Einleitung
DHT-Hämmer sind kritische Komponenten in Metallbrechern, die für das Zerkleinern von harten Materialien wie Schrott, Erzen und Bauschutt verantwortlich sind. Ihre doppelte Anforderung an hohe Zähigkeit (um Stößen standzuhalten) und extreme Verschleißfestigkeit (Abriebfestigkeit) stellt eine Herausforderung bei der Herstellung dar. Bei einer herkömmlichen gleichmäßigen Wärmebehandlung werden diese Eigenschaften häufig nicht ausgeglichen, was zu vorzeitigen Ausfällen wie Rissen oder schnellem Verschleiß führt.
Dieser Artikel untersucht segmentierte Wärmebehandlung—ein spezielles Verfahren, bei dem die Arbeitsfläche des Hammers selektiv gehärtet und gleichzeitig der Schaftbereich (Griff) weicher gemacht wird. Mit dieser Methode können Hersteller eine Härte von erreichen 56–58 HRC auf der Hammerfläche (für Verschleißfestigkeit) und 38–42 HRC am Schaft (für Robustheit), wodurch die Lebensdauer deutlich verlängert wird.
Die entscheidende Rolle der differenziellen Wärmebehandlung für die Haltbarkeit von Hämmern
Brechhämmer in Mineralaufbereitungssystemen stehen vor einer paradoxen technischen Herausforderung:
- Verschleißflächen erfordern eine extreme Härte (56-58 HRC), um dem Abrieb von Materialien wie Granit und Basalt zu widerstehen
- Hammerstiele/-schäfte erfordern eine Zähigkeit (38-42 HRC), um wiederholten Aufprallkräften bis zu 2,500 J standzuhalten
- Traditionelle monolithische Härtung erzeugt gefährliche Spannungskonzentrationen in der Härteübergangszone
Branchendaten zeigen, dass 68 % der vorzeitigen Hammerausfälle auf unsachgemäße Wärmebehandlungsgradienten zurückzuführen sind (NIST Materials Database, 2023). Dieser Artikel entschlüsselt das optimierte zweistufige thermische Protokoll, das vom Hefei Cement Research Institute entwickelt wurde und in Feldtests nachweislich die Lebensdauer des Hammers verdreifacht.
Materialwissenschaftliche Grundlagen für DHT-Hämmer
Der Erfolg der differenziellen Wärmebehandlung hängt von der genauen Zusammensetzung der Legierung ab:
Chemische Formel (Gewichtsprozent):
| Element | Abdeckung | Funktion |
|---|---|---|
| C | 0.40 - 0.45 | Grundhärtebildung |
| Cr | 2.5 - 4.5 | Karbidstabilisierung |
| Mn | 0.8 - 1.2 | Verbesserung der Härtbarkeit |
| Si | 0.8 - 1.0 | Desoxidation und Festigkeit |
| Cu | 0.3 - 0.5 | Korrosionsbeständigkeit |
| S / P. | <0.05 | Duktilitätserhalt |
Kritische Einsicht: Durch das Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis bleiben (Fe,Cr)₃C-Karbide erhalten, ohne dass spröde Cr₂₃C₆-Phasen entstehen, die die Rissausbreitung fördern.
Stufe 1 – Präzisionsoberflächenhärtung (56-58 HRC)
Schritt 1: Kontrollierte Austenitisierung
- Temperatur: 880-940°C (Materialabhängig im Bereich)
- Dauer: 35 Minuten pro 25 mm Dicke
- Atmosphäre: Endothermes Gas (5 % CO, 20 % CO₂, 75 % N₂)
Pro Tip: Verwenden Sie IR-Pyrometer, um Temperaturgradienten in Echtzeit zu überwachen – eine Abweichung von ±15 °C verursacht eine Härteschwankung von 12 %.
Schritt 2: Quenching-Protokoll
| Parameter | Normen | Begründung |
|---|---|---|
| Verwendung | Schnelllaufendes Öl (ISO VG 68) | Erreichen Sie eine Kühlungsgeschwindigkeit von 130-150°C/s |
| Eintauchzeit | 30-50s | Begrenzen Sie die Martensitbildung |
| Agitation | 1.2-1.5 m/s Propeller | Dampfsperre beseitigen |
Kritische Kontrolle: Halten Sie die Öltemperatur bei 60–80 °C – jede Erhöhung um 10 °C reduziert die Abkühlungsrate um 18 %.
Stufe 2 – Zähigkeitsoptimierung für Hammerstiele (38-42 HRC)
Schritt 1: Lokales Temperieren
- Temperatur: 280–320 °C (höher als die üblichen 250 °C)
- Dauer: 90s/mm Dicke + 30% Sicherheitsfaktor
- Anleitung: Induktionsspule zielt auf den Schaftbereich
Fortgeschrittene Technik: Implementieren Sie RR Moore-Drehbalkentestsimulationen, um die Ermüdungsbeständigkeit zu validieren.
Schritt 2: Stressabbau-Protokoll
- Schaft auf 350 °C erhitzen (unter der unteren kritischen Temperatur)
- Umluftkühlung mit 3–5 °C/s
- Führen Sie eine Magnetpulverprüfung durch
Datenpunkt: Durch ordnungsgemäßes Spannungsabbauen wird die Mikrorissdichte um 83 % verringert (ASM-Handbuch, Band 4D).
Vermeidung der 4 teuersten Fehler bei der Wärmebehandlung
Fehler 1: Unzureichende Phasentrennung
- Symptom: <5 HRC Unterschied zwischen Stirnfläche und Schaft
- Lösung: Verwenden Sie Wärmedämmschichten bei lokaler Verhärtung
Fehler 2: Karbidausscheidung
- Symptom: HRC sinkt nach 3-stündigem Betrieb um >48 Punkte
- Verhütung: Abschreckverzögerung <8s nach der Austenitisierung einhalten
Fehler 3: Wasserstoffversprödung
- Symptom: Intergranulare Risse im Schaftbereich
- Fix: Nach dem Abschrecken 190 Stunden lang bei 210-4°C backen
Fehler 4: Restaustenitbildung
- Symptom: Allmählicher Härteverlust >1 HRC/Woche
- Lösung: Tiefkühlbehandlung bei -70°C für 2h
Qualitätsvalidierung und Leistung vor Ort
Labortestergebnisse:
| Immobilien | Gesicht | Shank | Standard |
|---|---|---|---|
| Härte (HRC) | 57.2 0.8 ± | 40.3 1.2 ± | ASTM E18 |
| Charpy-Aufprall (J) | 14 | 52 | ISO 148-1 |
| Verschleißrate (cm³/Mg) | 0.08 | N / A | ASTM G65 |
Felddaten von Zementwerken:
- Basislinie (65Mn Stahl): 320 Betriebsstunden
- Optimierte Behandlung: 1,150-1,400 Stunden
Kritische Herausforderungen und Lösungen
1. Vermeidung von Rissen in der Übergangszone
An der Grenze zwischen gehärteter Fläche und erweichtem Schaft kommt es häufig zu Spannungskonzentrationen.
- Die Lösung
:
- Verwenden allmählicher Härtegradient durch differenzielle Kühlung.
- Bewerben Kugelstrahlen zur Übergangszone, um Druckspannungen zu erzeugen.
2. Verzerrung minimieren
Ungleichmäßiges Erhitzen/Abkühlen kann zu einer Verformung der Hämmer führen.
- Die Lösung
:
- Verwenden Sie Vorrichtungen, um den Hammer während des Abschreckens festzuklemmen.
- Optimieren Sie die Heizraten (≤ 100 °C/Stunde für dicke Abschnitte).
Qualitätssicherung & Prüfung
- Härtemapping:
Um eine Gleichmäßigkeit sicherzustellen, messen Sie die Härte an 10–15 Punkten am Hammer. - Metallographische Analyse:
Überprüfen Sie die Karbidverteilung (ASTM E112 Korngrößennorm). - Feldtests:
Überwachen Sie die Verschleißraten unter realen Bedingungen (z. B. beim Zerkleinern von Stahlschrott).
Fazit
Die segmentierte Wärmebehandlung revolutioniert die Leistung von DHT-Hämmern durch die Harmonisierung von Härte und Zähigkeit. Hersteller können Hämmer liefern, die den härtesten Zerkleinerungsumgebungen standhalten, indem sie lokales Erhitzen, Abschrecken und Anlassen beherrschen und gleichzeitig das Ausfallrisiko minimieren.
Für Brecherbetreiber bedeutet die Investition in segmentierte, wärmebehandelte Hämmer eine höhere Produktivität, geringere Ersatzteilkosten und ein besseres Endergebnis.
