；性能

1　破碎機顎板的受力及主要失效形式分析

我公司生產的顎式破碎機定顎板破碎襯板，主要用于堅硬物料的粗、中破碎，工作過程中承受物料的摩擦作用力、巨大的破碎力和沖擊擠壓載荷，工作條件十分惡劣。

1.1受力分析

當被破碎物料由重力作用從一定高度瀑瀉狀態落下，對底部物料直接沖擊，動顎板通過往復循環運動與定顎板對物料反復擠壓、破碎。物料在下降運動中與動顎板和定顎板之間反復循環滾動與滑動，由于物料的沖擊、翻滾、擠壓而造成其強烈磨損，因此要求產品必須可以承受大能量多次沖擊載荷，以及滾動和滑動摩擦力，必須具備相當的耐磨性。

1.2失效形式

1.2.1磨損失效

破碎機定顎板破碎襯板在服役過程中，磨損失效是其主要失效形式。因為在破碎物料的過程中，定顎板破碎襯板表面除受到物料的沖擊作用外，還承受物料的研磨與擠壓，所以其磨損失效模式為犁溝、凹坑和裂紋。但是由于襯板材料不同，這三種磨損失效模式也不是同時起主導作用，耐磨性低的韌性材料，主要是犁溝和變形失效，耐磨性高的材料主要是裂紋和凹坑失效。

材料磨損情況不僅與被破碎的物料硬度有關，更重要的是與襯板材料與被破碎物料的硬度比值有關，根據磨粒磨損基本原理，被磨物料的硬度Ha遠遠大于金屬材料硬度Hu時，則金屬材料被急劇磨損。而Hu/Ha＞1.25～1.30時，磨損會很大程度的減小。因此，提高材料的硬度能明顯地提高材料的抗磨料磨損的能力。

1.2.2斷裂失效

造成斷裂失效的原因很多，一是材料本身韌性太低，如抗磨白口鑄鐵制作的襯板材料，當用在大型破碎機上，若襯板內部有縮松、縮孔、夾雜、氣孔等或淬火裂紋等缺陷都會成為裂紋源，而在沖擊負荷下迅速擴展。所以對于襯板來說，若因為襯板韌性不足而發生突然斷裂，后果很嚴重，所以襯板必須具有足夠的韌性。

2　破碎機襯板的性能要求

從上面的分析可看出，良好的破碎機破碎襯板應該具備如下性能。

2.1高耐磨性、高硬度

根據切削磨損量與材質硬度成反比的原理，材料的硬度或材料中某一組分的硬度應超過被磨磨料的硬度，才能使磨損量減少。

2.2高強度或高疲勞強度

破碎機連續運轉6個月到12個月，其應力循環可達6x106~6x107次，已屬疲勞范疇。高疲勞強度的材質可以防止疲勞開裂和剝落損壞。

2.3一定的韌性

為防止襯板工作中發生斷裂，材質必須具有一定韌性。因為一定的韌性是其安全工作的重要保證。

3　技術工藝分析與設計

該破碎機定顎板原來采用的是ZGMn13-4，水韌處理后力學性能為：σb615～1275MPa；σ0.2340～470MPa；ζ15%～85%；αKl96～294J／cm2；HB l80～225。ZGMn1-4隨沖擊負荷的不同，表面硬化層深度可達9～18mm。高硬度的硬化層可以抵抗沖擊磨料磨損。實際連續使用15～20天磨損碎裂失效。

我公司綜合考慮該工件的服役狀況和ZGMn13-4的優勢和劣勢，決定采用GB/T24733-2009中牌號QTD HBW450）取代ZGMn13-4。

3.1化學成分設計

3.1.1原材料選取

選用低S、P的優質生鐵，采用FeSi75作孕育劑，球化劑選用FeSiMg6RE2，加入一定量Cu、Mo。

C是球墨鑄鐵的基本元素之一，合適的C含量有利于石墨化，因為球狀石墨對鑄件機械性能的影響最小，所以球墨鑄鐵的C含量一般比灰鑄鐵較高，考慮該鑄件主要壁厚約40～80mm，取C含量為3.4%～3.6%.

在球墨鑄鐵中，Si是石墨化元素，Si是C之后第二個有重要影響的元素，Si可以穩定增加鐵素體含量，有效減小鑄件的白口傾向，還可以提高石墨圓整度，細化共晶團。但是Si會提高鑄件的脆性轉變溫度，使鑄件的沖擊韌性降低，所以Si含量必須合理降低，取Si含量為2.4%～2.6%.

S是典型的反球化元素，由于S與Mg、RE等球化元素有很強的親和力，S會消耗鐵液中大量的Mg和RE，形成Mg、RE的硫化物，造成氣孔、氧化夾渣等缺陷。硫的含量要求小于0.03%。

P在球鐵中屬于有害元素。當其含量小于0.05%時，P固溶于金屬基體中，對鑄件力學性能影響不大。當含量大于0.05%時，P極易在共晶團邊界偏析，形成二元、三元或復合磷共晶，降低鑄鐵的韌性。當P含量增加時，鑄件的脆性轉變溫度會提高。所以一般要求球鐵中P含量小于0.045%。

Mn在球鐵中主要是增加珠光體穩定性，容易形成碳化物而影響鑄件的韌性。所以一般球鐵中Mn越低越好，但是襯板是珠光體球墨鑄鐵，取錳含量為0.8%～1.0%。

Cu、Mo在球墨鑄鐵中，都是提高鑄件淬透性的元素，根據鑄件壁厚，酌量添加Cu、Mo元素，保證鑄件可以淬透。

3.2鑄造工藝設計

1）樹脂砂造型。鑄件單重為183kg，壁厚不均勻，壓邊冒口補縮。

2）澆注溫度1350～1370℃，澆注時間控制為29～32秒，每箱鐵液約205kg.

3）每球化包澆注時間不大于8分鐘；球化級別2級或以上；石墨球大小6級或以上；石墨球數大于100個/mm2;球化率大于85%；珠光體含量大于50%。

3.3熱處理工藝

采用電阻爐加熱，硝鹽爐淬火。

3.3.1奧氏體化溫度和奧氏體化時間

奧氏體化溫度為910℃±10℃，根據工件大小、壁厚、爐子所能裝下的零件量、加熱方式的影響，確定奧氏體化時間。

3.3.2等溫淬火溫度和等溫轉變時間

熱處理轉爐時間小于18秒，根據工件大小、壁厚、爐子所能裝下的零件量、加熱方式、鹽浴方式的影響，確定等溫淬火溫度、時間。

3.3.3熱處理后的組織及性能

熱處理后的基體組織：針狀鐵素體＋富碳奧氏體+石墨球。允許含有少量的馬氏體、碳化物。

性能要求：抗拉強度δs≥1600MPa，屈服強度δ0.2≥1300MPa，硬度HRC≥48，沖擊功（無缺口）：αk≥25J。

4　實際效果

4.1檢驗結果

實際檢驗結果為，鑄態球化級別2級，珠光體65%，石墨球5級，石墨球數大于120個/mm2,熱處理后HRC51～54，沖擊韌性30～35J/cm2,其中針狀鐵素體更加細小，見圖1。

經過在400X600顎式破碎機使用，表面加工硬度可達HRC65以上，經過測量，表面硬化層厚度20～25mm，連續使用30天齒牙出現磨損痕跡，45天齒牙磨平。50天磨損失效報廢。受到用戶的熱烈歡迎。

4.2結論

1）顎式破碎機鄂板材料完全可以用等溫淬火球鐵（ADI）取代ZGMn13-4耐磨鋼材料。

2）等溫淬火球鐵（ADI）顎板的耐磨性是ZGMn13-4耐磨鋼鄂板的2倍以上。

3）顎式破碎機上使用等溫淬火球鐵（ADI）顎板可以帶來顯著的經濟效益。

(責任編輯：郝安林）

TG74

A

1673-2928（2015）02-0038-02

2014-11-25

張連軍（1974-），男，河南林州人，林州市合鑫鑄業有限公司工程師，研究方向：鑄造工藝設計及新材料開發。