反擊式破碎機的錘頭是破碎機的主要易損件之一，每年消耗大量金屬材料。目前國內的破碎機錘頭大部分使用高錳鋼材質，但在很多工況下工作時難以形成有效的硬化層、耐磨性不高、使用壽命非常短，不僅影響物料的破碎過程，同時頻繁停機更換錘頭也增加了維修工作量，影響正常工作。
選擇42CrMo作為新型錘頭的材質，并確定其熱處理工藝及措施，使其具有較好的硬度和韌性，且經濟效益較好。以下對42CrMo進行了硬度、磨損性能對比分析和試樣金相觀察等分析。
1、反擊式破碎機工作原理
反擊式破碎機利用高速旋轉轉子上的板錘，對送入破碎腔內的物料高速沖擊而破碎，并使已破碎物料沿切線方向高速拋向破碎腔另一端反擊板，再次破碎，然后反彈到板錘，繼續重復上述過程，在往返途中，物料間還有相互碰擊作用。由于物料受到板錘的打擊、與反擊板的沖擊及物料相互之間的碰撞，物料不斷產生裂縫、松散而致粉碎；當物料粒度小于反擊板與板錘之間的縫隙時，就被卸出。圖1為一種典型反擊式破碎機的工作原理圖。
2、42CrMo鋼化學成分
實驗材料42CrMo鋼的主要化學成分(質量分數，%)為：C，0.38一0.45；Si，0.20—0,40；Mn，0,50—0,80; Cr, 0,90一1.20; Mo, 0.15—0.25;P,S0.04;S，≤0.04。
當碳含量偏于上限時（即含碳量在允許的范圍內增加時）．能夠令組織中的碳化物較多，熱處理后的硬度較高，可達HRC55—60，但韌性顯著降低，較之高錳鋼，不能承受很大的沖擊載荷，所以作為錘頭用材，42CrMo的碳含量不宜太高。此外，Mn能夠進—步提高鋼的淬透性，Si的存在能夠強化固溶體、抑制錳碳化合物量，該鋼材經過250一320℃回火后，可獲得下貝氏體組織，硬度可達HRC53—56，并具有較高的強度和相對良好的韌性，其抗磨能力優于馬氏體組織。
3、42CrMo試樣的熱處理工藝選擇
42CrMo的鐵素體一奧氏體的臨界轉變溫度為780℃。由42CrMo淬火溫度對組織和性能的影響圖（圖2）可以看出：淬火溫度從810℃升到820℃時材料的硬度顯著增加，當淬火溫度高于820℃后材料硬度提高緩慢，直至溫度為850℃時硬度達到最大值，如繼續提高溫度硬度開始下降。這是因為淬火溫度太低，奧氏體化不充分，存在未相變的鐵素體，表現為強度、硬度偏低；淬火溫度過高，晶粒長大，淬火組織粗大，也表現為強度、硬度偏低。因此，42CrMo鋼的最佳淬火溫度830—850℃。
本實驗中選用850℃的淬火溫度。
淬火介質選擇水的原因為：水作為淬火介質，清潔、安全、價廉、不需清洗，在可能條件下能夠廣泛使用。而且作為形狀簡單、尺寸不大的試樣，選擇水淬即能夠達到所需的冷卻溫度。
水淬時應注意增加水的攪拌（或流動），促使蒸汽膜穩定性降低，增加高溫冷卻能力；也可在水中加入食鹽( NaCI)、堿(NaOH)等提高水的冷卻能力。由于鹽、堿溶于水中，淬火時以小晶體析出在工件表面，使蒸汽膜迅速爆裂，加速蒸汽膜的破壞，從而提高了水的特性溫度，使沸騰階段提前。
淬火后對42CrMo進行回火，以獲得相對良好的韌性。
本實驗最后通過對試樣（42CrMo）采取淬火+低溫回火的熱處理工藝，其熱處理工藝參數為：淬火溫度，850℃；淬火時間，20 min；淬火介質，水淬；回火溫度，200℃；回火時間，20lrun。
4、磨損性能測定
為驗證經過淬火+回火熱處理工藝的42CrMo是否能夠體現較好的耐磨性能，材料的耐磨性是否能夠令其擔當破碎機錘頭這一易磨損部件，以及實驗最初的選材、熱處理工藝的選擇是否正確，分別對經過淬火+回火處理的42CrMo試樣及原來的Mn13錘頭在M-2000型動載荷磨損試驗機上進行摩擦磨損實驗分析。
試樣尺寸：10 mm×10 mm×18 mm
試樣所加載荷：150 N
在該試驗條件下，稱取磨損30 min前后重量，算出失重，以失重值的倒數作為材料耐磨性指標，其數值越大，表示其耐磨性越好。實驗數據如表1、表2所示。
實驗結果對比可以發現，42CrMo磨損量比Mn13錘頭試樣小得多，且42CrMo試樣在耐磨性能的均勻性方面也遠遠好于Mn13錘頭試樣。
5、試樣硬度和金相組織觀察
(1)試樣硬度對比如表3、表4所示。
42CrMo熱處理后的硬度比M13高很多，有利于耐磨性的提高。
Mn13錘頭表面金相組織為奧氏體基體+少量馬氏體+碳化物+滑移線+裂紋；Mn13錘頭心部金相組織為奧氏體基體+碳化物+裂紋；42CrMo經過淬火+回火之后，由原來的粗大晶粒變成均勻分布的顆粒細小的針狀馬氏體+少量板條馬氏體，所以在性能上表現出硬度高、硬度分布均勻的特點，且其細小晶粒形態也使得該試樣具備較好的韌性。
6、42CrMo作錘頭材料性能提高原因分析
對合金鋼錘頭做裝機實驗，可以發現：42CrMo的新型錘頭無論是在摩擦磨損實驗中還是在實際裝機試驗中，相對于高錳鋼錘頭，都表現出了很好的耐磨性能和力學性能，使得該錘頭（與試樣）能夠在工作中表現穩定、合格，使用壽命較長。
42CrMo新型錘頭經過了淬火+回火的處理之后，其顯微組織為均勻分布的回火馬氏體+貝氏體組織，該組織賦予了該類材質的錘頭較高的硬度和韌性。材料硬度高，物料壓入材料表面的深度就淺，切削產生的磨屑體積就小，耐磨性能好；韌性高，則說明材料可吸收的能量大，裂紋不易形成和擴展，同樣表現出良好的耐磨性能。
相對于42CrMo的錘頭，高錳鋼錘頭則在裝機試驗和摩擦磨損實驗中表現出比較大的差異。首先是在耐磨性上表現較差，這是因為高錳鋼如果沒有形成足夠的硬化層．其優良的力學性能和耐磨性能無從發揮，從對高錳鋼錘頭的裝機測試可以看出，高錳鋼的耐磨性在很大程度上受制于具體工作狀況，在許多工作條件中較難形成有效的硬化層。其次，也正是由于高錳鋼錘頭的耐磨性能受制于工況條件，所以該錘頭在工作中的表現很不穩定。受到較大應力時，形成足夠的硬化層，則磨損量小，耐磨性好；反之，則磨損量大，因為如果沒有形成足夠的加工硬化層，再加上組織中沒有由應力誘發產生足夠的馬氏體，大部分組織為奧氏體，其硬度遠遠達不到對錘頭硬度的要求，很容易磨損，耐磨性偏低。這一點，42CrMo則不然，由于其組織為穩定的力學性能較好的回火馬氏體，在摩擦磨損過程中沒有發生相變，所以不僅其耐磨性遠遠超過傳統的高錳鋼錘頭，且表現出來的性能一直很穩定。
7、結論
42CrMo試樣在經過淬火+回火的熱處理之后，通過對其耐磨性能、硬度、金相組織的分析可知：試樣在硬度方面大大超過了原高錳鋼錘頭，且在摩擦磨損實驗中，其表現出來的耐磨性極大的超越了原高錳鋼錘頭。
根據不同的工況條件選用不同材質的破碎機錘頭，特別是在高錳鋼錘頭耗損量較大，高錳鋼表面得不到足夠應變加工硬化層的情況下，選用42CrMo作為破碎機錘頭，將得到更高的綜合經濟效益。
選擇42CrMo作為新型錘頭的材質，并確定其熱處理工藝及措施，使其具有較好的硬度和韌性，且經濟效益較好。以下對42CrMo進行了硬度、磨損性能對比分析和試樣金相觀察等分析。
1、反擊式破碎機工作原理
反擊式破碎機利用高速旋轉轉子上的板錘，對送入破碎腔內的物料高速沖擊而破碎，并使已破碎物料沿切線方向高速拋向破碎腔另一端反擊板，再次破碎，然后反彈到板錘，繼續重復上述過程，在往返途中，物料間還有相互碰擊作用。由于物料受到板錘的打擊、與反擊板的沖擊及物料相互之間的碰撞，物料不斷產生裂縫、松散而致粉碎；當物料粒度小于反擊板與板錘之間的縫隙時，就被卸出。圖1為一種典型反擊式破碎機的工作原理圖。
2、42CrMo鋼化學成分
實驗材料42CrMo鋼的主要化學成分(質量分數，%)為：C，0.38一0.45；Si，0.20—0,40；Mn，0,50—0,80; Cr, 0,90一1.20; Mo, 0.15—0.25;P,S0.04;S，≤0.04。
當碳含量偏于上限時（即含碳量在允許的范圍內增加時）．能夠令組織中的碳化物較多，熱處理后的硬度較高，可達HRC55—60，但韌性顯著降低，較之高錳鋼，不能承受很大的沖擊載荷，所以作為錘頭用材，42CrMo的碳含量不宜太高。此外，Mn能夠進—步提高鋼的淬透性，Si的存在能夠強化固溶體、抑制錳碳化合物量，該鋼材經過250一320℃回火后，可獲得下貝氏體組織，硬度可達HRC53—56，并具有較高的強度和相對良好的韌性，其抗磨能力優于馬氏體組織。
3、42CrMo試樣的熱處理工藝選擇
42CrMo的鐵素體一奧氏體的臨界轉變溫度為780℃。由42CrMo淬火溫度對組織和性能的影響圖（圖2）可以看出：淬火溫度從810℃升到820℃時材料的硬度顯著增加，當淬火溫度高于820℃后材料硬度提高緩慢，直至溫度為850℃時硬度達到最大值，如繼續提高溫度硬度開始下降。這是因為淬火溫度太低，奧氏體化不充分，存在未相變的鐵素體，表現為強度、硬度偏低；淬火溫度過高，晶粒長大，淬火組織粗大，也表現為強度、硬度偏低。因此，42CrMo鋼的最佳淬火溫度830—850℃。
本實驗中選用850℃的淬火溫度。
淬火介質選擇水的原因為：水作為淬火介質，清潔、安全、價廉、不需清洗，在可能條件下能夠廣泛使用。而且作為形狀簡單、尺寸不大的試樣，選擇水淬即能夠達到所需的冷卻溫度。
水淬時應注意增加水的攪拌（或流動），促使蒸汽膜穩定性降低，增加高溫冷卻能力；也可在水中加入食鹽( NaCI)、堿(NaOH)等提高水的冷卻能力。由于鹽、堿溶于水中，淬火時以小晶體析出在工件表面，使蒸汽膜迅速爆裂，加速蒸汽膜的破壞，從而提高了水的特性溫度，使沸騰階段提前。
淬火后對42CrMo進行回火，以獲得相對良好的韌性。
本實驗最后通過對試樣（42CrMo）采取淬火+低溫回火的熱處理工藝，其熱處理工藝參數為：淬火溫度，850℃；淬火時間，20 min；淬火介質，水淬；回火溫度，200℃；回火時間，20lrun。
4、磨損性能測定
為驗證經過淬火+回火熱處理工藝的42CrMo是否能夠體現較好的耐磨性能，材料的耐磨性是否能夠令其擔當破碎機錘頭這一易磨損部件，以及實驗最初的選材、熱處理工藝的選擇是否正確，分別對經過淬火+回火處理的42CrMo試樣及原來的Mn13錘頭在M-2000型動載荷磨損試驗機上進行摩擦磨損實驗分析。
試樣尺寸：10 mm×10 mm×18 mm
試樣所加載荷：150 N
在該試驗條件下，稱取磨損30 min前后重量，算出失重，以失重值的倒數作為材料耐磨性指標，其數值越大，表示其耐磨性越好。實驗數據如表1、表2所示。
實驗結果對比可以發現，42CrMo磨損量比Mn13錘頭試樣小得多，且42CrMo試樣在耐磨性能的均勻性方面也遠遠好于Mn13錘頭試樣。
5、試樣硬度和金相組織觀察
(1)試樣硬度對比如表3、表4所示。
42CrMo熱處理后的硬度比M13高很多，有利于耐磨性的提高。
Mn13錘頭表面金相組織為奧氏體基體+少量馬氏體+碳化物+滑移線+裂紋；Mn13錘頭心部金相組織為奧氏體基體+碳化物+裂紋；42CrMo經過淬火+回火之后，由原來的粗大晶粒變成均勻分布的顆粒細小的針狀馬氏體+少量板條馬氏體，所以在性能上表現出硬度高、硬度分布均勻的特點，且其細小晶粒形態也使得該試樣具備較好的韌性。
6、42CrMo作錘頭材料性能提高原因分析
對合金鋼錘頭做裝機實驗，可以發現：42CrMo的新型錘頭無論是在摩擦磨損實驗中還是在實際裝機試驗中，相對于高錳鋼錘頭，都表現出了很好的耐磨性能和力學性能，使得該錘頭（與試樣）能夠在工作中表現穩定、合格，使用壽命較長。
42CrMo新型錘頭經過了淬火+回火的處理之后，其顯微組織為均勻分布的回火馬氏體+貝氏體組織，該組織賦予了該類材質的錘頭較高的硬度和韌性。材料硬度高，物料壓入材料表面的深度就淺，切削產生的磨屑體積就小，耐磨性能好；韌性高，則說明材料可吸收的能量大，裂紋不易形成和擴展，同樣表現出良好的耐磨性能。
相對于42CrMo的錘頭，高錳鋼錘頭則在裝機試驗和摩擦磨損實驗中表現出比較大的差異。首先是在耐磨性上表現較差，這是因為高錳鋼如果沒有形成足夠的硬化層．其優良的力學性能和耐磨性能無從發揮，從對高錳鋼錘頭的裝機測試可以看出，高錳鋼的耐磨性在很大程度上受制于具體工作狀況，在許多工作條件中較難形成有效的硬化層。其次，也正是由于高錳鋼錘頭的耐磨性能受制于工況條件，所以該錘頭在工作中的表現很不穩定。受到較大應力時，形成足夠的硬化層，則磨損量小，耐磨性好；反之，則磨損量大，因為如果沒有形成足夠的加工硬化層，再加上組織中沒有由應力誘發產生足夠的馬氏體，大部分組織為奧氏體，其硬度遠遠達不到對錘頭硬度的要求，很容易磨損，耐磨性偏低。這一點，42CrMo則不然，由于其組織為穩定的力學性能較好的回火馬氏體，在摩擦磨損過程中沒有發生相變，所以不僅其耐磨性遠遠超過傳統的高錳鋼錘頭，且表現出來的性能一直很穩定。
7、結論
42CrMo試樣在經過淬火+回火的熱處理之后，通過對其耐磨性能、硬度、金相組織的分析可知：試樣在硬度方面大大超過了原高錳鋼錘頭，且在摩擦磨損實驗中，其表現出來的耐磨性極大的超越了原高錳鋼錘頭。
根據不同的工況條件選用不同材質的破碎機錘頭，特別是在高錳鋼錘頭耗損量較大，高錳鋼表面得不到足夠應變加工硬化層的情況下，選用42CrMo作為破碎機錘頭，將得到更高的綜合經濟效益。
