某公司為總公司燒結廠制作的
破碎機輥子，使用壽命短，不耐磨，使用3個月左右的時間就出現質量問題，夾砂、裂紋、縮孔等鑄造缺陷較多，嚴重制約了燒結廠的正常生產，為了改變這一被動局面，我們確定開發研制長壽命耐磨破碎機輥子。
1、輥子的使用條件及結構特點
破碎機的主要工作結構是兩對輥子相向旋轉時，物料進入兩輥間，受到高擠壓力和摩擦力而得以破碎。破碎機輥子作為影響破碎機使用狀況的一個主要構件，必須有良好的耐磨性和較強的韌性，以保證破碎機輥子服役過程中不斷裂和有較長的使用壽命；輥子結構特點，最大直徑為4900 mm，總高度為700mm。
為得到所需的組織結構以滿足破碎機輥子的使用要求，并盡量降低生產成本，確定輥子材質選用高碳低合金鋼。在成分設計中，主要考慮了以下若干方面：碳是影響鑄鋼強度、硬度、韌塑性及淬透性的主要元素。碳含量過低，破碎輥的強度和硬度低。為得到具有一定硬度的珠光體和適量的碳化物，碳含量不能低。但若碳含量過高，則易形成網狀、粗大碳化物，會降低破碎輥的韌性。為此，選擇碳含量為0.8%～0.9%。鉻是主要合金元素，在改變組織和性能時的作用較強，且價格相對較低：鉻還可以固溶強化基體，同時又是較強的碳化物形成元素，與碳結合形成高硬度的顆粒狀碳化物，有利于提高鋼的硬度。選擇鉻含量為1.0%～1.5%。鉬能顯著提高鋼的淬透性，同時起固溶強化基體的作用，與鉻、錳等易導致回火脆性的元素配合使用，能降低或抑制回火脆性。釩是強碳化物形成元素，有較強的固溶強化和細化晶粒的作用，能提高鋼的回火穩定性。鉬、釩是貴重元素，對鋼的成本影響很大。選擇鉬含量為0.2%～0.5%．釩<0.5%。稀土元素是很好的脫硫、除氣劑，能除去鋼中的有害雜質，凈化鋼液，改善夾雜物的形態，細化晶粒，提高鋼的韌塑性，并能改善鋼的鑄造性能。
2、鑄造生產工藝
2.1模型、芯盒選擇
由于破碎機輥子是我公司為總公司燒結廠長期供應的冶金備件，為了保證鑄件質量，提高砂型緊實度，防止鑄件脹箱、縮孔，確定模型、芯盒采用實樣木模造型。模型結構如圖2。為了方便制芯，將中間芯子分成兩部分，為防止偏芯，在下部芯子上設有芯座，芯座高度80 mm．底部芯頭高度設計為100 mm。
2.2型砂選擇
合理選用型砂，兼顧表面粗糙度與解決清砂難問題即與鋼液接觸的內表面由于受鋼液的熱作用時間較長，在芯子表面采用耐高溫的鉻鐵礦砂，這種砂具有很高的耐火度，防止鑄件粘砂，保證鑄件光潔，但這種砂價格較高，為了節約成本，只可采用薄薄的一層，厚度約10 mm-15 mm．芯子內層采用高溫下能自動分解，易潰散的低價人工粉碎的石灰石砂，以利于清砂；砂型型腔采用石英砂，刷鋯英粉涂料二次。
2.3澆冒口工藝
設置合理的澆胃口系統，需要精確計算出鑄件的熱節．在熱節處放置適當的冒口，在冒口下增設補貼，保證冒口形成順序凝固，獲得致密鑄件。根據計算和經驗，制定初始工藝方案，并采用華鑄CAE鑄造仿真模擬軟件，按初始工藝對輥子進行仿真凝同模擬、分析和論證，掌握溫度場和流動場的變化規律，以此調整冒口和澆口的大小和數量，優化鑄造工藝，保證鑄件的順序凝固和金屬液的有效補縮．保證獲得無縮孔、無縮松、組織致密的輥子鑄件。澆胃口工藝如圖3，鑄造仿真凝固模擬鑄造件無縮孔見圖4。采用腰形13號保溫暗胃口4個，高度500 mm，澆注系統采用底注快澆的方式。直澆口、橫澆口采用耐火磚專用澆口，直徑∮80 mm各一道，內澆口采用∮60 mm耐火磚專用澆口四道。
2.4熔煉
鋼液的純凈度及澆注溫度直接影響輥子鑄件的質量。S、P等有害元素含量越高，裂紋傾向性越大，鋼中夾雜物與偏析越嚴重，越易造成應力集中。澆注溫度越高，凝固收縮越大，熱裂紋、縮孔、縮松、粘砂的產生機率也越大。加強工序質量控制，采用變質處理及鋼包底吹氬技術嚴格控制鋼液質量，減少鋼液中氣體及有害元素含量，控制澆注溫度和澆注速度，增加鋼液的補縮能力，保證鑄件組織致密。冶煉時成分按中線控制，爐前脫氧，在包內采用稀土硅進行孕育變質處理，出鋼溫度控制在l 600℃~1 620℃。
2.5合箱澆注
合箱前做到五檢查：出氣孔是否暢通（冒口、芯頭、芯座）；尺寸形狀是否符合圖紙；澆冒口系統內和型腔內是否干凈；芯頭、芯座間隙是否填嚴，防止鋼液鉆人或跑火；合箱卡子緊好后，分型面是否合嚴，以防跑火。
放箱的地面要平整，劃出十字出氣道。澆口杯一定要用直徑為∮80 mm的耐火材料制的漏斗，不許用砂質澆口杯。澆注時及時引火，并采取防跑火措施。
澆注：澆注原則，大流快澆。鋼包采用底注式澆包，不許用新砌的鋼包。鋼包必須保持干燥，烘包溫度要保證在700℃以上。鎮靜時間，鋼液在包內鎮靜時間大于7 min，以便雜質上浮。澆注溫度：l 510℃~1 530℃。用熱電偶測溫儀測溫。
2.6打箱、清理
根據生產經驗，參照理論保溫曲線，確定澆注后保溫時間為冬季25 h-26 h，夏季26 h-28 h。由于該件為低合金高碳鋼，氣割冒口時裂紋傾向大，為防止氣割裂紋，采用熱割冒口，熱割溫度大于260℃，為了降低成本采用清砂后利用鑄件本體余熱進行熱割冒口，熱割后立即進退火窯進行保溫緩冷。
3、熱處理
熱處理工藝設計的出發點是保證獲得均勻一致的細珠光體組織和彌散分布的小顆粒狀碳化物，消除網狀碳化物，并要獲得細晶組織，防止晶粒長大。熱處理質量的好壞對輥子的整體性能影響也較大，為了獲得合格的組織和性能，首先對試塊進行熱處理，然后總結實驗結果后，確定最佳熱處理工藝方案。采用890℃均勻化退火+ 740℃球化退火的預備熱處理和870℃正火+ 560℃高溫回火熱處理。既可保證技術要求的性能，又獲得了良好的顯微組織和細晶粒度，從而杜絕因粗大晶粒和嚴重網狀碳化物導致破碎機輥子斷裂的危害。
4、結果分析
采用高碳低合金鋼材質，通過合金化特別是添加釩、稀土等微量元素，并結合采用合理的熔煉工藝，通過計算機工藝優化，合理設置澆口，胃口，控制澆注溫度及采用合理的熱處理工藝，有效地細化了晶粒，強韌化基體及獲得顆粒形狀合理分布的高硬度碳化物組織，鑄造出優質合格的破碎機輥子鑄件。
5、結論
用以上工藝試制的第一批4件輥子已經使用1年多，還正在使用。實踐證明，采用高碳低合金鋼材質，經過一系列工序質量控制和工藝優化，生產的破碎機輥子韌性好，抗沖擊，耐磨性能好，具有較長的使用壽命。
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