ADI破碎机颚板的研制

张连军（河南省林州市合鑫铸业有限公司，河南林州456561）

ADI破碎机颚板的研制

张连军
（河南省林州市合鑫铸业有限公司，河南林州456561）

通过分析破碎机颚板的工作条件，优化设计化学成分，采用ADI破碎机颚板成功替代ZGMn13-4耐磨铸钢颚板，保证客户对铸件性能的要求，延长了产品的使用周期，赢得了客户的信赖。

等温淬火；颚板；缺陷；性能

1　破碎机颚板的受力及主要失效形式分析

我公司生产的颚式破碎机定颚板破碎衬板，主要用于坚硬物料的粗、中破碎，工作过程中承受物料的摩擦作用力、巨大的破碎力和冲击挤压载荷，工作条件十分恶劣。

1.1受力分析

当被破碎物料由重力作用从一定高度瀑泻状态落下，对底部物料直接冲击，动颚板通过往复循环运动与定颚板对物料反复挤压、破碎。物料在下降运动中与动颚板和定颚板之间反复循环滚动与滑动，由于物料的冲击、翻滚、挤压而造成其强烈磨损，因此要求产品必须可以承受大能量多次冲击载荷，以及滚动和滑动摩擦力，必须具备相当的耐磨性。

1.2失效形式

1.2.1磨损失效

破碎机定颚板破碎衬板在服役过程中，磨损失效是其主要失效形式。因为在破碎物料的过程中，定颚板破碎衬板表面除受到物料的冲击作用外，还承受物料的研磨与挤压，所以其磨损失效模式为犁沟、凹坑和裂纹。但是由于衬板材料不同，这三种磨损失效模式也不是同时起主导作用，耐磨性低的韧性材料，主要是犁沟和变形失效，耐磨性高的材料主要是裂纹和凹坑失效。

材料磨损情况不仅与被破碎的物料硬度有关，更重要的是与衬板材料与被破碎物料的硬度比值有关，根据磨粒磨损基本原理，被磨物料的硬度Ha远远大于金属材料硬度Hu时，则金属材料被急剧磨损。而Hu/Ha＞1.25～1.30时，磨损会很大程度的减小。因此，提高材料的硬度能明显地提高材料的抗磨料磨损的能力。

1.2.2断裂失效

造成断裂失效的原因很多，一是材料本身韧性太低，如抗磨白口铸铁制作的衬板材料，当用在大型破碎机上，若衬板内部有缩松、缩孔、夹杂、气孔等或淬火裂纹等缺陷都会成为裂纹源，而在冲击负荷下迅速扩展。所以对于衬板来说，若因为衬板韧性不足而发生突然断裂，后果很严重，所以衬板必须具有足够的韧性。

2　破碎机衬板的性能要求

从上面的分析可看出，良好的破碎机破碎衬板应该具备如下性能。

2.1高耐磨性、高硬度

根据切削磨损量与材质硬度成反比的原理，材料的硬度或材料中某一组分的硬度应超过被磨磨料的硬度，才能使磨损量减少。

2.2高强度或高疲劳强度

破碎机连续运转6个月到12个月，其应力循环可达6x106~6x107次，已属疲劳范畴。高疲劳强度的材质可以防止疲劳开裂和剥落损坏。

2.3一定的韧性

为防止衬板工作中发生断裂，材质必须具有一定韧性。因为一定的韧性是其安全工作的重要保证。

3　技术工艺分析与设计

该破碎机定颚板原来采用的是ZGMn13-4，水韧处理后力学性能为：σb615～1275MPa；σ0.2340～470MPa；ζ15%～85%；αKl96～294J／cm2；HB l80～225。ZGMn1-4随冲击负荷的不同，表面硬化层深度可达9～18mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。实际连续使用15～20天磨损碎裂失效。

我公司综合考虑该工件的服役状况和ZGMn13-4的优势和劣势，决定采用GB/T24733-2009中牌号QTD HBW450）取代ZGMn13-4。

3.1化学成分设计

3.1.1原材料选取

选用低S、P的优质生铁，采用FeSi75作孕育剂，球化剂选用FeSiMg6RE2，加入一定量Cu、Mo。

C是球墨铸铁的基本元素之一，合适的C含量有利于石墨化，因为球状石墨对铸件机械性能的影响最小，所以球墨铸铁的C含量一般比灰铸铁较高，考虑该铸件主要壁厚约40～80mm，取C含量为3.4%～3.6%.

在球墨铸铁中，Si是石墨化元素，Si是C之后第二个有重要影响的元素，Si可以稳定增加铁素体含量，有效减小铸件的白口倾向，还可以提高石墨圆整度，细化共晶团。但是Si会提高铸件的脆性转变温度，使铸件的冲击韧性降低，所以Si含量必须合理降低，取Si含量为2.4%～2.6%.

S是典型的反球化元素，由于S与Mg、RE等球化元素有很强的亲和力，S会消耗铁液中大量的Mg和RE，形成Mg、RE的硫化物，造成气孔、氧化夹渣等缺陷。硫的含量要求小于0.03%。

P在球铁中属于有害元素。当其含量小于0.05%时，P固溶于金属基体中，对铸件力学性能影响不大。当含量大于0.05%时，P极易在共晶团边界偏析，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。当P含量增加时，铸件的脆性转变温度会提高。所以一般要求球铁中P含量小于0.045%。

Mn在球铁中主要是增加珠光体稳定性，容易形成碳化物而影响铸件的韧性。所以一般球铁中Mn越低越好，但是衬板是珠光体球墨铸铁，取锰含量为0.8%～1.0%。

Cu、Mo在球墨铸铁中，都是提高铸件淬透性的元素，根据铸件壁厚，酌量添加Cu、Mo元素，保证铸件可以淬透。

3.2铸造工艺设计

1）树脂砂造型。铸件单重为183kg，壁厚不均匀，压边冒口补缩。

2）浇注温度1350～1370℃，浇注时间控制为29～32秒，每箱铁液约205kg.

3）每球化包浇注时间不大于8分钟；球化级别2级或以上；石墨球大小6级或以上；石墨球数大于100个/mm2;球化率大于85%；珠光体含量大于50%。

3.3热处理工艺

采用电阻炉加热，硝盐炉淬火。

3.3.1奥氏体化温度和奥氏体化时间

奥氏体化温度为910℃±10℃，根据工件大小、壁厚、炉子所能装下的零件量、加热方式的影响，确定奥氏体化时间。

3.3.2等温淬火温度和等温转变时间

热处理转炉时间小于18秒，根据工件大小、壁厚、炉子所能装下的零件量、加热方式、盐浴方式的影响，确定等温淬火温度、时间。

3.3.3热处理后的组织及性能

热处理后的基体组织：针状铁素体＋富碳奥氏体+石墨球。允许含有少量的马氏体、碳化物。

性能要求：抗拉强度δs≥1600MPa，屈服强度δ0.2≥1300MPa，硬度HRC≥48，冲击功（无缺口）：αk≥25J。

4　实际效果

4.1检验结果

实际检验结果为，铸态球化级别2级，珠光体65%，石墨球5级，石墨球数大于120个/mm2,热处理后HRC51～54，冲击韧性30～35J/cm2,其中针状铁素体更加细小，见图1。

经过在400X600颚式破碎机使用，表面加工硬度可达HRC65以上，经过测量，表面硬化层厚度20～25mm，连续使用30天齿牙出现磨损痕迹，45天齿牙磨平。50天磨损失效报废。受到用户的热烈欢迎。

4.2结论

1）颚式破碎机鄂板材料完全可以用等温淬火球铁（ADI）取代ZGMn13-4耐磨钢材料。

2）等温淬火球铁（ADI）颚板的耐磨性是ZGMn13-4耐磨钢鄂板的2倍以上。

3）颚式破碎机上使用等温淬火球铁（ADI）颚板可以带来显著的经济效益。

(责任编辑：郝安林）

TG74

A

1673-2928（2015）02-0038-02

2014-11-25

张连军（1974-），男，河南林州人，林州市合鑫铸业有限公司工程师，研究方向：铸造工艺设计及新材料开发。