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    常用的破碎設(shè)備是顎式破碎機和錘式破碎機，齒板和錘頭是破碎機上的關(guān)鍵備件，其質(zhì)量直接影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)和破碎加工成本。長期以來，齒板和錘頭主要用高錳鋼制造。高錳鋼是一種韌性良好，并有優(yōu)良形變硬化能力的鋼種，在三向擠壓狀態(tài)下高錳鋼的加工硬化非常明顯，表面硬度可達910HVm。但用于破碎機齒板，加工硬化后，表面硬度為HV550，HV500以上的硬化層深度不足0.5mm，距表面2mm處的硬度為HV280，接近高錳鋼齒板的原始硬度(HV240)：用于破碎機錘頭，加工硬化還不如齒板。可見高錳鋼用于制造齒板和錘頭加工硬化效果差，使用壽命短。高鉻鑄鐵和鎳硬鑄鐵由于其組織中含有20%以上的共晶碳化物，硬度高，耐磨性好，但其脆性大，直接制造齒板和錘頭，使用中極易出現(xiàn)斷裂，影響破碎設(shè)備的正常運行。近來開發(fā)的復(fù)合鑄造技術(shù)盡管可以提高白口鑄鐵抗斷裂能力，但操作復(fù)雜，在實際生產(chǎn)中推廣使用進展緩慢。因此，盡快研制生產(chǎn)工藝簡便、成本低、耐磨性好、抗斷裂能力強的破碎機齒板和錘頭，是物料破碎領(lǐng)域亟待解決的課題。
1、合金成分設(shè)計
    合金成分見表1，其設(shè)計原則是保證有較高的硬度和韌性，使金屬基體組織以貝氏體為主。貝氏體組織的內(nèi)應(yīng)力一般低于馬氏體組織。在外加負荷和相對運動的磨粒磨損過程中，組織中殘余內(nèi)應(yīng)力越大，裂紋越易擴展，促使磨損加速。因此在硬度相當時，貝氏體組織的耐磨性優(yōu)于馬氏體組織。
2、試驗結(jié)果及分析
2.1多元低合金貝氏體鑄鋼的熔煉和鑄造
    多元低合金貝氏體鑄鋼用500kg中頻感應(yīng)電爐熔煉。用生鐵、A3廢鋼、碳素鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鉬鐵配料，溫度升至1580～1620℃，經(jīng)鋁脫氧后出爐。澆包內(nèi)預(yù)先放置有鋇鐵、鈦鐵、硼鐵和釔基稀土，用沖入法對鋼水進行合金化和變質(zhì)處理。用干模鑄型直接鑄出襯板和錘頭，澆注溫度1440～1480℃。用同包鋼水還澆注了Y型試塊，進行性能測試。
2.2熱處理工藝研究
    為了提高低合金貝氏體鑄鋼的機械性能和耐磨性，需要進行熱處理。我們研究了冷卻方式對低合金貝氏體鑄鋼組織與性能的影響，見圖1。多元低合金貝氏體鑄鋼因含有較多提高淬透性元素，具有良好的淬透性，在空冷條件下即可淬硬。
    淬火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖2。溫度低于920℃時，隨著淬火溫度升高，硬度升高，之后隨淬火溫度升高，硬度反而下降，但在860～950℃，低合金貝氏體鑄鋼具有很高的淬硬性能。這是因為淬火溫度較低時，溶于高溫奧氏體中的合金元素少，淬火組織中除了出現(xiàn)貝氏體、馬氏體組織外，還有少量珠光體組織出現(xiàn)；淬火溫度過高，溶入高溫奧氏體中的合金元素增多，奧氏體穩(wěn)定性增強，淬火組織中有部分殘留奧氏體存在，因此硬度反而下降。隨著淬火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼晶粒不斷長大，沖擊韌性下降。
    回火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖3，回火溫度低于400℃時，硬度值變化不大，表明這種鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性。回火溫度高于400℃時，隨著回火溫度升高，硬度降低。回火溫度低于350℃時，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達到最低值；超過450℃，沖擊韌性隨回火溫度升高而增大。
    出現(xiàn)上述結(jié)果的主要原因是：在較低溫度回火時，在貝氏體／馬氏體復(fù)相組織中析出均勻彌散并和基體保持共格關(guān)系的￡碳化物，降低貝氏體／馬氏體復(fù)相組織的含碳量，從而增加鋼的韌性，另外鋼在低溫回火時殘余應(yīng)力的消除也有利于提高鋼的沖擊韌性。當回火溫度升高到350℃時，鋼中￡碳化物含量逐漸減少，而殘留奧氏體逐漸分解，同時析出與基體非共格的脆性滲碳體，導(dǎo)致鋼的沖擊韌性值降低。隨后，大量滲碳體從貝氏體／馬氏體復(fù)相組織中析出，明顯降低貝氏體／馬氏體含碳量，雖然滲碳體的含量也進一步增加，但是此時鋼中貝氏體／馬氏體的含碳量較低，基體具有很高的韌性，因此回火溫度高于450℃后，鋼的整體韌性開始回升。多元低合金貝氏體鑄鋼回火溫度選擇在330～380℃是較合理的。
2.3耐磨性研究
    在MLD-10型動載沖擊磨損試驗機上進行磨損試驗，試樣尺寸lOmmxlOmmx30mm，沖擊功分別為1.0J和3.5J，磨料為1～2mm的精制石英砂，流量450mL/min，用磨損失重的倒數(shù)表示耐磨性，回火溫度對低合金貝氏體鑄鋼耐磨性的影響見圖4。可見回火溫度低于350。C時，隨著回火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼耐磨性增大，回火溫度高于350。C時，隨著回火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼耐磨性降低。這是因為材料承受沖擊磨料磨損時，磨損率由兩部分組成，一部分為切削機制引起的磨損，它主要取決于材料的硬度。另一部分為疲勞機制引起的磨損，反映材料的塑性，因此疲勞磨損與材料的硬度和塑性兩個因素有關(guān)。而貝氏體鑄鋼在350℃左右回火時具有較優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，因此耐磨性最佳。
3、多元低合金貝氏體鑄鋼的應(yīng)用
    在實驗室工作的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)場進行了新型多元低合金貝氏體鑄鋼破碎機齒板和錘頭的生產(chǎn)試驗，產(chǎn)品組織主要為貝氏體、一定量的馬氏體、少于5%的奧氏體和少于2%的碳化物。在齒板和錘頭實物上用線切割機切取10mmxl0mmx55mm的無缺口試樣，進行了沖擊韌性和硬度測量，結(jié)果表明，其硬度值均在HRC53以上，沖擊韌性均大于11J／cm2。低合金貝氏體鑄鋼齒板和錘頭先后在國內(nèi)多家采石廠和水泥廠進行了裝機試用，結(jié)果表明，它們使用安全，使用中從未出現(xiàn)斷裂，使用壽命比高錳鋼提高3～8倍，設(shè)備運轉(zhuǎn)率提高3%~5%。低合金貝氏體鑄鋼成本為8000元／t，高錳鋼成本為5000元／t，前者是高錳鋼的1.6倍，因此可采用低合金貝氏體鑄鋼齒板和錘頭，物料破碎成本降低8%以上，具有較好的經(jīng)濟效益。
4、結(jié)論
    (1)以Si、Mn、Cr為主要合金元素，加入適量Mo、V、Ti、B、Y的多元低合金鑄鋼，空冷后可獲得以貝氏體為主的組織，具有硬度和韌性高、耐磨性好等特點。
    (2)空冷貝氏體鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性，回火溫度高于400℃時，隨著回火溫度升高，硬度降低。回火溫度低于350℃時，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達到最低值。
    (3)用低合金貝氏體鑄鋼代替高錳鋼制造破碎機齒板和錘頭，具有良好的經(jīng)濟效益。