反击式破碎机的锤头是破碎机的主要易损件之一，每年消耗大量金属材料。目前国内的破碎机锤头大部分使用高锰钢材质，但在很多工况下工作时难以形成有效的硬化层、耐磨性不高、使用寿命非常短，不仅影响物料的破碎过程，同时频繁停机更换锤头也增加了维修工作量，影响正常工作。
选择42CrMo作为新型锤头的材质，并确定其热处理工艺及措施，使其具有较好的硬度和韧性，且经济效益较好。以下对42CrMo进行了硬度、磨损性能对比分析和试样金相观察等分析。
1、反击式破碎机工作原理
反击式破碎机利用高速旋转转子上的板锤，对送入破碎腔内的物料高速冲击而破碎，并使已破碎物料沿切线方向高速抛向破碎腔另一端反击板，再次破碎，然后反弹到板锤，继续重复上述过程，在往返途中，物料间还有相互碰击作用。由于物料受到板锤的打击、与反击板的冲击及物料相互之间的碰撞，物料不断产生裂缝、松散而致粉碎；当物料粒度小于反击板与板锤之间的缝隙时，就被卸出。图1为一种典型反击式破碎机的工作原理图。
2、42CrMo钢化学成分
实验材料42CrMo钢的主要化学成分(质量分数，%)为：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。
当碳含量偏于上限时（即含碳量在允许的范围内增加时）．能够令组织中的碳化物较多，热处理后的硬度较高，可达HRC55—60，但韧性显著降低，较之高锰钢，不能承受很大的冲击载荷，所以作为锤头用材，42CrMo的碳含量不宜太高。此外，Mn能够进—步提高钢的淬透性，Si的存在能够强化固溶体、抑制锰碳化合物量，该钢材经过250一320℃回火后，可获得下贝氏体组织，硬度可达HRC53—56，并具有较高的强度和相对良好的韧性，其抗磨能力优于马氏体组织。
3、42CrMo试样的热处理工艺选择
42CrMo的铁素体一奥氏体的临界转变温度为780℃。由42CrMo淬火温度对组织和性能的影响图（图2）可以看出：淬火温度从810℃升到820℃时材料的硬度显著增加，当淬火温度高于820℃后材料硬度提高缓慢，直至温度为850℃时硬度达到最大值，如继续提高温度硬度开始下降。这是因为淬火温度太低，奥氏体化不充分，存在未相变的铁素体，表现为强度、硬度偏低；淬火温度过高，晶粒长大，淬火组织粗大，也表现为强度、硬度偏低。因此，42CrMo钢的最佳淬火温度830—850℃。
本实验中选用850℃的淬火温度。
淬火介质选择水的原因为：水作为淬火介质，清洁、安全、价廉、不需清洗，在可能条件下能够广泛使用。而且作为形状简单、尺寸不大的试样，选择水淬即能够达到所需的冷却温度。
水淬时应注意增加水的搅拌（或流动），促使蒸汽膜稳定性降低，增加高温冷却能力；也可在水中加入食盐( NaCI)、碱(NaOH)等提高水的冷却能力。由于盐、碱溶于水中，淬火时以小晶体析出在工件表面，使蒸汽膜迅速爆裂，加速蒸汽膜的破坏，从而提高了水的特性温度，使沸腾阶段提前。
淬火后对42CrMo进行回火，以获得相对良好的韧性。
本实验最后通过对试样（42CrMo）采取淬火+低温回火的热处理工艺，其热处理工艺参数为：淬火温度，850℃；淬火时间，20 min；淬火介质，水淬；回火温度，200℃；回火时间，20lrun。
4、磨损性能测定
为验证经过淬火+回火热处理工艺的42CrMo是否能够体现较好的耐磨性能，材料的耐磨性是否能够令其担当破碎机锤头这一易磨损部件，以及实验最初的选材、热处理工艺的选择是否正确，分别对经过淬火+回火处理的42CrMo试样及原来的Mn13锤头在M-2000型动载荷磨损试验机上进行摩擦磨损实验分析。
试样尺寸：10 mm×10 mm×18 mm
试样所加载荷：150 N
在该试验条件下，称取磨损30 min前后重量，算出失重，以失重值的倒数作为材料耐磨性指标，其数值越大，表示其耐磨性越好。实验数据如表1、表2所示。
实验结果对比可以发现，42CrMo磨损量比Mn13锤头试样小得多，且42CrMo试样在耐磨性能的均匀性方面也远远好于Mn13锤头试样。
5、试样硬度和金相组织观察
(1)试样硬度对比如表3、表4所示。
42CrMo热处理后的硬度比M13高很多，有利于耐磨性的提高。
Mn13锤头表面金相组织为奥氏体基体+少量马氏体+碳化物+滑移线+裂纹；Mn13锤头心部金相组织为奥氏体基体+碳化物+裂纹；42CrMo经过淬火+回火之后，由原来的粗大晶粒变成均匀分布的颗粒细小的针状马氏体+少量板条马氏体，所以在性能上表现出硬度高、硬度分布均匀的特点，且其细小晶粒形态也使得该试样具备较好的韧性。
6、42CrMo作锤头材料性能提高原因分析
对合金钢锤头做装机实验，可以发现：42CrMo的新型锤头无论是在摩擦磨损实验中还是在实际装机试验中，相对于高锰钢锤头，都表现出了很好的耐磨性能和力学性能，使得该锤头（与试样）能够在工作中表现稳定、合格，使用寿命较长。
42CrMo新型锤头经过了淬火+回火的处理之后，其显微组织为均匀分布的回火马氏体+贝氏体组织，该组织赋予了该类材质的锤头较高的硬度和韧性。材料硬度高，物料压入材料表面的深度就浅，切削产生的磨屑体积就小，耐磨性能好；韧性高，则说明材料可吸收的能量大，裂纹不易形成和扩展，同样表现出良好的耐磨性能。
相对于42CrMo的锤头，高锰钢锤头则在装机试验和摩擦磨损实验中表现出比较大的差异。首先是在耐磨性上表现较差，这是因为高锰钢如果没有形成足够的硬化层．其优良的力学性能和耐磨性能无从发挥，从对高锰钢锤头的装机测试可以看出，高锰钢的耐磨性在很大程度上受制于具体工作状况，在许多工作条件中较难形成有效的硬化层。其次，也正是由于高锰钢锤头的耐磨性能受制于工况条件，所以该锤头在工作中的表现很不稳定。受到较大应力时，形成足够的硬化层，则磨损量小，耐磨性好；反之，则磨损量大，因为如果没有形成足够的加工硬化层，再加上组织中没有由应力诱发产生足够的马氏体，大部分组织为奥氏体，其硬度远远达不到对锤头硬度的要求，很容易磨损，耐磨性偏低。这一点，42CrMo则不然，由于其组织为稳定的力学性能较好的回火马氏体，在摩擦磨损过程中没有发生相变，所以不仅其耐磨性远远超过传统的高锰钢锤头，且表现出来的性能一直很稳定。
7、结论
42CrMo试样在经过淬火+回火的热处理之后，通过对其耐磨性能、硬度、金相组织的分析可知：试样在硬度方面大大超过了原高锰钢锤头，且在摩擦磨损实验中，其表现出来的耐磨性极大的超越了原高锰钢锤头。
根据不同的工况条件选用不同材质的破碎机锤头，特别是在高锰钢锤头耗损量较大，高锰钢表面得不到足够应变加工硬化层的情况下，选用42CrMo作为破碎机锤头，将得到更高的综合经济效益。
选择42CrMo作为新型锤头的材质，并确定其热处理工艺及措施，使其具有较好的硬度和韧性，且经济效益较好。以下对42CrMo进行了硬度、磨损性能对比分析和试样金相观察等分析。
1、反击式破碎机工作原理
反击式破碎机利用高速旋转转子上的板锤，对送入破碎腔内的物料高速冲击而破碎，并使已破碎物料沿切线方向高速抛向破碎腔另一端反击板，再次破碎，然后反弹到板锤，继续重复上述过程，在往返途中，物料间还有相互碰击作用。由于物料受到板锤的打击、与反击板的冲击及物料相互之间的碰撞，物料不断产生裂缝、松散而致粉碎；当物料粒度小于反击板与板锤之间的缝隙时，就被卸出。图1为一种典型反击式破碎机的工作原理图。
2、42CrMo钢化学成分
实验材料42CrMo钢的主要化学成分(质量分数，%)为：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。
当碳含量偏于上限时（即含碳量在允许的范围内增加时）．能够令组织中的碳化物较多，热处理后的硬度较高，可达HRC55—60，但韧性显著降低，较之高锰钢，不能承受很大的冲击载荷，所以作为锤头用材，42CrMo的碳含量不宜太高。此外，Mn能够进—步提高钢的淬透性，Si的存在能够强化固溶体、抑制锰碳化合物量，该钢材经过250一320℃回火后，可获得下贝氏体组织，硬度可达HRC53—56，并具有较高的强度和相对良好的韧性，其抗磨能力优于马氏体组织。
3、42CrMo试样的热处理工艺选择
42CrMo的铁素体一奥氏体的临界转变温度为780℃。由42CrMo淬火温度对组织和性能的影响图（图2）可以看出：淬火温度从810℃升到820℃时材料的硬度显著增加，当淬火温度高于820℃后材料硬度提高缓慢，直至温度为850℃时硬度达到最大值，如继续提高温度硬度开始下降。这是因为淬火温度太低，奥氏体化不充分，存在未相变的铁素体，表现为强度、硬度偏低；淬火温度过高，晶粒长大，淬火组织粗大，也表现为强度、硬度偏低。因此，42CrMo钢的最佳淬火温度830—850℃。
本实验中选用850℃的淬火温度。
淬火介质选择水的原因为：水作为淬火介质，清洁、安全、价廉、不需清洗，在可能条件下能够广泛使用。而且作为形状简单、尺寸不大的试样，选择水淬即能够达到所需的冷却温度。
水淬时应注意增加水的搅拌（或流动），促使蒸汽膜稳定性降低，增加高温冷却能力；也可在水中加入食盐( NaCI)、碱(NaOH)等提高水的冷却能力。由于盐、碱溶于水中，淬火时以小晶体析出在工件表面，使蒸汽膜迅速爆裂，加速蒸汽膜的破坏，从而提高了水的特性温度，使沸腾阶段提前。
淬火后对42CrMo进行回火，以获得相对良好的韧性。
本实验最后通过对试样（42CrMo）采取淬火+低温回火的热处理工艺，其热处理工艺参数为：淬火温度，850℃；淬火时间，20 min；淬火介质，水淬；回火温度，200℃；回火时间，20lrun。
4、磨损性能测定
为验证经过淬火+回火热处理工艺的42CrMo是否能够体现较好的耐磨性能，材料的耐磨性是否能够令其担当破碎机锤头这一易磨损部件，以及实验最初的选材、热处理工艺的选择是否正确，分别对经过淬火+回火处理的42CrMo试样及原来的Mn13锤头在M-2000型动载荷磨损试验机上进行摩擦磨损实验分析。
试样尺寸：10 mm×10 mm×18 mm
试样所加载荷：150 N
在该试验条件下，称取磨损30 min前后重量，算出失重，以失重值的倒数作为材料耐磨性指标，其数值越大，表示其耐磨性越好。实验数据如表1、表2所示。
实验结果对比可以发现，42CrMo磨损量比Mn13锤头试样小得多，且42CrMo试样在耐磨性能的均匀性方面也远远好于Mn13锤头试样。
5、试样硬度和金相组织观察
(1)试样硬度对比如表3、表4所示。
42CrMo热处理后的硬度比M13高很多，有利于耐磨性的提高。
Mn13锤头表面金相组织为奥氏体基体+少量马氏体+碳化物+滑移线+裂纹；Mn13锤头心部金相组织为奥氏体基体+碳化物+裂纹；42CrMo经过淬火+回火之后，由原来的粗大晶粒变成均匀分布的颗粒细小的针状马氏体+少量板条马氏体，所以在性能上表现出硬度高、硬度分布均匀的特点，且其细小晶粒形态也使得该试样具备较好的韧性。
6、42CrMo作锤头材料性能提高原因分析
对合金钢锤头做装机实验，可以发现：42CrMo的新型锤头无论是在摩擦磨损实验中还是在实际装机试验中，相对于高锰钢锤头，都表现出了很好的耐磨性能和力学性能，使得该锤头（与试样）能够在工作中表现稳定、合格，使用寿命较长。
42CrMo新型锤头经过了淬火+回火的处理之后，其显微组织为均匀分布的回火马氏体+贝氏体组织，该组织赋予了该类材质的锤头较高的硬度和韧性。材料硬度高，物料压入材料表面的深度就浅，切削产生的磨屑体积就小，耐磨性能好；韧性高，则说明材料可吸收的能量大，裂纹不易形成和扩展，同样表现出良好的耐磨性能。
相对于42CrMo的锤头，高锰钢锤头则在装机试验和摩擦磨损实验中表现出比较大的差异。首先是在耐磨性上表现较差，这是因为高锰钢如果没有形成足够的硬化层．其优良的力学性能和耐磨性能无从发挥，从对高锰钢锤头的装机测试可以看出，高锰钢的耐磨性在很大程度上受制于具体工作状况，在许多工作条件中较难形成有效的硬化层。其次，也正是由于高锰钢锤头的耐磨性能受制于工况条件，所以该锤头在工作中的表现很不稳定。受到较大应力时，形成足够的硬化层，则磨损量小，耐磨性好；反之，则磨损量大，因为如果没有形成足够的加工硬化层，再加上组织中没有由应力诱发产生足够的马氏体，大部分组织为奥氏体，其硬度远远达不到对锤头硬度的要求，很容易磨损，耐磨性偏低。这一点，42CrMo则不然，由于其组织为稳定的力学性能较好的回火马氏体，在摩擦磨损过程中没有发生相变，所以不仅其耐磨性远远超过传统的高锰钢锤头，且表现出来的性能一直很稳定。
7、结论
42CrMo试样在经过淬火+回火的热处理之后，通过对其耐磨性能、硬度、金相组织的分析可知：试样在硬度方面大大超过了原高锰钢锤头，且在摩擦磨损实验中，其表现出来的耐磨性极大的超越了原高锰钢锤头。
根据不同的工况条件选用不同材质的破碎机锤头，特别是在高锰钢锤头耗损量较大，高锰钢表面得不到足够应变加工硬化层的情况下，选用42CrMo作为破碎机锤头，将得到更高的综合经济效益。
