双金属复合内套和双金属复合外套及其制造方法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体地说，尤其涉及一种双金属复合内套和双金属复合外套及其制造方法。
背景技术
破碎锤是应用广泛的一种工程机械，破碎锤主要由缸体、钎杆、活塞等组成，缸体的中部和底部分别固定安装有内套和外套(内套和外套也可称为前衬套和后衬套)，内套和外套中安装钎杆，钎杆在工作时相对内套和外套上下移动进而相互产生磨损。
内套和外套在破碎锤中属于易损件，其内表面的磨损量超过8mm就应当更换，目前内套和外套的耐磨性差，更换非常麻烦和困难，特别是内套，内套安装在缸体内的内套安装孔中并紧密贴合且靠在内套安装孔中的内套定位圆环凸台上，无法通过液压拉拔装置直接将它拉出。目前在更换内套时，通常采用焊枪气割的方式，即首先将缸体从破碎锤中拆离，然后用焊枪把内套切割为几块后取出，更换时附属的一些部件也要一起更换(如螺栓、销轴等)，更换费用较高。当前一些生产厂家为追求内套和外套较高的耐磨性，一味提高内套和外套的硬度，但在提高硬度的同时导致了内套和外套脆性增加，使内套和外套的破碎故障率大幅提高。当前内套和外套的毛坯多是采用锻打或管料的方式生产，其材料一般是市场上通用的40Cr和20CrNiMu等，工艺采用机加和热处理，表面硬度能达到HRC58-62，硬度较高，切割时比较困难，而且塑性较小脆性较大，正常使用下寿命一般在1500小时左右，寿命较短，给破碎锤的使用造成了很大困扰。
发明内容
本发明目的是提供一种双金属复合内套和双金属复合外套及其制造方法，以克服现有技术中内套和外套耐磨性差、寿命短的缺陷。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种双金属复合内套，包括内套本体，所述内套本体包括内套外层和内套内层，所述内套内层通过金属熔接的方式与内套外层形成一体。
进一步地，所述内套内层的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.3-0.45％、Cr：12-18.5％、Mn：0.3-0.7％、V：0.18-0.26％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.6-1.5％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.2％、N：≤0.4％、Ni：0.5-1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质
进一步地，所述内套外层的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.2-0.3％、Cr：5-7.5％、Mn：0.3-0.6％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.3-0.7％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.1％、N：≤0.4％、Ni：≤0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述内套内层的厚度是2mm-4mm。
一种双金属复合外套，包括外套本体，所述外套本体包括外套外层和外套内层，所述外套内层通过金属熔接的方式与外套外层形成一体。
进一步地，所述外套内层的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.3-0.45％、Cr：12-18.5％、Mn：0.3-0.7％、V：0.18-0.26％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.6-1.5％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.2％、N：≤0.4％、Ni：0.5-1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质
进一步地，所述外套外层的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.2-0.3％、Cr：5-7.5％、Mn：0.3-0.6％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.3-0.7％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.1％、N：≤0.4％、Ni：≤0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述外套内层的厚度是6mm-12mm。
一种双金属复合套的制造方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：外层金属液的熔炼，首先将废钢、高铬钢加入到中频感应炉中加热熔炼，然后将锰铁加入到钢水包中；内层金属液的熔炼，首先将废钢、高铬钢加入到中频感应炉中加热熔炼，然后将锰铁、硼铁、钛铁、铜、镍板加入到钢水包中；最后将熔炼好的外层金属液和内层金属液分别转移到浇包中；
(2)离心浇铸：离心铸造机选用卧式离心机，首先将离心铸造机进行预热，然后进行外层金属液的浇铸，将熔炼好的外层金属液注入离心铸造机铸型中，最后进行内层金属液的浇铸，当外层金属液注入离心铸造机且离心铸造机中的外层金属液的温度降至1000℃-1100℃时，将内层金属液注入离心铸造机；
(3)脱模保温：将步骤(2)中得到的毛坯进行脱模，脱模后将毛坯放入珍珠岩中进行保温处理，保温时间是12-14个小时；
(4)第一次热处理：将保温好的铸件放入退火炉中进行退火，退火炉温度是860℃-890℃，最后进行随炉冷却；
(5)机加工：根据产品尺寸将铸件进行机加工；
(6)第二次热处理：将加工好的毛坯首先进行淬火，淬火温度是1020℃-1060℃，随后进行回火，回火温度是240℃-300℃。
进一步地，所述步骤(1)中浇包应在倒入金属液前后分别进行称重，以确定浇包中金属液的重量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述双金属复合内套或双金属复合外套，由于采用离心铸造的方法分别浇铸内套本体和外套本体，使内套外层和内套内层、外套内层和外套外层分别通过金属熔接的方式形成一体，而且内套内层(外套内层)和内套外层(外套外层)的材质不相同，内套内层(外套内层)相比内套外层(外套外层)硬度和耐磨性得到提高，目前市场中内套和外套多是采用锻打或管料的方式生产，其材料一般是市场上通用的40Cr和20CrNiMu，表面硬度可以达到HRC58-62，抗拉强度在980Mp左右，硬度较高，切割难度大，而且塑性较小脆性较大，正常使用下寿命在1500小时左右，本发明所述内套内层(外套内层)的表面硬度是HRC52-58，内套内层(外套内层)相较40Cr和20CrNiMu材质的内层在表面硬度没有提升的同时，其耐磨性提高了3倍多，抗拉强度达到1820Mp，有较大的提升，进而有效解决了之前产品因脆性较大造成破碎故障率较高的问题，使内套和外套的寿命提高2-3倍，而且由于破碎锤减少了更换内套和外套的次数，使破碎锤的整体寿命也相应提高了1-2倍，并节省大量更换费用。
本发明所述内套外层(外套外层)的表面硬度是HRC42-48，与之前产品相比表面硬度降低，但是同时其塑性和耐磨性得到很大提升，使内套和外套在安装和拆卸时更容易，使用寿命更长；破碎锤的内套和外套在组装时一般用冷装法安装，即首先将内套和外套放置到液氮或者液氧中快速冷却，冷却15-25分钟左右，内套或外套因为热胀冷缩的原理外径缩小并与缸体的配合间隙增大，然后将内套或外套安装到缸体内，最后冷却时效过后，内套或外套与缸体的配合间隙就变为紧配合，由于本发明所述内套外层(外套外层)与之前产品相比塑性增大，在采用冷装法安装时，所述内套外层(外套外层)的变形量与之前产品相比更大，降低了安装难度；在拆卸内套时一般采用焊枪气割法，在切割时，内套或外套的表面硬度直接关系到切割的难易，之前的内套和外套整体均为一种材料，硬度大，切割难度大，很容易切割到缸体，而本发明为双层结构，所述内套内层的厚度是2mm-4mm，外套内层的厚度是6mm-12mm，内套和外套在实际的使用过程中，当内套或外套内侧磨损量超过4mm左右时就需要更换，即本发明在实际使用过程中，当内套和外套需要更换时，所述内套内层(外套内层)的磨损量接近或已经超过其厚度，更换时由于内套外层(外套外层)的表面硬度较低，使切割难度大大降低而且大幅度降低了之前切割内套时切割到缸体的概率。
附图说明
图1是本发明所述内套本体的结构示意图；
图2是本发明所述外套本体的结构示意图。
图中：1、内套外层；2、内套内层；3、外套外层；4、外套内层；5、限位环槽；6、限位凹槽；7、挡块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种双金属复合内套，包括内套本体，其特征在于：所述内套本体包括内套外层1和内套内层2，所述内套内层2通过金属熔接的方式与内套外层1形成一体。
实施例2：
一种双金属复合内套，所述内套内层2的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.3-0.45％、Cr：12-18.5％、Mn：0.3-0.7％、V：0.18-0.26％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.6-1.5％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.2％、N：≤0.4％、Ni：0.5-1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述内套外层1的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.2-0.3％、Cr：5-7.5％、Mn：0.3-0.6％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.3-0.7％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.1％、N：≤0.4％、Ni：≤0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质；其它结构与实施例1相同。
实施例3：
一种双金属复合套，所述内套内层2的厚度是2mm-4mm；其它结构与实施例1相同。
实施例4：一种双金属复合外套，包括外套本体，所述外套本体包括外套外层3和外套内层4，所述外套内层4通过金属熔接的方式与外套外层3形成一体。
实施例5：一种双金属复合外套，所述外套内层4的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.3-0.45％、Cr：12-18.5％、Mn：0.3-0.7％、V：0.18-0.26％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.6-1.5％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.2％、N：≤0.4％、Ni：0.5-1.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述外套外层3的材料按重量百分比计，其成分为：C:0.2-0.3％、Cr：5-7.5％、Mn：0.3-0.6％、Si：0.2-0.9％、Mo：0.3-0.7％、S:≤0.03％、P：≤0.04％、Nb:0.06-0.1％、N：≤0.4％、Ni：≤0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质；其它结构与实施例4相同。
实施例6：所述外套内层4的厚度是6mm-12mm。
本发明所述内套本体和外套本体，由于采用离心铸造的方法分别浇铸内套本体和外套本体，使内套外层1和内套内层2、外套内层3和外套外层4分别通过金属熔接的方式形成一体，而且内套内层1(外套内层3)和内套外层2(外套外层4)的材质不相同，内套内层1(外套内层3)相比内套外层2(外套外层4)硬度和耐磨性得到提高，目前市场中内套和外套多是采用锻打或管料的方式生产，其材料一般是市场上通用的40Cr和20CrNiMu，表面硬度可以达到HRC58-62，抗拉强度在980Mp，硬度较高，切割难度大，而且塑性较小脆性较大，正常使用下寿命在1500小时左右，本发明所述内套内层1(外套内层3)的表面硬度是HRC52-58，内套内层1(外套内层3)相较40Cr和20CrNiMu材质的内层在表面硬度没有提升的同时，其耐磨性提高了3倍多，抗拉强度达到1820Mp，也有较大的提升，内层也有效解决了之前产品因脆性较大造成破碎故障率较高的问题，使内套和外套的寿命提高2-3倍，而且由于破碎锤减少了更换内套和外套的次数，使破碎锤的整体寿命也相应提高了1-2倍，并节省大量更换费用。
本发明所述内套外层1(外套外层3)与之前产品相比表面硬度降低，但同时其塑性和耐磨性均得到很大提升，使内套和外套在安装和拆卸时更容易，使用寿命更长；破碎锤内套和外套在组装时一般用冷装法安装，即首先将内套和外套放置到液氮或者液氧中快速冷却，冷却15-25分钟左右，内套或外套因为热胀冷缩的原理外径缩小并与缸体的配合间隙增大，然后将内套或外套安装到缸体内，最后冷却时效过后，内套或外套与缸体的配合间隙就变为紧配合，由于本发明所述内套外层1(外套外层3)与之前产品相比塑性增大，在采用冷装法安装时，所述内套外层1(外套外层3)的变形量与之前产品相比更大，降低了安装难度；在拆卸内套时一般采用焊枪气割法，在切割时，内套的表面硬度直接关系到切割的难易，之前的内套和外套整体均为一种材料，硬度大，切割难度大，本发明为双层结构，所述内套内层2的厚度是2mm-4mm，外套内层4的厚度是6mm-12mm，内套和外套在实际的使用过程中，当内套或外套内侧磨损量超过4mm左右时就需要更换，即本发明在实际使用过程中，当内套和外套需要更换时所述内套内层2或外套内层4的磨损量接近或已经超过其厚度，更换时由于内套外层1(外套外层3)的表面硬度较低，使切割难度大大降低而且大幅度降低了之前切割内套时切割到缸体的概率。
本发明所述金属熔接是通过离心铸造方式将外层金属液和内层金属液依次间隔进行浇铸。
所述内套本体的外圆周面上开设限位环槽5，所述外套本体的外圆周面上开设限位凹槽6，外套本体一端安装挡块7。
表1是内套内层2(外套内层4)的材料、内套外层1(外套外层3)的材料、材质为40Cr的材料，材质为20CrNiMu的材料在实验状态下的力学性能。
表1：
现有市场和主机厂家均采用40Cr或20CrNiMu的材料，本实验采用这两种材料与本发明所述内套内层2和内套外层1的材料作对比，实验过程主要包括以下步骤：首先将40Cr、20CrNiMu、内套内层2和内套外层1材质的试块分别放于箱式电炉中进行热处理，试样取于试块，试样尺寸按GB/T2975《钢及钢产品力学性能实验取样位置及试样制备》切取；抗拉强度的试样加工成板状试样，采用ZUAG-1250KV电子拉伸试验机，四种材料分别制备3件抗拉强度试样，每种试验材料的抗拉强度取3件试样的平均值；冲击试样采用10mmx10mmx5mm的标准U型缺口冲击试样，试验机型号为JB-300B，四种材料分别制备3件冲击试样，冲击韧度取3件冲击式样的平均值；用电动洛氏HRD-150硬度计测试材料硬度，硬度值取7点的平均值；在滑动磨损试验机上进行试验，在干滑动磨损6小时后测定的磨损量。
从表1的实验数据中可以看出，内套内层2的材料较材质为40Cr和20CrNiMu的材料相比，在满足韧性和强度的要求下，耐磨性提高3倍多，使耐磨性得到很大改善，同时抗拉强度几乎是之前的2倍，有效提高了其塑性，增加了使用寿命；内套外层1的材料较材质为40Cr和20CrNiMu的材料相比，硬度有明显的降低，降低了外层的切割难度，使内套和外套在安装和拆卸时更容易，抗拉强度和冲击韧度均得到提升，有效地增强了使用寿命。
实施例4：
一种双金属复合套的制造方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：外层金属液的熔炼，首先将废钢、高铬钢加入到中频感应炉中加热熔炼，然后将锰铁加入到钢水包中；内层金属液的熔炼，首先将废钢、高铬钢加入到中频感应炉中加热熔炼，然后将锰铁、硼铁、钛铁、铜、镍板加入到钢水包中；最后将熔炼好的外层金属液和内层金属液分别转移到浇包中；
(2)离心浇铸：离心铸造机选用卧式离心机，首先将离心铸造机进行预热，然后进行外层金属液的浇铸，将熔炼好的外层金属液注入离心铸造机铸型中，最后进行内层金属液的浇铸，当外层金属液注入离心铸造机且离心铸造机中的外层金属液的温度降至1000℃-1100℃时，将内层金属液注入离心铸造机；
(3)脱模保温：将步骤(2)中得到的毛坯进行脱模，脱模后将毛坯放入珍珠岩中进行保温处理，保温时间是12-14个小时；
(4)第一次热处理：将保温好的铸件放入退火炉中进行退火，退火炉温度是860℃-890℃，最后进行随炉冷却；
(5)机加工：根据产品尺寸将铸件进行机加工；
(6)第二次热处理：将加工好的毛坯首先进行淬火，淬火温度是1020℃-1060℃，随后进行回火，回火温度是240℃-300℃。
所述步骤(1)中浇包应在倒入金属液前后分别进行称重，以确定浇包中金属液的重量。
本发明需要在两个浇包倒入金属液前后分别进行称重，已确定浇包中外层金属液和内层金属液的重量。
