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反擊式破碎機(jī)易損件材料的研究

 

     國家重點建設(shè)項目五強(qiáng)溪水電工程從奧地利引進(jìn)了新型破碎機(jī)一一諾里沖APK40型反擊式破碎機(jī)。機(jī)內(nèi)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(jìn)口的產(chǎn)品單價為2．5萬元／t，僅破碎機(jī)一項，要完成該工程建設(shè)需要耗資2505．35萬元。為了使引進(jìn)設(shè)備配件立足國內(nèi)，我們對機(jī)內(nèi)抗磨件進(jìn)行了反復(fù)的研究及試制。經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行試驗，用所研制的抗磨合金制作的配件使用壽命與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)，完全可以取代進(jìn)口配件。 
l 破碎機(jī)易損件的工況及材質(zhì)選擇 
1．1 工況條件 
五強(qiáng)溪水電工程中采用石英巖和石英砂巖制成砂石料，然后進(jìn)行混凝土的配制。這兩種砂石料中SIO。含量達(dá) 75%～90%，莫氏硬度 7級以上，抗壓強(qiáng)度為200—300MPa。引進(jìn)的破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)子直徑1000×寬1000mm，轉(zhuǎn)速 740r／min，功率160 kw，最大進(jìn)料粒度為 150mm，破碎能力 120 t／h。設(shè)備中隨機(jī)帶來的易損件經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)考核，使用壽命為 110— 125 h。易損配件在運(yùn)行中的另一工況特點是：高速運(yùn)轉(zhuǎn)的沖擊錘與高硬度的石英巖反復(fù)碰撞，沖擊錘工作表面溫度高達(dá)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(jī)理 
諾里沖反擊破碎機(jī)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(yīng)變和機(jī)械應(yīng)變較強(qiáng)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(jīng)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(yīng)力的大小和金屬表面與磨料硬度的相對值。在相同應(yīng)力的情況下，磨料硬度越大，越容易產(chǎn)生溝槽。由于砂爍石硬度大，因而對金屬基體產(chǎn)生的溝槽往往在磨損中占主要地位。 
1．3 材質(zhì)選擇 
為了借鑒國外經(jīng)驗，首先我們對奧鋼聯(lián)進(jìn)口產(chǎn)品殘體的金相組織、力學(xué)性能及化學(xué)成分進(jìn)行了分析測試，結(jié)果表明，進(jìn)口配件所用的材料為高合金抗磨材料，其化學(xué)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(nèi)外常用抗磨材料的使用情況進(jìn)行了廣泛的調(diào)研和實物分析，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)反擊式破碎機(jī)的工作原理及國內(nèi)資源進(jìn)行了大量的材質(zhì)試驗，選用CYK型高鉻合金鑄鐵來進(jìn)行試制。 
2 反擊式破碎機(jī)抗磨件的研制 
2．L 熔煉工藝 
表1 進(jìn)口沖擊錘的化學(xué)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(yīng)電爐內(nèi)熔煉，熔化溫度為1500～1550℃，以確保合金熔解并充分?jǐn)U散，為防止鑄件組織晶粒粗大或出現(xiàn)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(zhì)，具有合金含量高、流動性好、收縮量大、導(dǎo)熱性差等特點，因此在設(shè)計其鑄件造型工藝時，采取順序凝固的原則，并且為增強(qiáng)冒口對鑄件的補(bǔ)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(shù)與鑄件壁厚密切相關(guān)，生產(chǎn)不同鑄件，參數(shù)有所不同。此外，由于該材質(zhì)合金含量高，導(dǎo)熱性差，鑄造應(yīng)力大，且諾里沖反擊式破碎機(jī)抗磨件在高應(yīng)力下工作，因此必須經(jīng)消除應(yīng)力的熱處理，以防止出現(xiàn)早期斷裂。 


3 CYK型合金鑄鐵的金相組織和力學(xué)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(xiàn)，CYK型高合金鑄鐵組織更細(xì)小，且析出的二次碳化物數(shù)量較多。 
3．2 力學(xué)性能 
對合金的力學(xué)性能經(jīng)反復(fù)測試后結(jié)果見表2。由表中數(shù)據(jù)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(xué)性能 
力學(xué)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(chǎn)試驗 
將CYK 型高鉻合金鑄鐵的沖擊錘與奧鋼聯(lián)進(jìn)口沖擊錘同機(jī)安裝滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果見表3。數(shù)據(jù)表明：在完全相同的工況下用＊＊K型高鉻合金鑄鐵生產(chǎn)的抗磨件抗磨性能與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)，完全可以取代進(jìn)口產(chǎn)品。在五強(qiáng)溪水電工程中，由多家單位研制的產(chǎn)品對比使用后，該合金生產(chǎn)的配件成為最優(yōu)選定產(chǎn)品，并已多次出口巴基斯坦。 
表3進(jìn)口、國產(chǎn)沖擊錘運(yùn)行國耗情況對比 
名稱 產(chǎn)品單重（kg／件） 裝機(jī)數(shù)量（件） 實際運(yùn)行時間（h） 破碎物料總重（t） 殘體重(kg/件） 噸物料磨耗（g/ t） 產(chǎn)品小時磨耗（g/h） 
進(jìn)口錘 109 4 123．8 14856 46 4．24 509 
國產(chǎn)錘 109 4 123．8 14856 45 4．30 517 
用 CYK型高合金鑄鐵生產(chǎn)的抗磨件與進(jìn)口配件在使用壽命相當(dāng)?shù)那闆r下，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯優(yōu)于進(jìn)口配件，單價僅為進(jìn)口產(chǎn)品的 55％，具有顯著的經(jīng)濟(jì)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