圓錐破碎機(jī)是用于冶金、化工、建材、水電、筑路等工業(yè)部門(mén)，對(duì)不同硬度的各種礦石或巖石進(jìn)行中碎和細(xì)碎的主要設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高，調(diào)整方便，產(chǎn)品粒度均勻等特點(diǎn)。破碎機(jī)工作時(shí)，礦石在破碎腔中依靠破碎壁與軋臼壁之間的相互運(yùn)動(dòng)而被擠壓和彎曲．以致被破碎。因此，破碎壁、軋臼壁是否具有合理的破碎腔和高的抗磨性能，直接影響到產(chǎn)品粒度和破碎效率。
正確選擇不同服役條件下錳系奧氏體鋼的成分和熱處理工藝，是發(fā)揮其抗磨潛力的重要方面。本課題中，在充分考慮鎳銅礦用圓錐破碎機(jī)特殊性能的條件下，根據(jù)圓錐破碎機(jī)襯板用耐磨材料的使用情況、工況條件和性能要求，對(duì)鋼的化學(xué)成分、熱處理工藝、綜合性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并優(yōu)化出一套最佳熱處理工藝方案，制定了熔煉、鑄造、熱處理工藝，進(jìn)行了生產(chǎn)小試和裝機(jī)運(yùn)行。
1、改性高錳鋼的熱處理工藝
高錳鋼的熱處理工藝有水韌處理和沉淀強(qiáng)化熱處理。
水韌處理是將鋼加熱到Ac。以上保溫一段時(shí)間，使鑄態(tài)組織中碳化物溶解、共析組織奧氏體化、鑄態(tài)組織全部消除，得到化學(xué)成分均勻的單相奧氏體組織，然后快速冷卻得到過(guò)冷的奧氏體固溶體。通過(guò)水韌處理可以提高鋼的力學(xué)性能并在強(qiáng)沖擊磨料磨損的條件下表現(xiàn)出好的耐磨性。
沉淀強(qiáng)化熱處理是通過(guò)熱處理使奧氏體基體中出現(xiàn)彌散分布的第二相，使基體得到強(qiáng)化，從而提高材料抗磨料磨損的能力。因?yàn)槌恋韽?qiáng)化熱處理時(shí)通常需要加入與碳結(jié)合能力較強(qiáng)的合金元素，使奧氏體中析出合金元素的碳化物，成為第二相，所以高錳鋼中錳、碳的含量都將有所變化。在一定的工況條件下這種沉淀強(qiáng)化的高錳鋼有很好的抗磨料磨損的能力。
本試驗(yàn)將對(duì)7種不同成分的改性高錳鋼分別進(jìn)行3種工藝的熱處理，分析不同的熱處理工藝對(duì)材料力學(xué)性能的影響。改性高錳鋼的化學(xué)成分如表1所示。
由于本試驗(yàn)的改性高錳鋼中加入了與碳結(jié)合能力較強(qiáng)的合金元素鉻、鉬，所以在確定改性高錳鋼的加熱溫度時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮碳化物的充分溶解、奧氏體適宜的晶粒度、鋼中化學(xué)成分盡可能均勻，并防止過(guò)熱組織的出現(xiàn)，最終得到最佳的力學(xué)性能。
由于合金元素鉻、鉬的加入，組織中可能會(huì)出現(xiàn)特殊碳化物，而這些碳化物溶解較困難，所以溫度要稍高一些。因此改性高錳鋼的加熱溫度應(yīng)較普通高錳鋼提高30—50℃。本試驗(yàn)將改性高錳鋼的水淬溫度定為1080℃。
為使奧氏體晶內(nèi)析出彌散相碳化物，同時(shí)消除奧氏體晶界的碳化物，從而增加材料抵抗磨料磨損的能力，采取了以下熱處理工藝：
(1)加熱至950℃保溫1.5h，爐冷，加熱到1080℃保溫2h．水淬：
(2)加熱至600℃保溫12h，加熱到1080℃保溫2h，水淬；
(3)加熱至1080℃保溫2h,水淬，加熱至350℃保溫8h，空冷。
2、熱處理工藝對(duì)改性高錳鋼組織和力學(xué)性能的影響
不同熱處理工藝條件下各種成分改性高錳鋼的力學(xué)性能如表2所示。
圖l是第一種熱處理工藝條件下不同成分改性高錳鋼的金相組織。結(jié)合表2和圖l可以看出，1#試樣晶粒較粗大，晶界存在大量碳化物；2#試樣品界碳化物稍少，晶粒仍比較粗大，但其力學(xué)性能要比1#好：3#試樣加入稀土硅鐵合金進(jìn)行變質(zhì)處理后，晶粒明顯細(xì)化，沖擊韌度和抗拉強(qiáng)度也明顯提高。所以3#試樣的綜合力學(xué)性能比1#、2#試樣好。這是因?yàn)椋孩?#試樣的鉻含量較高，使鋼的抗拉強(qiáng)度有所下降，且在常溫下，鉻含量的增加將降低鋼的沖擊韌度；②由于鉻能加快高溫區(qū)內(nèi)碳化物的析出速度，所以在凝固后的冷卻過(guò)程中有大量碳化物出現(xiàn)；③由于鉻的擴(kuò)散特點(diǎn)和鉻對(duì)擴(kuò)散過(guò)程的影響，加鉻后的奧氏體穩(wěn)定性提高，共析轉(zhuǎn)變開(kāi)始較晚。4#試樣的碳化物數(shù)量減少，雖然晶粒仍然很粗大，但性能比1#試樣要好。5#試樣比4#的抗拉強(qiáng)度及沖擊韌度都有所降低．只是硬度稍有提高。這是因?yàn)?#試樣的鉻含量增加，使鉻的碳化物增多，即硬質(zhì)點(diǎn)增多，因此硬度稍有提高。6#試樣加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理后，晶粒明顯細(xì)化，綜合力學(xué)性能最好。7#試樣晶粒較粗大且晶界存在大量碳化物，而錳、鉻等碳化物形成元素含量的降低，使奧氏體不能完全溶解碳化物而在晶界聚集，所以力學(xué)性能較差。
圖2是第二種熱處理工藝條件下改性高錳鋼的金相組織。第二種熱處理工藝采用了中間600℃保溫較長(zhǎng)時(shí)間的方法。根據(jù)Fe-Mn-C三元合金相圖，當(dāng)加熱溫度低于400℃時(shí)，鑄態(tài)組織沒(méi)有明顯變化，當(dāng)升溫到450℃左右時(shí)開(kāi)始有針狀碳化物析出，達(dá)到500℃時(shí)碳化物數(shù)量明顯增加，大約在550℃時(shí)碳化物數(shù)量達(dá)到最大值，到600℃時(shí)針狀碳化物變短變粗。在加熱過(guò)程中隨著碳化物析出、溶解的同時(shí)，金屬基體組織也在發(fā)生變化，當(dāng)溫度達(dá)到550—600℃時(shí)基體發(fā)生共析分解，形成珠光體。由于珠光體析出時(shí)，碳化物是引領(lǐng)相．所以開(kāi)始時(shí)碳化物四周的奧氏體先分解形成珠光體，隨后珠光體范圍擴(kuò)大，形成珠光體層片狀晶團(tuán)，并隨溫度的升高趨于粒狀化，但奧氏體能夠全部分解。同時(shí)碳化物充分分解的產(chǎn)物一碳和合金元素固溶于奧氏體并擴(kuò)散形成成分盡可能均勻的合金化奧氏體。
保溫時(shí)間的確定要考慮鑄件壁厚、固溶處理溫度、鋼的化學(xué)成分、鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，鑄件壁愈厚，保溫時(shí)間就愈長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是每25mm保溫1h。鋼中含有鉻、鉬等合金元素，這些特殊的碳化物溶解困難，且合金元素?cái)U(kuò)散速度慢，保溫時(shí)間也要適當(dāng)延長(zhǎng)。本試驗(yàn)考慮襯板的厚度和結(jié)構(gòu)等因素，將中間保溫時(shí)間延長(zhǎng)到12h。就能充分發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，并使碳化物得到球化。綜合比較發(fā)現(xiàn)，第二種熱處理工藝條件下，改性高錳鋼的力學(xué)性能普遍比第一種熱處理工藝條件下的好。
圖3是第三種熱處理工藝條件下改性高錳鋼的金相組織。可以看出，在這種熱處理工藝條件下，1#試樣的晶界存在大量的大顆粒狀碳化物，這是由于水韌時(shí)組織內(nèi)碳化物不能完全溶解而殘留在晶界．且回火后晶內(nèi)也析出了部分碳化物。2#試樣晶界碳化物明顯減少，晶內(nèi)也沒(méi)有析出太多碳化物，但奧氏體晶粒較粗大，因此性能也較差。3#試樣經(jīng)稀土變質(zhì)處理后，晶粒均勻細(xì)小，350℃回火后析出大量顆粒狀碳化物，這些碳化物在奧氏體基體上彌散分布，強(qiáng)化了基體，使鋼的強(qiáng)韌性及硬度都得到提高。4#和5#試樣晶粒都比較粗大，同時(shí)析出大量分布比較密集的碳化物，因此強(qiáng)度不高。與5#試樣相比，6#試樣晶粒明顯細(xì)化，碳化物析出也較均勻，所以沖擊韌度較好。7#試樣碳含量偏高，回火后析出了大量碳化物，材料強(qiáng)度和沖擊韌度均降低。結(jié)合表2和圖3可知，第三種熱處理工藝下，材料的抗拉強(qiáng)度普遍不高，沖擊韌度也比前兩種熱處理工藝差。
根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析，選擇改性高錳鋼化學(xué)成分及熱處理工藝分別為：冶煉采用稀土變質(zhì)處理，鑄件熱處理采用第二種工藝，即將鑄件加熱至600℃保溫12h;再加熱到1080℃保溫2h水淬。
3、使用效果
根據(jù)H6000圓錐破碎機(jī)兩年多的運(yùn)行情況看，進(jìn)口破碎壁、軋臼壁的使用壽命為6-8個(gè)月；國(guó)產(chǎn)備件從2003年11月30日安裝使用截止2004年10月15日（至令仍在使用）累計(jì)運(yùn)行11個(gè)月1750h。此項(xiàng)指標(biāo)已超過(guò)進(jìn)口備件的使用壽命。
進(jìn)口破碎壁、軋臼壁按其壽命為8個(gè)月、每天設(shè)備運(yùn)行Sh、每小時(shí)處理礦量為200t計(jì)算，進(jìn)口備件每套處理礦量為24萬(wàn)噸；國(guó)產(chǎn)備件按運(yùn)行11個(gè)月1750h、每小時(shí)處理礦量為200t計(jì)算，國(guó)產(chǎn)備件每套處理礦量為35萬(wàn)噸。此項(xiàng)指標(biāo)已超過(guò)進(jìn)口備件的礦石處理量。
4、結(jié)語(yǔ)
(1)合金化高錳鋼的性能與鋼水質(zhì)量、鑄造工藝和熱處理工藝有很大關(guān)系，在生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制鋼水的化學(xué)成分，進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化，并選擇合適的熱處理工藝。
(2)按照此工藝生產(chǎn)的球磨機(jī)襯板和圓錐破碎機(jī)，其軋臼壁、破碎壁等耐磨鑄件的使用壽命是普通高錳鋼的1.3—1.5倍，且處理礦量增加，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
