论文摘要
在锤头的实际工作过程中,破碎机对锤头的不同部位有不同的性能要求。其中,锤头打击部位与物料碰撞打击,主要承受强烈的冲击磨损,要求具有较高的硬度;而安装部位不能磨损销轴,要求具有较低的硬度;而锤头中间部分需要传递锤头打击部位承受的冲击载荷,要求具有足够的韧性,保证锤头工作过程中的安全性。因此锤头的实际服役条件要求锤头具有梯度性能（主要指硬度和韧性的变化）。不同材料通过镶嵌、镶铸等工艺形成的复合锤头理论上能够满足这种梯度性能要求,但复合锤头工艺复杂,难以批量生产。并且两种材质结合不好,容易发生断裂失效,存在较大的安全隐患。目前,较为合理的梯度性能形成工艺路线是单一材质锤头通过局部淬火获得锤头所需的梯度性能。而低合金钢具有高硬度、高韧性优异的综合性能,可以通过对低合金钢的成分和工艺进行优化在较大范围内进行硬度和韧性的匹配（32～60 HRC和ak10～100J/cm2）,是最有可能通过热处理工艺获得梯度性能的材质。本课题开发了一种能够通过热处理形成梯度性能的锤头用中碳低合金钢体系。并研究了形成梯度性能的影响因素和形成梯度性能的热处理工艺,为汽车破碎机梯度性能锤头的实际工业化批量生产提供参考。本课题依据汽车破碎机锤头的性能指标,设计实验合金成分范围为:0.4～0.5%C,1.4～2.0%Cr,0.8～1.3%Si,1.4～2.0%Mn,0.5～1.0%Ni,0.2～0.4%Mo。按照该种合金成分的中间值进行配料,浇注,取样实验。结果发现该实验合金铸态组织为针状马氏体,经正火和淬火后无法形成性能变化,但是该种合金钢硬度和韧性性能能满足汽车破损机的性能要求。无法形成梯度性能是因为该合金成分中Mn和Cr的含量过高,提高了高温区的稳定性,增加了贝氏体转变时间,使钢在连续空冷的条件下获得稳定的贝氏体组织,而不能获得珠光体组织,因此无法形成较大的性能变化。通过降低Mn和Cr 的含量,设计合金成分范围:0.4～0.5%C,0.8～1.2%Cr,0.8～1.3%Si,0.5～1.0%Mn,0.5～1.0%Ni,0.2～0.4%Mo。该实验合金通过热处理方式形成较大硬度和韧性的变化,该性能变化可以满足梯度性能锤头对打击部分和安装部分的性能变化要求。本课题研究了铸态组织、奥氏体化温度、奥氏体化保温时间、回火温度对形成梯度性能的影响:其中奥氏体化温度和奥氏体化保温时间在实验的范围内（30min～90min）对形成梯度性能的影响较小;回火温度对最终获得梯度性能有较大的影响;铸态组织对梯度性能的影响较大,铸态组织为马氏体或贝氏体组织,这时实验合金不可能通过局部淬火的方式获得梯度性能。铸态组织为珠光体时,才有可能使淬火试样和正火试样之间形成满足要求的性能变化,即当实验合金的铸态为珠光体组织时才能通过局部淬火的方式获得梯度性能。实验合金经过适当的热处理后,淬火试样可获得较高的硬度（54 HRC）和较好的韧性（26J/cm2）,主要组织是马氏体组织;正火试样可以获得较低的硬度（42HRC）和较高的韧性（50J/cm2）,主要组织是珠光体组织+少量的铁素体组织。