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冶金、电力、矿山、水泥等行业因破碎、粉磨等工艺造成的磨损消耗巨大,特别是锤头等关键部件在强冲击、高应力的磨损工况下,极易发生快速磨损甚至断裂而失效,单一材料制造的耐磨构件已难以满足恶劣工况的性能要求。本文以锤式破碎机锤头为研究对象,研究了高铬铸铁和合金钢双金属复合铸造工艺,包括工艺参数、界面清洁剂、机械振动对双金属复合铸造界面结合性能的影响,并试制出锤式破碎机锤头产品用于实际应用考核。主要研究结果如下:(1)铸造工艺确定为:先浇注高铬铸铁金属液(浇注温度为1460℃~1500℃),浇注完成后,立即在其表面覆盖一层硼砂添加剂(50wt.%四硼酸钠+50wt.%石墨粉);间隔3 min后,浇注合金钢金属液(浇注温度为1580℃~1600℃),浇注完成后,立即启动机械振动(振幅2 cm、频率20 Hz),铸件在机械振动条件下完成结晶、凝固。(2)硼砂添加剂能减少并去除金属表面的氧化物,促进合金钢与高铬铸铁熔融结合,提高界面结合强度,改善铸件质量。加入硼砂添加剂试样的抗拉强度可高达530 MPa,无硼砂添加剂试样界面处由于氧化物缺陷的存在,力学性能低,抗拉强度仅为320 MPa。(3)机械振动作用于双金属铸造过程,有利于改善铸件组织形态与分布,细化组织晶粒。其中,20 Hz振动频率下双金属界面元素扩散充分,形成了较宽的稳定界面结合区域,材料成分和性能呈平缓过渡,综合力学性能最好。在添加硼砂同时采用20 Hz机械振动下铸造,双金属试样的抗拉强度达629 MPa,室温冲击功达5.5 J/cm2。(4)试制的高铬铸铁-合金钢双金属复合锤头装机试验考核结果显示,其使用寿命在1600 h以上,比国内同类产品(高锰钢)450 h的使用寿命有大幅提升。