经测试,硬质合金镶铸以前的硬度为HRC62—65,与高锰钢镶铸并经水韧处理以后,对试样表面进行硬度测试表明,硬质合金中间区域硬度基本保持不变(HRC60),但在其与高锰钢结合的附近区域,硬度下降到HRC58,而且在高锰钢一侧靠近硬质合金区域的硬度(HRC:30～60)也比远离硬质合金的高锰钢硬度(22～24)高得多,说明在高锰钢与硬质合金的结合部材质的硬度出现1个介于2种材质硬度之间的过渡区,这是由于高锰钢与硬质合金互相渗透的结果。
为了更好地检查2种材质界面的结合状况,在镶铸结合处切取了金相试样,抛光后用电子探针对结合界面附近显微组织进行分析。
硬质合金的基体与高锰钢结合得很好,看不到结合处,即高锰钢与硬质合金基体是熔为一体的。
在高锰钢一侧可看到稀疏分布着TiC颗粒的区域。
即硬质合金中的硬质相TiC部分地从硬质合金一侧漂移到高锰钢一侧,这是由于在镶铸过程中,高锰钢液熔化了硬质合金表面基体,使得表面部分硬质相TiC向高锰钢液漂移,冷却凝固后,这些TiC颗粒就随机地固定在高锰钢中。
为了更好地说明2种材质镶铸界面的结合状况,在结合处做了某个视场Ti元素的面分布,在硬质合金一侧,富集着Ti元素的特征X射线像,在高锰钢一侧靠近界面区域也有Ti元素的特征X射线像,说明在高锰钢1侧有Ti元素存在,这是由于镶铸时2种材质呈冶金结合,硬质合金中的TiC向高锰钢一侧漂移,热处理时,TiC中的Ti元素向高锰钢扩散。
由此可以看出,TiC颗粒与高锰钢是非常牢固地结合在一起的。
上述实验结果表明,硬质合金与高锰钢镶铸为冶金结合。
2种材质镶铸的界面不管是硬度,还是组织、结构及元素的分布都出现了1个过渡区,使得硬质合金非常牢固地镶铸在高锰钢中。
在使用过程中,高硬度的硬质合金起着抵抗材料磨损的作用,从而大大提高材质的使用寿命。
3现场使用为了考查镶铸高锰钢的使用性能,又在锤式破碎机锤头易磨损面镶铸多个圆柱型硬质合金。
镶铸前先把硬质合金(25mm×40mm)用砂布打磨干净,在每个硬质合金1端焊上1个铁钉,铁钉另1端插入砂型,从而使硬质合金固定在型腔中。
浇注后,硬质合金就镶铸在高锰钢中。
用上述方法制造的锤头在广东顺德鸿运石场使用,该石场破碎的物料是用于高速公路的硬石头,使用寿命为20d。
而原使用的高锰钢锤头寿命仅为7d,镶铸锤头的成本与高锰钢锤头比只增加30%,显示了镶铸锤头良好的经济效益和社会效益。
4结论(1)高锰钢基硬质合金和高锰钢镶铸的界面呈冶金结合。
前者的基体与后者熔为一体;看不到界面;前者的硬质相TiC部分地漂移到后者一侧;且硬质相中Ti元素也部分地扩散到高锰钢中。
(2)镶铸硬质合金锤头的工艺简单,易于掌握。
(3)镶铸硬质合金的高锰钢锤头寿命约为高锰钢锤头的3-4倍,而成本只提高35%。
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