锤式破碎机锤头的材质及选择 西西 安安 交铁 通路 大信 学号 材工 祷r 学模 院具 I吕 譬昌 【摘要】本文综述了近年来锤头的磨损机理及材质的研究与应用情况,并提出了锤头的选 材原则= fAbstract]Thereseamh0fWeOl-mee~mnismandweber—resistantmater[alsofhammersusedin l~mercm~erinrecentyearsendtheirapplicationshavebeenreviewedinthispaper-Anadvice ,311materialselectionofhammersisproposed. 词J坠塑如红..矽哆[Keywords]hammermater[山 锤头的材质及选择 ?一ji 锤式破碎机是矿山,冶金,建材及电力行业普遍的使用的破碎 设备,用于将开采的矿石破碎成适于粉磨的物料,其工作量极其 繁重,而工作条件又极其苛刻.锤头是其主要的易磨损件,消耗 量极大,怎么样提高锤头的常规使用的寿命,关键在于
其工况条件及 磨损机理.根据工况条件合理的选择材质.本文简要介绍锤头研 究及使用情况,为合理选材提供参考. 1.锤式破碎机的工作原理 锤式破碎机破碎物料时,主要是和J用非常快速地旋转的锤头将由 高处落下的物料破碎.被破碎的物料以高速度向篦条方向冲击, 粒度较大的物料经过反复破碎,当粒度合乎要求时,即从篦缝中 排出.其工作原理如图l所示. 1 1喂料口2.锤头3篦条4.出料/2/ 图1锤式破碎机工作原理 锤式破碎机工作频率高,运行速度快,但冲击力并不太大, 因此传统使用的高锰钢锤头的加工硬化效果较差尤其是小型 锤头(6.0kg左右)加工硬化效果更差.虽然表面最高硬度可达 々j-/理牟最在珥-} 但加工硬化层深度仅为0.5tara,而距表面l功m Hrn500左右, 处硬度最高值仅为Hm380左右 2.锤头的磨损机制 锤头在工作期间,并不是整个锤面全部用于破碎物料,只有 靠近边缘的区域进行破碎,我们叫做工作区,随着锤头不断磨 损,工作区不断发生明显的变化,如图2所示,物料对锤头的磨损方式 也随之发生变化前期以撞击磨损为主,逐ilI}地转变为后期以冲 刷磨损和显微切削为主.当锤头被磨损到某些特定的程度时,破碎效率 降低很多,只好倒换锤面或更换锤头. 从SEM电镜分析能够准确的看出1,物料撞击锤面产生较大的撞 击坑,其冲击力全部转换为对锤面的压应力,造成了锤头表面的 加工硬化,形成硬化层.物料对硬化层的多次撞击产生疲劳裂 纹,裂纹扩展交割形成磨屑,磨屑脱离锤面而造成磨损: bc 囤2锤头与物料在工作期间相互作用示意图 实际上物料的形J忧为不规则的多面体,在与锤头相互撞击时, 以尖角与锤面接触的几率为最大.当进行正向撞击时,物料尖角 压人锤面形成撞击坑,冲击力F全部转换为对锤面的压应力,使 锤面发生变形硬化当冲击力F以冲击角打击锤面对,物料对 锤头的磨损方式发生了变化.F能分解为两个力.如图2(c1昕 示.一个是垂直于锤面的法向皮力F=Fsinct它决定了物料侵 骑-- 人的深度及锤头加工硬化的程度;一个是平行与锤面的切向力F =Fcosct,它决定了物料对锤面的显微切削作用程度,二者的大 小取决于冲击角n.在锤头工作初期,物料以d?90.的冲击角打 击锤面,这时主要为撞击磨损.由于锤头边缘(即图2(a)中的A 点)薄弱,最易磨损,很快被磨损到图2(b)的状况,此时将有部分 物料以d90.的冲击角打击锤头,由此而造成对锤头的冲刷磨 损.当角较小时,F变小,锤头受到的压应力变小,使锤面冲 刷磨损部位加工硬化层变浅,锤头表面硬度增加不大,而F却 很大,加剧了对锤面的显微切削磨损,使金属大量的从锤面迁 移,因此冲刷磨损是锤头磨损失效的主要机理. 图3锤头表面硬化曲线.锤头材质 由上述可知,锤头的磨损机理是以冲刷磨损为主,并伴有低 应力的撞击磨损.因此锤头材质的选择不仅要求从磨损机理考 虑,而且要根据工况条件及锤头的大小来考虑.从小型锤式破碎 机锤头材质来分析,通常使用的材质有以下几种: 3.1高锰钢锤头 高锰钢仍是锤头传统材质,经多年使用观察发现高锰钢锤 头并不耐磨,常规使用的寿命短,破碎石灰石的锤头一般可工作2—3 个月,在有些工况条件下,使用不到一个星期,高锰钢锤头之所 以不磨,如前所述一是锤头的磨损是以冲刷磨损为主,二是 锤式破碎机锤头在运转过程中所受的冲击力并不大,使高锰钢 锤头的加工硬化效果不显着,如图3所示.由图3可见,锤头重 量越大,所受的冲击力越大,其强化效果越显着.因此,作为大型 锤头的材质,强化高锰钢仍是可供选择的材质.加人cr的强化 高锰钢锤头,在破碎铁矿石时,锤头的常规使用的寿命比普通高锰钢提 高50%,如表1所示:另外也可采用含锰量为17—19%的超高锰 钢,同时增加cr,Mo等元素,提高其屈服强度和韧始硬度等性 —— 0O.//./TgtCGMA7fit/,4/.丘帕宁Vr,叠帮,—— 能,在实际生产中也得到了较好的使用效果. 裹1高碳锰台盒铸钢锤头与高锰钢锤头对比试验i 3.2中锰钢锤头 为了不增加锤头的价格,又能达到ZGMnl3锤头的使用效 果,根据锰量降低后,奥氏体稳定性下降,来提升奥氏体形变 硬化效果的理论基础,人们开发了中锰钢锤头(锰含量为5— 9%),其实际常规使用的寿命比ZGMn13提高了50%以上,如表2所 示,取得了较好的使用效果.我们研制的铸态中锰钢锤头在破碎 钠长石时,其常规使用的寿命比ZGMnl3提高60%以上】.同时铸态中 锰钢锤头最大的优点是其有磁性,可通过磁选除去矿石中的 铁屑,保证陶瓷制品的烧结质量,而高锰钢因无磁性,其磨屑混 杂在钠石粉中,就会影响陶瓷制品的烧结质量, 裹2中锰钢锤头的使用效果 3.3高铬铸铁复合锤头 众所周知,高铬铸铁是一种具有优良抗磨性能的耐磨材料, 但韧性较低,易发生脆性断裂,为使高铬铸铁锤头安全运作,人 们开发了复合锤头,即将高铬铸镶铸在高锰钢或低台金钢锤头 头部,或者锤头工作部分采用高铬铸铁,锤柄部分采用碳钢,将 两者复合起来,使锤头头部具有高硬度,高耐磨性,而锤柄部具 有高韧性,充分的发挥两种材料的各自优点而克服单一材料的缺 点,满足使用性能要求在水泥行业破碎水泥熟料,其常规使用的寿命 比高锰钢锤头提高2倍以上,如表3所示;破碎石灰石和白云石 提高5倍以上;在立式破碎机上破碎硅石时可提高10倍以上, 表3镶铸双金属复合锤头现场考核结果 如表4所示.但复合工艺技术要求较高,复合部位或镶铸块需仔细处 理,否则易出废品., 衰4复合锤头与Mnl3锤头对比 时质破碎机型号锤头重运行时间总计对比 高锰钢锤头巾130o×1212063l8310 复合锤头1600l211l21124567 高锰钢锤头立式破碎机24lO 复合锤头280115 3.4低合盘钢锤头 高铬铸铁复合锤头,虽具有较高的常规使用的寿命,但其制造工艺 复杂,工艺技术要求较严格,同时严禁铁块进人破碎机,一般要求在 喂料前端有二级吸铁装置.为此近年来研制开发了多种多元低 合金钢锤头,其基体组织有马氏体,贝氏体或贝氏体+马氏体复 合组织.锤头硬度HRC-45,冲击韧性d?15J/cm.在同等工 况条件下其常规使用的寿命至少比高锰钢锤头提高l倍以上,如表5, 6所示.我们在广州水泥厂试用了89kg重的低合金钢锤头,其破 碎石灰石可用7个多月,而高锰钢锤头仅用3个月.寿命提高1 倍多. 表5各种合金钢锤头的装机试验结果 材质硬度冲击韧性单耗破碎 t/RCd/emT/物料 70CrNiMoRE49.565654水 70Mn/vieRE54.43260泥 30SiMnMo502345.3熟 70Mn2Mo423O32.94料 50Mn2491O292 30CrNiM124055l9 Mn13l95190l52 表6贝氏体钢锤头的工业性试验 材质破碎机锤头重破碎物料破碎量相对 ()(T)寿命 贝钢中l800×5.6碳石34778193 高锰钢600180001.0 贝钢中1000×11.0石灰石1200016 寄锰钢80075001.0 见钢qb600×20煤矸石8643.0 高锰钢4002881.0 4锤头材质选择的几点建议 综上所述,锤头在使用中不同程度地承受撞击磨损与切削 磨损,对使用的材质提出高韧性与高硬度的要求,但众所周知, 韧性与硬度是一对矛盾.因此在实际选择材质时一定要充分了 解工况条件及其磨损机制,合理选用材质 4.1锤式破碎机的大小及锤头的重量.破碎机规格越大,锤头重 量越重,其所破碎物料的块度越大,因此锤头受到的冲击载荷 也越大.为此在选择材质时应首先考虑在保证锤头韧性的前提 下提高其硬度. 4.2所破碎物料的块度与硬度.物料硬度越高,对锤头材质的硬 度要求越高;而物料块度越大,对其韧性要求越高. 4.3在选用锤头材质时,还应考虑到技术经济效果力争做到优 质价廉具有市场竞争力.同时还应考虑其工艺合理性使生产 厂易于组织生产与质量控制. 参考文献 {1)何振晴傅绍帕等锤式破碎机锤头磨损失效分析,磨 损失效分析案例汇椠,机械.T-业出版社,1985.67—74 {2)牵茂林,常润,鲁劫勤.高碳锰合金耐磨铸钢的试验研 究,第二届全国金属耐磨材料学术套议论文集.198488—92 (3)吕振林,邓喜林中锰铸钢厦其在锤式破碎机锤头上的 应用,机械科学与技术,1997增刊.34—37 (4)何振晴奥氏体中锰钢锤头和板锤的试验研究,矿山机 械.1985.I4o7,33—38 (5)朴末学平扶忠白口铸铁一铸钢上金属复合铸造材料 厦工艺的研究,水利电力机械1988I4o3,33—39 {6)张庆安黄修复合锤头试验研究,第三届全国金属耐 磨材料学术会议论文集.1986.l03一l06 (7)刑书明,刘建华等.高铬铸铁,铸钢双金属复合锤头的 研制矿山机械,1993,?125—27 (8)廖承驹,林荣泼锤头用耐磨铸钢30CrNiMoRe的研制 与应用,第二届全国金属耐磨材料学术学套议论文椠,1984, 33_I40 r9)吕振林,时惠其等含碳量对低合金耐磨钢冲击磨损耐 磨性的影响,铸造技术,1997hol_【6—18 {lO)耿刷强,郝建民等ZGB型贝氏体钢破碎机锤头的研制 与应用,耐磨材料厦失效分析机械.T-业出版社1993,l42—149 舣 ,旦孵7C/~/4最皿西/~UFMBVT
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