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任何双金属复合材料,只有当它和单一材料结构相比成本显得更低,某些性能或综合性能有所改进时才是有用的。选用金属复合时需要考虑的性能包括弹性、强度、延展性和断裂韧性等力学性能,以及抗磨损性、抗腐蚀性或者抗高温等物化性能。另外,制作的双金属复合材料不仅其整体要具有良好的综合性能,同时还需要保持两种金属自身的特点。目前,双金属复合材料一般在磨损严重或者腐蚀性的条件下工作,在一些承受高周疲劳的齿轮和轴类的零件中使用。因此,为了保证双金属复合材料具有良好的工作状态,理想的复合材料表面应具备高的耐磨损、耐腐蚀性能,而基体材料必须具有良好的韧性和塑性。此外,复合材料整体需要有优良的焊接、铆接及冲压等上艺性能,并有不易被氧化、腐蚀和难以生成有害表面膜等特点。本文所选的具体零件是双金属复合锤头。锤头是破碎机的关键部件,其端部磨损程度决定出料粒度的大小,因此通常被设计成头部和柄两部分,其中头部直接与物料发生撞击,要求具有较高的硬度和耐磨性,而起连接作用的锤柄并不直接参与磨损,只需具备相应韧性和强度即可。因此锤头整体采用同一种金属进行生产非但在经济上不可取,在使用上也没有必要。生产中结合高铬铸铁优异的抗磨能力和碳钢优良的韧性,采用高铬铸铁。
碳钢复合的办法制造锤头。1材质选取通过分析复合材料条件和锤头工况,选取锤头材质。①锤柄锤头工作过程中,锤柄主要承受物料破碎过程中所产生的弯曲冲击力,基本上不受物料直接的摩擦磨损,因此材质选择主要防止在使用中出现弯曲折断以及轴孔拉长磨损。基于此,决定锤柄材质为ZG270-550,见表1。②锤端目前所使用的各种抗磨材料,在冲击力不是十分大的情况下就抗磨性而言,应首推高铬铸铁。高铬铸铁经过适当的热处理,其组织为:M7C3型碳化物、马氏体、弥散分布的二次碳化物和残余奥氏体。宏观硬度达60HRC以上,且具有一定的冲击韧度。因此锤端选用高铬铸铁。2双金属复合铸造工艺采用液固结合法将外材金属镶铸在芯材上。高铬铸铁的凝固收缩和线收缩基本接近于碳钢,所以复合浇注双金属铸件的造型工艺与碳钢造型工艺基本相同。先把内部的碳钢(芯材)铸造成型,然后浇注外层高铬铸铁(外材)。采用湿砂造型,砂型为CO2硬化水玻璃砂,其流动性好,造型容易控制。本实验采用CO2硬化水玻璃砂造型,砂箱尺寸为550mm×!450mm,浇口设在中央,8个试样在砂箱中呈45°分布。为了保证双金属复合材料横截面的化学成分和组织的均匀性,不产生偏析,将内浇道设在型腔的低部。在双金属复合材料的制备过程中,芯材的偏心将影响到双金属复合材料界面结合状态。若采用两箱造型,则在合箱时很难保证芯材的准确定位。因此,通过整体造型砂芯芯头保证芯材的准确定位,最后进行浇注。
采用底注式浇注系统,在中频感应电炉内熔炼高铬铸铁,在铸件最上部开设溢流冒口,排除最开始浇注的溶液。利用高温液态高铬铸铁材料加热芯材,从而得到结合良好的双金属复合铸件。