l、开发研究
1.1高锰钢板锤和锤头的缺点
高锰钢板锤和锤头的铸态组织奥氏体和碳化物，经过水韧处理后为单一的奥氏体组织，具有较高的韧性，在强烈的冲击下，表面能够产生加工硬化层，从而使其具有较好的耐磨性，但因石灰石硬度较低，在中低冲击应力下，高锰钢板锤和锤头表面不能形成足够的加工硬化层，因此其工作表面硬度不够高，磨损较快。另外，高锰钢在300℃以下时，其内部组织的晶界周围会产生碳化物的重新析出，使比较完整致密的基体裂开。这样，硬度低于碳化物的基体先被磨损，从而使碳化物凸现出来；而凸现出来的碳化物被击碎或脱落，又失去了对基体的保护作用，使基体进一步磨损。如此循环往复，致使高锰钢板锤和锤头被很快磨损，使用寿命短。
1.2改性高锰钢板锤和锤头材质元素的选择
高锰钢的耐磨性主要取决于其工作表面的加工硬化能力，据此，我们在设计改性高锰钢板锤和锤头的化学成分时，加入了铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(v)和稀土元素，以降低奥氏体的稳定性，使其基体上形成大量微小的第二相质点，阻止位错运动，从而强化基体，并且在奥氏体上弥散析出球状碳化物，净化晶界，改善夹杂物的形态和分布，实现综合强化，从而使改性高锰钢板锤和锤头具有高韧性、强度和良好的抗磨损性能。
(1)碳(C)含量：碳是影响钢各种性能的主导元素，在一定范围内，C量增加，钢的硬度、破坏强度、屈服强度和耐磨性能都增加，但当w(C＞1.4%时，钢的韧性就会降低，并出现粗大的沿晶界分布的碳化物，给消除碳化物的固溶处理带来困难，因此应控制碳含量在w(C)=1.1%~1.2%。
(2)锰(Mn)含量：锰是一个最为强烈的晶界碳化物形成元素，由其形成稳定的奥氏体（含量低时不能满足奥氏体的生成条件）；它又是个过热敏感元素，随着锰含量的增加，钢的强度、耐磨性也增加，但当w(Mn)＞14%时，钢的各种性能就不再提高，且生成锰的碳化物，易产生粗大的柱状晶，给热处理带来困难，并会加大铸造收缩，降低钢的导热性能，从而易导致各种铸造缺陷。所以，宜控制锰含量在w(Mn)=11.5%～l2.5%。
(3)硅(Si)含量。硅有显著的固溶强化作用，增加钢的致密性，提高耐磨性。当<0.3%时，钢中氧化锰(Mn0)含量增加，将促进热裂，不能保证脱氧；过高时，会降低C在，y-Fe中的溶解度，促进碳化物沿晶界析出，使韧性降低。故硅含量通常控制在m(Si)=0.3%。0.7%。
(4)其它元素。铬(Cr)能显著地提高钢的淬透性，固溶强化基体，促进铁素体的形成，降低奥氏体的稳定性，提高加工硬化能力，铬含量一般应控制在w(Cr)=1.8%，2.2%；钼(Mo)能够溶人奥氏体，可大幅度提高钢的淬透性、回火稳定性以及细化晶粒，还有控制回火脆性、改善冲击韧性的作用，钼宜控制在w(Mo)=0.25%一0.40%；钛(Ti)、钒(v)和稀土主要用作变质剂，可净化晶界、细化晶粒，在奥氏体基体上弥散析出球状碳化物，以实现综合强度，其含量甚微；锰铁中含有较高的磷(P)，是对钢最有害的元素，它与铁锰形成低熔点的磷酸盐，含量过高时，会形成磷共晶，使铸件开裂，对冲击韧性和耐磨性均不利，其含量应控制在co(P)<0.07%。
2、改性高锰钢板锤及锤头的制造工艺
(1)熔炼。在500 kg碱性炉衬中频感应炉中，采用不氧化法熔炼，先根据炉料、铁合金的化学成分和吸收率进行钢的配料计算，然后热炉装料以防止带入气体，锰铁随料加入，溶化期间用最大功率送电，当钢溶化90%时测量钢液温度，避免钢液温度过高，当钢液温度达到l 500℃时，取样做炉前化学分析，然后根据分析结果，加入铁合金调整所需要的各种金属元素，在钢液温度达到l 550℃时出钢，采取插入法在钢包中冲铝终脱氧，加铝后用强制置入法迅速向钢液中加入调质剂，待钢液表面将要结膜时迅速浇注。
(2)铸造。铸造是影响铸件质量的一个重要环节，要严格执行铸造工艺、浇注工艺和清理工艺。我们采取定向凝固工艺浇注，浇注温度控制在1 460℃～1480℃。因浇注温度低，要注意浇冒口系统通畅，使钢液能平稳而畅通地快速充型和有效补缩，防止产生冷裂，改善铸造一次结晶组织，消除柱状晶，创造形成等轴晶的热力学条件，减少晶间缺陷和偏析，提高钢的致密度，保证铸件具有良好的机械性能。
(3)热处理。铸态的板锤和锤头比较脆，因此不能铸态使用，必须经过固溶处理（水韧处理）。板锤和锤头的入炉温度控制在400℃以下，然后，随着温度的升高，分阶段进行梯形保温，待炉温达到1 050℃时保温20h~24 h，完成碳化物的分解，碳、锰等元素溶入奥氏体，并使奥氏体均匀化。待炉温达到l100℃时打开炉门，把工件迅速入水池淬火。淬火采用大容积水池，流动水处理，即在水池下方用高压水泵使冷水自下而上喷出，在水池上方让热水溢出。水池内的水温严格控制在20℃～40℃之间。淬火完成后，取出工件空气中自然冷却。
3、使用效果
改性高锰钢板锤和锤头在经过变质处理后，细化了晶粒，使其耐磨性提高，且有较好的韧性，有效地防止了在强烈冲击情况下的断裂和掉块问题，其表面加工硬化能力也得到提高。PF - 107反击式破碎机为例，在使用改性高锰钢板锤以后，再未发生断裂和掉块问题。基本上消除了犁沟和流变现象，一副板锤可破碎石灰石20万t，使用寿命达1年以上。改性高锰钢板锤使用后的工作表面硬度达HB500以上，其加工硬化能力比普通高锰钢高，其耐磨性是普通高锰钢的2倍以上。所以，改性高锰钢板锤和锤头能有效地提高破碎机的安全运行周期，降低工人的劳动强度，提高经济效益。
