端部wc颗粒增强高强低碳马氏体锤片研制及性能研究
摘 要摘 要锤片作为锤片式粉碎机中最重要部件之一，其性能的好坏直接影响了生产效率与能耗等方面，提高锤片力学性能是人们研究的重点。本实验主要分析了现有锤片成品的阶梯式性能变化特点，同时又在锤片韧性不佳的基础上，探究了热处理对锤片的原材料，即Q345钢组织与性能的影响，并确定了材料组织性能随热处理变化而变化的规律。实验首先研究了成品锤片的三层性能组织梯度分布：从堆焊层到基体，硬度变化很大，堆焊层的平均硬度在564.34HV，与基体衔接良好；从渗碳层到心部，硬度随含碳量的减少而减少，表面的硬度可达551.2HV，而心部的硬度在400HV左右，且渗碳层的含碳量过渡平稳，性能良好；从高温回火的销孔部位到低温回火的心部，硬度明显呈递增趋势，销孔部位的硬度经高温回火下降较多，仅有190~200HV，塑韧性提高。本实验还研究了热处理对Q345钢性能的提升作用。在本实验中，未经热处理的原始试样的布氏硬度仅有168HB，在经过淬火+回火处理后，硬度明显大幅提高，且随淬火温度的提高而提高，淬火温度低导致组织中存在铁素体，淬火温度过高导致组织中的马氏体针过于粗大，在本实验总淬火后硬度最高可提高到46.1HRC。试样回火后，硬度随回火温度的升高而降低，回火马氏体组织更加均匀，硬度最低也有41.3HRC。一般，热处理后应选择组织均匀、硬度匹配良好的回火温度，在本实验中900℃淬火加热保温0.5h水冷，然后在240℃下回火，保温1h空冷，所得到的试样硬度可达41.3HRC，显微组织中回火马氏体分布也较为均匀，大小适中。关键词：锤片、堆焊层、渗碳、热处理、阶梯式性能 目录
第一章 绪论 1
1.1 饲料粉碎机及其锤片 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 锤片的分类 2
1.1.3 锤片的制备方法 4
1.2 锤片粉碎机工作的物理分析 6
1.3、本文研究的目的、内容及意义 9
1.3.1、研究的目的 9
1.3.2 研究的意义 9
1.3.3 研究的内容 10
第二章 试验材料与方法 11
2.1 材料成分 11
2.2 试验设备 11
2.3 实验方法 12
2.3.1 试样
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片粉碎机工作的物理分析 6
1.3、本文研究的目的、内容及意义 9
1.3.1、研究的目的 9
1.3.2 研究的意义 9
1.3.3 研究的内容 10
第二章 试验材料与方法 11
2.1 材料成分 11
2.2 试验设备 11
2.3 实验方法 12
2.3.1 试样的制备 12
2.4 硬度测试 14
2.4.1 数显布氏硬度仪（HB） 14
2.4.2 显微硬度仪（HV） 14
2.4.3 数显洛氏硬度仪（HRC） 15
2.5 微观组织和结构分析 15
2.5.1 显微组织观察 15
2.5.2 相结构测试与分析 15
第三章 锤片组织和性能的梯度分布的分析 16
3.1 成品锤片的制备与试样的切割 16
3.2 锤片前端堆焊层到基体 17
3.2.1显微组织 17
3.2.2 硬度变化 18
3.3 渗碳层到心部 18
3.3.1 显微组织 18
3.3.2 硬度变化 19
3.4 从局部高温回火的销孔部位到低温回火的基体 21
3.4.1 显微组织 21
3.4.2 硬度变化 22
第四章 热处理对Q345钢组织与性能的影响 23
4.1 对原始材料组织与性能的研究 23
4.2 淬火的影响 23
4.2.1 显微组织 23
4.2.2 硬度变化 25
4.3 回火的影响 26
4.3.1 显微组织 26
4.3.2 硬度变化 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
第一章 绪论
1.1 饲料粉碎机及其锤片
1.1.1 概述
锤片式粉碎机由于其结构简单、操作方便的特点，在饲料厂被广泛用于饲料、粮食、食品、医药、化工等行业，而且，锤片式饲料粉碎机在整个饲料生产过程中的产值要占到1/3~2/3，所以它不仅是工厂的主要生产机械，还是主要的耗电机械。因此，粉碎机生产效率的高低对于饲料厂是否可以增效节能起到决定性作用。图11为锤片式饲料粉碎机示意图[1]。
锤式粉碎机的粉碎原理是无支承式的冲击粉碎，它是利用高速旋转的锤片来击碎物料的机械设备。整个粉碎机主要由基座，锤片，筛子，销轴等部分组成，其中，锤片多数为数十片一台套，所以锤片是粉碎物料的核心工件。当锤片式粉碎机加工物料时，物料由喂料斗进入粉碎室后，粉碎机的锤片高速旋转，使物料与锤片和筛子、锤片和齿板间发生急剧的摩擦、撞击与不停地冲撞，进而实现对物料的粉碎[2]。总的来说，粉碎机工作时，依靠锤片的端角连续锤击进料，把各类物料粉碎成细粉状，同时本身受到硬质物料的高速冲击，且产生很大的惯性力。物料中通常含有木屑，肉骨，铜线，海藻，贝壳等高硬度物质，使得锤片的工况条件变得更加恶劣。通过总结发现，粉碎机的锤片的失效形式主要分为三种：在击打和切碎物料颗粒时，由于要承受巨大的冲击，锤片端部很快被大量磨损，锤片端部边缘也就变钝，从而降低了对物料揉撕和撞击作用与效率，以致无法继续有效地粉碎饲料，增大粉碎机能耗，使成品颗粒变粗，粉碎机生产率降低。同时，锤片磨损后，因其端部楔形作用而造成物料在锤片与筛片之间的大量密集，密集料层部分对筛片产生较大摩擦并增加物料对筛片的正压力，从而加速筛片磨损；锤片与轴接触配合的圆孔如果硬度过高，在高速旋转时将对轴产生磨损，轴上出现凹槽，如果硬度较低，原来圆形的锤孔变成椭圆形状，以致锤片和销轴在运行中发生强烈的振动，令粉碎机无法正常地工作；锤体断裂，尤其是那些高速旋转的锤片，一旦断裂有可能导致无法工作且引起整机的振动，甚至引发恶性事故。一般来说，普通锤片的工作寿命在不同情况下均不长，锤片的更换量较大，粉碎机工作效率也低。据统计，一台机每年耗损锤片约 400～600片，目前全国约有锤片饲料粉碎机近万台，锤片每年耗用钢材选数万吨以上，且每次更换锤片都影响到连续生产过程，降低了劳动生产[3]。也就是说，锤片对粉碎机的工作效率影响最大。因此，国内外都对如何提高锤片的耐磨性，增长其工作寿命做了大量的研究、实验，且已有了不少成果。
1.1.2 锤片的分类
国内现有的常见的锤片
锤片的种类很多，形状也很多，材料也较丰富。图12（a）为矩形锤片，这种锤片最被人们广泛使用，因它形状简单，易制造，通用性好，它有两个销轴上，其中一孔串在销轴上，可轮换使用四角来工作。如图12（b）（c）（d）所示的是一种专门在工作边涂焊、堆焊碳化钨或焊上一块特殊的耐磨合金的锤片，通过让耐磨材料与无聊直接接触而延长使用寿命，但制造成本较高。图12（e）（f）（g）所示的锤片通过改变锤片整体形状的方法，例如：将四角作成梯形、棱角和尖角，来提高其对牧草纤维饲料的粉碎效果，但耐磨性差。图12（h）是一种环形锤片，它只有一个销孔，工作中自动变换工作角，因此磨损均匀，使用寿命较长，但结构复杂。图12（i）是复合钢矩形锤片，这种锤片由轧钢厂提供的两表层硬度大中间夹层韧性好的钢板制成，造制简单、成本低。
锤片的材质通常有：45#、A3、65Mn、40Cr、Q345等，一般为中的碳钢。目前国内常见的锤片及其制备方法分别有以下几种：45号钢或65Mn材料淬火加低温回火的锤片，这种锤片由于整体硬度和耐磨性有限，尤其是心部韧性低，寿命最低，也容易引起事故，已基本淘汰；15、20号钢表层渗碳，并淬火+低温回火的锤片，这种锤片尽管比单纯淬火+
第一章 绪论 1
1.1 饲料粉碎机及其锤片 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 锤片的分类 2
1.1.3 锤片的制备方法 4
1.2 锤片粉碎机工作的物理分析 6
1.3、本文研究的目的、内容及意义 9
1.3.1、研究的目的 9
1.3.2 研究的意义 9
1.3.3 研究的内容 10
第二章 试验材料与方法 11
2.1 材料成分 11
2.2 试验设备 11
2.3 实验方法 12
2.3.1 试样
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片粉碎机工作的物理分析 6
1.3、本文研究的目的、内容及意义 9
1.3.1、研究的目的 9
1.3.2 研究的意义 9
1.3.3 研究的内容 10
第二章 试验材料与方法 11
2.1 材料成分 11
2.2 试验设备 11
2.3 实验方法 12
2.3.1 试样的制备 12
2.4 硬度测试 14
2.4.1 数显布氏硬度仪（HB） 14
2.4.2 显微硬度仪（HV） 14
2.4.3 数显洛氏硬度仪（HRC） 15
2.5 微观组织和结构分析 15
2.5.1 显微组织观察 15
2.5.2 相结构测试与分析 15
第三章 锤片组织和性能的梯度分布的分析 16
3.1 成品锤片的制备与试样的切割 16
3.2 锤片前端堆焊层到基体 17
3.2.1显微组织 17
3.2.2 硬度变化 18
3.3 渗碳层到心部 18
3.3.1 显微组织 18
3.3.2 硬度变化 19
3.4 从局部高温回火的销孔部位到低温回火的基体 21
3.4.1 显微组织 21
3.4.2 硬度变化 22
第四章 热处理对Q345钢组织与性能的影响 23
4.1 对原始材料组织与性能的研究 23
4.2 淬火的影响 23
4.2.1 显微组织 23
4.2.2 硬度变化 25
4.3 回火的影响 26
4.3.1 显微组织 26
4.3.2 硬度变化 27
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
第一章 绪论
1.1 饲料粉碎机及其锤片
1.1.1 概述
锤片式粉碎机由于其结构简单、操作方便的特点，在饲料厂被广泛用于饲料、粮食、食品、医药、化工等行业，而且，锤片式饲料粉碎机在整个饲料生产过程中的产值要占到1/3~2/3，所以它不仅是工厂的主要生产机械，还是主要的耗电机械。因此，粉碎机生产效率的高低对于饲料厂是否可以增效节能起到决定性作用。图11为锤片式饲料粉碎机示意图[1]。
锤式粉碎机的粉碎原理是无支承式的冲击粉碎，它是利用高速旋转的锤片来击碎物料的机械设备。整个粉碎机主要由基座，锤片，筛子，销轴等部分组成，其中，锤片多数为数十片一台套，所以锤片是粉碎物料的核心工件。当锤片式粉碎机加工物料时，物料由喂料斗进入粉碎室后，粉碎机的锤片高速旋转，使物料与锤片和筛子、锤片和齿板间发生急剧的摩擦、撞击与不停地冲撞，进而实现对物料的粉碎[2]。总的来说，粉碎机工作时，依靠锤片的端角连续锤击进料，把各类物料粉碎成细粉状，同时本身受到硬质物料的高速冲击，且产生很大的惯性力。物料中通常含有木屑，肉骨，铜线，海藻，贝壳等高硬度物质，使得锤片的工况条件变得更加恶劣。通过总结发现，粉碎机的锤片的失效形式主要分为三种：在击打和切碎物料颗粒时，由于要承受巨大的冲击，锤片端部很快被大量磨损，锤片端部边缘也就变钝，从而降低了对物料揉撕和撞击作用与效率，以致无法继续有效地粉碎饲料，增大粉碎机能耗，使成品颗粒变粗，粉碎机生产率降低。同时，锤片磨损后，因其端部楔形作用而造成物料在锤片与筛片之间的大量密集，密集料层部分对筛片产生较大摩擦并增加物料对筛片的正压力，从而加速筛片磨损；锤片与轴接触配合的圆孔如果硬度过高，在高速旋转时将对轴产生磨损，轴上出现凹槽，如果硬度较低，原来圆形的锤孔变成椭圆形状，以致锤片和销轴在运行中发生强烈的振动，令粉碎机无法正常地工作；锤体断裂，尤其是那些高速旋转的锤片，一旦断裂有可能导致无法工作且引起整机的振动，甚至引发恶性事故。一般来说，普通锤片的工作寿命在不同情况下均不长，锤片的更换量较大，粉碎机工作效率也低。据统计，一台机每年耗损锤片约 400～600片，目前全国约有锤片饲料粉碎机近万台，锤片每年耗用钢材选数万吨以上，且每次更换锤片都影响到连续生产过程，降低了劳动生产[3]。也就是说，锤片对粉碎机的工作效率影响最大。因此，国内外都对如何提高锤片的耐磨性，增长其工作寿命做了大量的研究、实验，且已有了不少成果。
1.1.2 锤片的分类
国内现有的常见的锤片
锤片的种类很多，形状也很多，材料也较丰富。图12（a）为矩形锤片，这种锤片最被人们广泛使用，因它形状简单，易制造，通用性好，它有两个销轴上，其中一孔串在销轴上，可轮换使用四角来工作。如图12（b）（c）（d）所示的是一种专门在工作边涂焊、堆焊碳化钨或焊上一块特殊的耐磨合金的锤片，通过让耐磨材料与无聊直接接触而延长使用寿命，但制造成本较高。图12（e）（f）（g）所示的锤片通过改变锤片整体形状的方法，例如：将四角作成梯形、棱角和尖角，来提高其对牧草纤维饲料的粉碎效果，但耐磨性差。图12（h）是一种环形锤片，它只有一个销孔，工作中自动变换工作角，因此磨损均匀，使用寿命较长，但结构复杂。图12（i）是复合钢矩形锤片，这种锤片由轧钢厂提供的两表层硬度大中间夹层韧性好的钢板制成，造制简单、成本低。
锤片的材质通常有：45#、A3、65Mn、40Cr、Q345等，一般为中的碳钢。目前国内常见的锤片及其制备方法分别有以下几种：45号钢或65Mn材料淬火加低温回火的锤片，这种锤片由于整体硬度和耐磨性有限，尤其是心部韧性低，寿命最低，也容易引起事故，已基本淘汰；15、20号钢表层渗碳，并淬火+低温回火的锤片，这种锤片尽管比单纯淬火+
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