双金属复合锤头制造中的关键技术是双金属复合铸造工艺。广义的双金属复合工艺方法可以根据材料状态分为固／固、固／液、液／液复合三大类，具体成形工艺方法有轧制、焊接、铸造等多种。由于破碎机锤头形状复杂，轧制复合法无法应用，只有焊接复合法和铸造复合法两大类。具体包括镶铸法、包覆铸造法、复合铸造法和焊接法4种。近年来，这4种方法的研究和应用都取得了较大进展。本研究围绕破碎机锤头双金属复合铸造工艺技术进行综合分析后，提出了技术关键和今后的发展趋势。
1、镶铸复合法及其进展
所谓镶铸复合是一种双金属液／固复合方法，包括分散镶铸和集中镶铸两种，如图1所示。分散镶铸就是将设计合理的抗磨镶件分散开来，预制成一定形状的框架多孔2结构，经过预热后置入铸造型腔，随后浇入另一种金属液（称为基体），将抗磨镶件牢固地镶嵌于其中，在高温作用下实现抗磨镶件与基体金属之间的良好结合。这种镶铸方法中，抗磨镶件在铸造上相当于内冷铁，见图l(a)。
集中镶铸与分散镶铸的区别在于抗磨体的尺寸和分布上。集中镶铸中将抗磨体集中为一两个较大的条块，镶铸在基体材料之中。镶件数量少，分布简单，见图l(b)。
镶铸铸钢／高铬铸铁和高锰钢／低合金钢复合锤头在实际生产中取得了良好的效果，分别比单一高锰钢锤头和低合金锤头提高3—4倍，证明镶铸复合锤头具有实际应用价值。但是，镶铸法制备双金属复合材料是靠外层材料浇入时带入的过热热量来获得界面结合的，其关键参数是外层材料与芯材之间的体积比（称为镶铸比），只有在合理的镶铸比条件下，才可能获得良好的界面结合。在小镶铸比条件下，由于外层材料带人热量较少，液固作用时间较短，无法获得良好的界面结合。提高镶铸比有利于界面结合，但同时降低了复合材料的整体韧性和经济性，这与目前对双金属复合材料的整体强韧性能和经济性要求不相适应。因而控制液固作用时间以及控制液态金属的温度是镶铸法制备双金属复合锤头的关键。刘耀辉利用改进镶铸法，在可控条件下，提高了液固相互作用时间，制备了高碳高钒系高速钢/45号钢双金属复合材料，研究了双金属复合材料的界面结构及其影响因素，为复合锤头的制备提供了重要参考。
此外，进行抗磨体形状和尺寸的合理设计以及其合理布局和数量设计是镶铸复合中的另一个关键。遗憾的是，目前这些设计原则还不明确，有待深入细致地研究。将计算机模拟技术用于镶铸过程的传热与凝固计算，可望建立起抗磨体的设计准则。所以，镶铸复合法制备破碎机锤头是一条可行的技术路线，今后的研究重点是借助计算机模拟技术，针对一定的镶铸比进行复合工艺设计，形成镶铸工艺设计准则。
2、包覆铸造复合法及其进展
该方法与镶铸法类似，不同的是锤头柄部为预制件，而端部抗磨材料为液态，通过浇注抗磨材料实现端部对柄部的包覆连接。这种方法得到的整个锤头由锤柄和端部两部分组成，两者通过浇注过程结合为一个整体，属于液／固复合的范畴，但其镶件并不被基体完全包覆。为提高结合力，常在锤柄被包覆部位，预制一长园形孔，如图2所示。这样当铁水充入铸型时，同时充入该孔内，端部铁水冷却后该园孔内的金属就充当一机械连接销，可有效防止锤头工作过程中端部和锤柄之间出现松动和脱落。这种方法简单易行，实际应用显示了较好的效果
该方法的主要问题是因被包覆部分与包覆金属之间的体积比（称为包覆比）较小，界面结合状态难以达到良好的冶金结合，尽管辅助锯齿状或销钉结构实现机械结合，但包覆部位的外层金属容易出现开裂，导致使用中发生剥落和崩块。
为了强化包覆铸造中的冶金结合，采用倾斜浇注工艺，并在锤端放置压冒口，见图3。
这样铁水在充型过程中首先接触锤柄被包覆起来，然后逐渐充满锤端整个型腔，最后充入压边冒口。倾斜浇注主要是为了保证充型的平稳，并便于渣气的排除。压边冒口可保证渣气的顺利排除，并对锤头端部进行一定的补缩，特别是由于压边冒口的设置，增加了铁水冲刷锤柄的时间，可有效地增加锤头和锤柄之间的冶金结合，并可有效地防止气孔、砂眼、裂纹的发生。利用这种方法研制的高铬铸铁／铸钢双金属复合锤头，其中锤柄采用ZG35，锤端采用高铬铸铁，在某焦化厂碎煤车间试用发现，不出现异常断裂，磨损量只有高锰钢锤头的1/4。
在包覆铸造方面，张军等人的研究值得借鉴。锤端采用高铬铸铁，锤柄采用ZC270 - 550。图
4、为锤头的铸造工艺图。
每箱放置8个锤头，呈圆周方向均匀分布。锤端、浇口窝和内浇道采用消失模型，冒口、冒口颈和直浇道采用木模模型。造型时将预先制作出的锤柄，清除复合部位表面杂物，涂附保护剂，套上锤端消失模放人砂型直接造型。复合前将整个砂型放人中频感应线圈内，通过中频感应对锤柄进行预热，预热过程中泡沫塑料模型受热汽化。当锤柄达到需要的温度（800℃左右）时，开始浇注金属液，边浇注边加热。当锤端型腔充满金属液时，停止加热，继续浇注直到充满整个冒口。待金属液冷却凝固后，吊出砂型，打箱。在砂型复合铸造条件下，提高外材高铬铸铁的浇注温度、液固体积比和芯材的预热温度均可提高双金属复合材料的界面结合强度。采用淬火+回火的热处理工艺。锤头加热到960℃，保温4h，出炉强制风冷淬火。回火温度250℃，保温2h，出炉空冷。由于复合部分材质不同，升温速率不同，易产生温差造成复合层开裂。因此，加热速率应控制在一定范围内(<100℃/h)。采用这种工艺，复合锤头的使用寿命为高锰钢锤头的5倍左右。
锤头的包覆复合铸造法应用受到材料热处理工艺匹配性的限制，一旦两种材料的热物理性能差距显著，在成形和热处理环节复合界面或整体就可能出现裂纹。所以，这种方法的前景并不乐观。针对这一问题，今后的研究重点应当放在材料匹配性和界面相容性的研究方面。
3、双液铸造复合法
双液铸造复合法也叫双金属复合铸造工艺。它属于液／液复合的范畴，在轧辊／管件生产中早有应用。这种复合方法的成败关键在于两种金属的界面熔合优劣和接合强度的高低。利用这种方法生产高铬铸铁/ZG35双金属破碎机锤头也获得了成功。
双液铸造复合法基本要求是首先在不使其混合的情况下，使两种金属熔为一体，其次要有尽可能大的接合面积。为此，采取了如下措施：接合面取在最大截面A处；底部设置U形冷铁，以保证ZG35由下而上的凝固顺序；设溢流口B，确保接合面的位置不变；为防止在浇注高铬铸铁时，ZG35被冲混，高铬铸铁浇口设在C，D处，以求水头平稳。
双液复合法制备复合锤头磨损速度均匀整齐，寿命大概是包覆铸造锤头的2倍，适合多种型号锤头采用，是提高锤头寿命的有效工艺措施。但是，这种工艺控制困难，特别是浇注量及界面组织结构的控制有一定难度。要解决这个问题，需要研制专业设备。
总体上看，破碎机锤头属于小型零件，零件越小，双液复合的工艺控制难度越大。所以，双液复合法在锤头生产中并不易发挥优势。
4、焊接复合法
广义的焊接复合法中最为有效的是爆炸焊，但爆炸焊无法用于锤头生产。在焊接复合锤头中，主要的做法是将抗磨材料焊接在抗磨性要求高的部位，而其他部位则是一般材料。郭长庆[IO]的研究证明，高锰钢与硬质合金焊接复合锤头的使用寿命是超高锰钢锤头的1.5倍。
这种方法的难点是异种材料的焊接，需要针对具体的材料匹配探索具体的焊接工艺。目前的焊接质量难以稳定，使用中时有开焊脱落现象，应用越来越少。但是，将这一思路用于锤头的修复正在深入研究，以取得不断进展。
除了上述4种复合方法外，北京交通大学半固态成形研究中心将半固态挤压铸造技术用于复合锤头的制造，其技术关键是在压力作用下实现镶铸或包覆铸造，以此来改善界面结合状态，取得了较好的效果。这种方法简称流变复合，它既保留了镶铸复合的灵活性，又发挥了压力成形产品致密的优势，不仅生产成本低，而且性能好，是破碎机锤头复合铸造的一个新的发展方向。
5、值得关注的问题
在破碎机锤头研究与应用中，尽管已经取得了较大进展，但锤头仍然是寿命最短、消耗量最大的抗磨制品之一，双金属复合是解决这一问题的有效途径。但真正取得突破性进展，必须关注材质相容性、界面控制和复合准则3个关键问题。
(1)材质相容性。无论那种复合方法，都存在两种或两种以上的材料。这些材料之间的结合以及使用功能上的合理分工与协调是成功设计复合锤头的关键，这就是所谓的材料相容性，包括功能相容性、工艺相容性和性能相容性三大方面。目前的材质匹配模式基本上是锤柄为韧性良好的中低碳钢或低合金钢，而端部是高硬度和抗磨性的硬质合金、高铬铸铁、超高锰钢、高硼铸铁等。但这种匹配的相容性还有待系统研究。
(2)界面控制。复合锤头中两种材料的界面结合状态是复合成败的关键，一般都追求冶金结合。如何评定界面结合状态目前尚无统一标准。
习惯上将界面结合状态分为机械结合和冶金结合两大类，但很多情况都是冶金结合与机械结合共存。界面结合状态可以考虑用冶金结合率来表达，即用发生冶金结合的界面面积占总界面面积的百分数来表征结合状态。只要冶金结合率大于一个临界值，就可以认为结合良好。这种结合状态的判断带有很多主观性和专业性，如何简易直观地定量表征界面结合状态还需要进行深入细致的研究。
除了结合状态的表征外，结合状态的控制也是一个值得研究的界面问题。
(3)复合准则的研究。强化相的尺寸、数量和分布是复合材料设计、制备以及性能评价中的一个关键问题。对于复合锤头也是如此。但对于锤头这样的大尺度增强体复合材料而言，复合准则又将如何表示是值得研究的一个重要课题。这里，以抗磨性或硬度H为性能指标，以抗磨体占复合锤头的体积分数为f、以及各组分的硬度H为自变量，其复合准则的通式表示为
初步研究已经发现，从复合效果角度考虑，存在一个临界体积分数。但从性能来说，是否也存在一个最优体积分数，这两个最优体积分数一般来说是不一致的，如何协调这种不一致也是需要研究的。
6、结论
提高破碎机锤头使用寿命的有效途径是采用双金属复合铸造技术。分散镶铸和流变复合可以获得冶金结合的界面并起到节约材料、显著提高寿命的作用，代表了双金属复合锤头制造技术的发展方向。复合准则、材质相容性和界面结合状态的研究是今后的研究重点。
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