PCKW-1618可逆
反擊式破碎機是新研制成功的一種主要用于礦物原料，如：煉焦用煤、石膏、石灰石、鐵礦石、白云石礦和花崗巖等細碎的高效破碎機。該破碎配備有84個小錘頭，每個錘頭的重量約11 kg。PCKW-1618可逆反擊式破碎機功率大(315 kW)，轉子長1.8 m、直徑1.6 m、轉速高達650 r/min，因而生產效率很高。此外，該破碎機轉子可以正轉，也可以反轉，即轉子沿某一方向運行一段時間后，如果錘頭的一側工作面磨損嚴重，這時不必更換錘頭，只需將轉子的旋轉方向換向即可，因而，使用十分便捷。
目前發現影響這種新型破碎機正常工作的主要因素是錘頭的耐磨性能。PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭目前采用的材質主要有超高錳鋼Mn18Cr2MoRE和改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi兩種，其中，前者比后者應用的更為廣泛一些，其主要原因是在錘頭的工作過程中前者產生沖擊硬化的效果比后者明顯。然而，既便如此，超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的使用壽命也不夠理想，例如，在包頭某白云石礦破碎白云石時，超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的連續使用壽命僅在10天左右，而改性商錳鋼Mn13Cr2RETi錘頭的連續使用壽命只有4天左右。由于錘頭更換頻繁，不僅嚴重地影響破碎機的正常運行，而且也增大了工人的勞動強度和細碎礦石原料的生產成本。所以提高錘頭的使用壽命已成為PCKW-1618可逆反擊式破碎機亟待解決的一項關鍵技術問題。為此，作者進行了一系列試驗以探索提高錘頭使用壽命的方法。起初，嘗試了使用強、韌性均較高和硬度也較高(48~52 HRC)的中碳稀土貝氏體鑄鋼和中鉻鑄鋼代替高錳鋼，但效果不理想。錘頭的耐磨性非但沒有明顯的提高，反而由于中碳稀土貝氏體鑄鋼或中鉻鑄鋼韌性儲備不足，在使用過程中出現了錘頭碎裂的現象。后來又試驗了高錳鋼和高鉻鑄鐵復合錘頭，即：錘柄采用高韌性的高錳鋼Mn13 Cr2RETi，錘頭頭部的打擊部位采用高耐磨的高鉻鑄鐵Cr20M02Cu，但試驗仍以失敗告終，究其原因是由于PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭小，使得高錳鋼和高鉻鑄鐵可以復合的面積較小，結果錘頭的復合強度低，出現了掉頭現象；另外，PCKW-1618可逆反擊式破碎機轉子轉速高，在使用過程中使得錘頭與進入破碎機的礦物原料發生激烈碰撞，高鉻鑄鐵為脆性材料，韌性較差，所以在使用過程中出現了高鉻鑄鐵碎裂的現象。最近，作者采用了在高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭端部的打擊部位通過焊接耐磨合金復合板的方法解決了這一難題。經實際使用，焊接耐磨合金復合板的高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的使用壽命是超高錳鋼錘頭Mn18Cr2MoRE的1.5倍，是改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的3倍。
1 焊接復合錘頭的設計思路
1.1 焊接復合錘頭的設計原則
圖1示出了PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭的示意圖。由圖知，該型破碎機的工作原理實際上與通常帶軸孔的錘式破碎機是一樣的。鑒于PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭轉速高，運行過程中受到的沖擊力大，而目前采用單一耐磨材料制成的錘頭和采用常規鑄造工藝生產的復合錘頭都難以滿足要求，所以，新型PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭決定采用焊接復合的方法。其基本思路是在單一具有高韌性材質錘頭的打擊部位通過焊接硬質合金材料來顯著提高錘頭的耐磨性能，這樣既可以保證錘頭的完整性、韌性和安全性，又能夠充分發揮硬質合金優異的抗磨性戰。在這樣的設計思想指導下，要求制作錘頭的材料不但應具有高韌性、一定的抗磨性，而且應具有良好的焊接性能，以避免在錘頭使用過程中出現錘柄斷裂、掉頭和打擊部位硬質合金脫落現像的發生。
1.2焊接復合錘頭基體材質的選擇
根據焊接復合錘頭的設計思路，中低碳鋼、中低碳低合金高強度鋼和高錳鋼都有可能成為復合錘頭的基體材料。其中，中低碳鋼和中低碳低合金高強度鋼具有韌性好、焊接性能優良等優點，但是，它們的不足之處是耐磨性差和鑄造性能較差。如果選用它們作為PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭的基體材質有可能在錘頭的使用過程中由于激烈摩擦出現錘柄部位首先被磨損而導致斷裂和掉頭現象的發生，所以，中低碳鋼和中低碳低合金高強度鋼作為PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘柄的材質是不合適的；高錳鋼Mn13具有韌性高、耐磨性能優良和鑄造性能良好等特點，是制作PCKW-1618可逆反擊式破碎機錘頭比較理想的材質。倘若對高錳鋼Mn13進行改性處理或合金化處理，則其耐磨性會進一步有所改善。所以，選擇改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi作為焊接復合錘頭的材質是合適的，并且改性高錳鋼Mn13Cr2RETi的生產成本相對較低；超高錳鋼Mn18Cr2MoRE里然耐磨性能優于改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi，但其生產成本較高，故不適合作為焊接復合錘頭的材質。高錳鋼作為焊接復合錘頭材質的唯一不足是其含碳量高和合金含量高，故焊接性能差，但是高錳鋼的這一不足之處如果通過采用合適的焊接工藝加以克服，則高錳鋼就會成為一種理想的生產焊接復合錘頭的基體材質。
1.3 焊接復合錘頭打擊部位硬質合金的選擇
錘頭打擊部位的硬質合金擬采用新型耐磨合金復合板。新型耐磨合金復合板以25#低碳鋼為基板，通過采用特殊的熔焊工藝在基板生成具有一定厚度的耐磨硬質合金層。25#低碳鋼基板的厚度為5~11 mm，硬質耐磨合金層的厚度6—12 mm，硬度65~72 HRC，通常硬質耐磨合金層中的碳化物為MC和M，C。型兩種，體積百分數為30%—40%。用戶可根據自己的要求選擇基板的厚度、硬質耐磨合金層厚度和耐磨合金層中碳化物的類型。雖然目前世界上許多國家都可以生產耐磨合金復合板，但是，據稱：澳大利亞的Alloy Steels公司生產的耐磨合金復合板的合金層厚度最大，質量最好，本文的焊接復合錘頭所采用的耐磨合金復合板就是由澳大利亞Alloy Steels公司生產的基板厚度為9 mm．硬質耐磨合金層厚度為10 mm(硬度為65 HRC)的復合板。由于25#低碳鋼具有優良的焊接性能，所以，原來設計的復合錘頭打擊部位高錳鋼與硬質合金的焊接問題轉變為高錳鋼錘頭本體與低碳鋼之間焊接的問題，這樣大大地降低了焊接的難度，提高了耐磨合金復合板與錘頭的基體材料的結合強度。
1.4焊接復合錘頭的復合
使高錳鋼錘頭本體與耐磨合金復合板成功焊接結合需要解決兩個方面的關鍵問題。第一是焊接強度，即使高錳鋼錘頭本體與耐磨合金復合板通過焊接連結必須具有足夠高的強度，否則，錘頭在使用過程中由于受到頻繁的撞擊會使耐磨復合合金板逐漸脫落。根據經驗，通過選擇適合于高錳鋼Mn13焊接的焊條、焊接工藝和在高錳鋼錘頭本體中預埋碳鋼鋼板以提高高錳鋼錘頭本體與耐磨合金復合板的焊接強度或結合強度等措施是可以解決這一問題的。其方法是在高錳鋼基體一側選用瑞士產SUPER2222或不銹鋼焊條形成焊縫的過度層，而過度層和耐磨合金復合板之間的焊接可以采用普通的低碳鋼焊條；預埋鋼板采用與碳鋼基板成分相近的A3鋼板，厚度為10 mm;第二是高錳鋼的焊接開裂。在焊接高熱量和熱應力的作用下，焊接部位及周邊地區的高錳鋼會發生組織轉變而脆化使其開裂。所以在焊接時應予以及時冷卻。
2 焊接復合錘頭的生產工藝
實驗用高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的生產在內蒙古科技大學冶金實驗室250 kg中頻感應電爐中進行。
高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭基體的鑄造工藝與通常的高錳鋼鑄件鑄造工藝完全相同。錘頭的成型采用真空消失模。在制作泡沫塑料模型時，在模型錘頭的打擊面上預留出19 mm的合金板位置和約10 mm焊縫的厚度，并且在與錘頭的打擊面相互垂直的泡沫塑料模型的中間部位插入兩塊經過除銹處理的10 mm×30 mm x50 mm的A3鋼板作為與耐磨合金復合板焊接和連接用的加強筋。
鑄件冷卻到室溫后，翻箱落砂，打掉澆冒口，將鑄件加熱到1 050℃保溫3h后投入到冷卻水槽中進行水韌化處理。
在將高錳鋼錘頭基體與耐磨合金復合實施焊接前，清理打磨錘頭本體，特別是焊接部位鋼板的氧化鐵皮。焊接時，先用SUPER2222或不銹鋼焊條在高錳鋼錘頭本體焊接部位鋪焊約10 mm厚的過渡層，然后采用256碳鋼焊條將切割好的耐磨復合合金板與錘頭本體焊接在一起。為子防止在焊接過程中高錳鋼錘頭本體焊接部位產生裂紋，錘頭的非焊接部位始終置于水中進行冷卻。最后，在焊縫上堆焊硬質合金以保護焊縫和耐磨復合合金板碳鋼層不被快速磨損。
3焊接復合錘頭的使用性能及生產成本概算
焊接復合錘頭的工業實驗在包頭某白云石礦PCKW-1618可逆反擊式破碎機上進行。共實驗了2套168只焊接復合錘頭。表1給出了實驗條件及實驗結果，可見焊接復合錘頭的耐磨性約是改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭的3倍，是超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的1.5倍，并且在使用過程中焊接復合錘頭無一出現掉頭和耐磨合金復合板脫落的現象，表明所研制的焊接復合錘頭的制作工藝是成功的。
表1 焊接復合錘頭的實驗條件以及實驗結果
|
白云石硬度 |
入礦粒度 |
出礦粒度 |
轉子轉速 |
平均破碎礦石量/萬t |
|
改性高錳鋼 |
超高錳鋼 |
復合錘頭 |
|
普氏14 |
≤100mm |
3～6mm |
650r/min |
1.1 |
2.4 |
3.7 |
表2 焊接復合錘頭、改性高錳鋼Mn13CRETi和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭生產成本（人民幣元）
|
|
廢鋼 |
合金 |
模型 |
融化 |
熱處理 |
合金板 |
焊接 |
其他 |
工資 |
合計 |
|
焊接復合 |
1230 |
2200 |
120 |
380 |
400 |
7500 |
100 |
100 |
250 |
10350 |
|
改性高錳鋼 |
3685 |
2200 |
120 |
550 |
400 |
0 |
0 |
100 |
250 |
5305 |
|
超高錳鋼 |
1600 |
8600 |
120 |
550 |
400 |
0 |
0 |
100 |
250 |
11620 |
表2給出了生產1噸焊接復合錘頭、改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭和超高錳鋼Mn18Cr2MoTiRE錘頭的生產成本概算，可見高錳鋼焊復合錘頭的生產成本介于兩者之間，但是其性能價格比在這三種類型的錘頭中是最佳的。
4 結論
(1)高錳鋼焊接復合錘頭生產工藝簡便、可靠、完全可以替代改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭用于PCKW-1618可逆反擊式破碎機。破碎白云石礦，其使用壽命分別是改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭的3倍和1.5倍。
(2)高錳鋼焊接復合錘頭的生產成本介于改性高錳鋼Mn13 Cr2RETi錘頭和超高錳鋼Mn18Cr2MoRE錘頭之間，但其性能價格比在這3種類型的錘頭中是最佳的。
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