專利名稱：礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種水泥、火電、選礦等行業(yè)用的耐磨材料，具體地說是ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加工エ藝。
背景技術(shù)：
鉻系合金鑄球是廣泛應(yīng)用于冶金選礦、水泥、火力發(fā)電等行業(yè)的主要磨耗材料，在全國毎年磨球消耗中，礦山行業(yè)消耗占64%，因此降低礦山業(yè)中磨球的消耗意義尤為重大。目前國際礦業(yè)采用的大型磨機(jī)，大多為直徑8m以上，選用的磨球?yàn)楦咩t磨球，含鉻量為18%以上的超高鉻白ロ鑄球。而由于使用上述的大型磨機(jī)時(shí)鑄球的沖擊韌性較大，鑄球易碎，并且鉻屬于貴重金屬，鉻含量增加時(shí)就會(huì)使生產(chǎn)成本相應(yīng)增加。國內(nèi)礦用磨機(jī)直徑較小，一般為2. 5-5m，采用低鉻(ZQCr2)鑄球，鉻含量為2%。低鉻鑄球?yàn)榉谴慊鹉デ颍捕鹊?，沖擊韌性低，耐磨差，碎球率高，生產(chǎn)效率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。基于上述原因，礦山行業(yè)急需要研究開發(fā)ー種高硬度、高耐磨性、高沖擊韌度的磨球來替代目前礦山業(yè)普遍使用的低鉻鑄球。中國發(fā)明專利說明書CN101705435A公開了ー種“超硬高鉻鑄造磨球的生產(chǎn)エ藝方法”，其磨球含鉻量10-10. 5%，鑄球經(jīng)四個(gè)階段的加熱保溫，再經(jīng)油淬、回火而成，使高鉻磨球硬度達(dá)到HRC64-66，顯著提高高鉻磨球的韌性和耐磨性。但是，該生產(chǎn)エ藝方法從エ程材料學(xué)的角度來說，因?yàn)殂t(Cr)含量較低，該エ藝不能用于生產(chǎn)直徑大于IOOmm的磨球，否則所生產(chǎn)的直徑大于100_的磨球，球心部淬不透，心部得不到全馬氏體基體，從而使得表面和心部硬度差超過國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(規(guī)定的洛氏硬度差為3);另一方面，該エ藝選用210-240°C的低溫回火溫度，使得產(chǎn)品淬火應(yīng)カ消除不徹底，成品球保持較大的淬火應(yīng)力。這兩點(diǎn)使得鑄球在使用的過程中出現(xiàn)早期表面剝落或者碎球的現(xiàn)象，大大增加了球耗，增加生產(chǎn)成本,造成資源的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)效率。申請?zhí)枮?010102267269中國發(fā)明專利申請，公開了ー種“高鉻磨球及其二次變質(zhì)加工エ藝”，其磨球含鉻量10-13%，通過特殊的二次變質(zhì)處理工藝加工而成。但是，該生產(chǎn)エ藝存在著鉻(Cr)含量偏低，碳(C)含量偏高的現(xiàn)象，鉻碳比(Cr/C)較低；另外，其回火溫度為340-360°C，偏低，造成產(chǎn)品淬火應(yīng)カ不能徹底消除，使得鑄球的硬度、沖擊韌性和耐磨性能達(dá)不到最佳的組合，最終使得在使用過程中造成鑄球的磨耗大，早期表面易剝落和碎球率高，這些問題都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低、生產(chǎn)成本増加和資源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加エエ藝，針對我國礦山所用磨機(jī)一般為中型直徑的國情，選擇含鉻量適中、含碳量較低的金屬材料，保證鉻碳比在7左右，以獲得最高耐磨的金相組織馬氏體(M)合金碳合物(M7C3)殘 余奧氏體(Aa)，且三者的比例合理，保證了產(chǎn)品獲得表面硬度、心部硬度、沖擊韌性的最佳組合，最終使得產(chǎn)品的使用性能，耐磨性能達(dá)到最高，使用時(shí)的碎球率低、球耗低，從而實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的目的。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，其化學(xué)成分及百分比含量如下
C :2.00 2. 30,Si :0· 30 O. 80,Mn :0· 40 I. 00,
Cr :12· 50 14. 00， Re :0· 02 O. 03，P :彡 O. 10，
S :彡 O. 06，Mo:彡 O. 20，余量為 Fe。本發(fā)明還提供了上述高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球的加工エ藝，它按照以下步驟順序進(jìn)行·
(1)鑄造成型
將含有上述化學(xué)成分的物質(zhì)熔煉成的金屬液，澆注到預(yù)制好的金屬鐵模內(nèi)成型，然后開箱取出鑄球，再進(jìn)行清理，磨澆ロ，得到毛坯球；
(2)油淬
將毛坯球在爐內(nèi)加熱到960-970°C，保溫2-2. 5h，然后進(jìn)行油淬；在油中冷卻至鑄球溫度為200°C，出油；
(3)回火
將淬火后的球在回火爐內(nèi)加熱回火，回火溫度為410-420°C，保溫6-6. 5h，出爐，放入緩冷坑；緩慢冷卻至200°C出坑，空冷至室溫，得成品，即礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球。由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于 ⑴碳是形成合金碳化物主要元素，合金碳化物M7C3在耐磨性方面起著重要作用。碳含
量決定碳化物的數(shù)量和鉻碳比。如果含碳量過高則韌性相對降低，碳鉻比下降則M7C3數(shù)量減少，耐磨性降低?；诰C合考慮，本發(fā)明通過嚴(yán)格控制碳的含量和鉻的含量，保證鉻碳比(Cr/C)在6. 5-7. 5之間，進(jìn)而保證本發(fā)明的產(chǎn)品獲得最佳的耐磨性、韌性及綜合性能的配合。因此本發(fā)明高耐磨高鉻合金鑄球的C含量為2. 00 2. 30%，Cr含量為12. 50 14. 00%。(2) Cr是碳化物形成元素，它易熔于奧氏體中以強(qiáng)化基體增加淬透性，使鑄球的強(qiáng)度和硬度明顯增加。研究表明高鉻球中的Cr/C大于5就能獲得大部分是高硬度M7C3型碳化物的金相組織；同時(shí)，鉻碳比越高，其淬透性越好?；瘜W(xué)成分中的鉻，除了一部分形成合金碳化物外，還有一部分熔解到基體里。鉻對淬透性的影響主要是固溶在機(jī)體中的鉻。本發(fā)明以“機(jī)體中固溶的鉻含量重量百分?jǐn)?shù)W(Cr)=L 95X鉻碳比-2. 47”、“鉻碳比為7左右時(shí)能夠獲得最佳綜合性能(耐磨性、硬度和韌性)”為理論依據(jù)，以保證實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的為目標(biāo)，確定鑄球Cr含量為12. 50-14. 00%ο⑶所添加的微量Mo和Re中,Mo不僅能提聞洋透性，而且能細(xì)化晶粒，具有提聞耐磨性的作用；Re作為孕育劑，將稀土硅合金加入鐵水包中，其作用是凈化鐵水，去除雜質(zhì)，以減弱碳化物對鑄球基體產(chǎn)生的割裂作用，從而提高磨球的綜合性能。由于鑰鐵價(jià)格昂貴，用量過高使得成本増加，本發(fā)明經(jīng)綜合考慮，最終確定鑰的加入量< O. 20%，稀土硅加入量為鐵水的O. 30%。⑷硅(Si)是促使石墨化，降低淬透性的一種脫氧元素，一般要嚴(yán)格控制在O. 30-0. 80%O(5)錳(Mn)是提高淬透性、擴(kuò)大奧氏體區(qū)的一種有效元素，其作用一是脫氧，ニ是強(qiáng)化基體和形成碳化物。Mn含量過高時(shí)會(huì)增加奧氏體的穩(wěn)定性，從而增加殘余奧氏體量,因此降低硬度。所以含量不宜太高，控制在O. 40%-0. 80%。(6)本發(fā)明的加工エ藝中，鑄球采用了機(jī)械化鑄造エ藝，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化批量生產(chǎn)，大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。(7)本發(fā)明與背景技術(shù)中所述的的中國發(fā)明專利、中國發(fā)明專利申請相比，其成分設(shè)計(jì)更加科學(xué)，生產(chǎn)エ藝先進(jìn)，能夠生產(chǎn)直徑為100-140mm的礦山用合金鑄球，而且能夠獲得最佳組合的金相組織，即馬氏體(M) +合金碳化物(M7C3) +殘余奧氏體(Aa)，保證了產(chǎn)品的表面硬度、心部硬度、沖擊韌性，具有最優(yōu)的綜合性能，從而使礦山生產(chǎn)中磨球的球耗低、碎球率低，延長補(bǔ)球周期，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。申請人:對本發(fā)明所提供的磨球進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和エ業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)果如下 ①實(shí)驗(yàn)室測得本發(fā)明所提供磨球表面硬度是低鉻球ZQCr2的I. 29倍，沖擊韌性是低鉻
球ZQCr2的2. 55倍，耐磨性是低鉻球ZQCr2的2. 25倍。②エ業(yè)性實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)?zāi)湍バ越Y(jié)果是相吻合的，エ業(yè)性試驗(yàn)證明本發(fā)明磨球的耐磨性是低鉻球ZQCr2的2. 44倍。本發(fā)明的加工エ藝可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品機(jī)械化批量生產(chǎn)礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，使用本發(fā)明的磨球可大幅度提高礦山生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；本發(fā)明的磨球適用于冶金選礦行業(yè)的直徑為2. 5-5m的磨機(jī),用于對礦石進(jìn)行粉碎。本發(fā)明下面將結(jié)合說明書附圖與具體實(shí)施例作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。


圖I、圖2分別為本發(fā)明實(shí)施例I沖擊試驗(yàn)后磨球的兩不同觀測點(diǎn)在500倍顯微鏡下的金相組織(m+m7c3+a殘)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，球徑140mm,以百分比計(jì),其化學(xué)成分如下 C-2. 10，Si—O. 57，Mn — O. 60，Cr—3. 30，Re—O. 02，P—O. 070，S-O. 035，Mo—O. 15，
余量為Fe。該磨球的加工エ藝如下
(11)鑄造、磨澆ロ
取上述的化學(xué)成分熔煉成的金屬液，澆注到預(yù)制好的金屬鐵模內(nèi)成型，然后開箱取出 鑄球；再進(jìn)行清理，磨澆ロ，得到毛坯球；
(12)熱處理
將毛坯球裝框，在推桿式全自動(dòng)淬火線爐內(nèi)加熱到960°C，保溫2. 5小時(shí)(四區(qū)960°C，5框，30min推ー框)然后進(jìn)行油淬，油溫70°C，在油池中浸搖約lOmin，在油中冷卻至鑄球溫度為200°C，出油；
(13)回火將淬火后表面硬度合格的淬火球裝框，在回火爐內(nèi)加熱回火，回火溫度為420°C，保溫6小時(shí)，出爐，放入緩冷坑，緩慢冷卻至200°C出坑，空冷至室溫，即得成品礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球。用最佳的試驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與檢測并進(jìn)行エ業(yè)化生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證試驗(yàn)確定的最佳成分配比與エ藝條件
一、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與檢測
實(shí)際試驗(yàn)中，對含上述化學(xué)成分并經(jīng)上述鋳造エ藝和熱處理工藝所制得的高耐磨高鉻合金鑄球進(jìn)行了測試,相關(guān)內(nèi)容如下
①?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)用線切割機(jī)通過燒ロ，切割出IOmmX IOmmX 140mm試樣，再從試樣中間切成IOX IOmmX55mm的無缺ロ標(biāo)準(zhǔn)試樣,用150型沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)做沖擊實(shí)驗(yàn),其沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果為α κ=5· lj/cm2。②球的心部硬度測定將做完沖擊實(shí)驗(yàn)的試樣兩對面磨平，用HR-150A型洛氏硬度計(jì)測定心部硬度，其測定結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，其特征在于其化學(xué)成分及百分比含量如下C :2.00 2. 30,Si :0· 30 O. 80,Mn :0· 40 I. 00,Cr : 12. 50 14. 00， Re :0· 02 O. 03，P ≤O. 10,S :≤ O. 06，Mo:≤ O. 20，余量為 Fe。
2.一種如權(quán)利要求I所述的礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球的加工工藝，其特征在于該加工工藝按照以下步驟順序進(jìn)行(1)鑄造成型將含有所述化學(xué)成分熔煉成的金屬液澆注到預(yù)制好的金屬鐵模內(nèi)成型，然后開箱取出鑄球，再進(jìn)行清理，磨澆口，得到毛坯球；然后(2)油淬將毛坯球在爐內(nèi)加熱到960°C _970°C，保溫2-2. 5h，然后進(jìn)行油淬；在油中冷卻至鑄球溫度為200°C以下時(shí)，出油；(3)回火將淬火后的球在回火爐內(nèi)加熱回火，回火溫度為410-420°C，保溫6-6. 5h后，出爐放入緩冷坑；緩慢冷卻至200°C出坑，空冷至室溫，得成品磨球，即礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加工工藝，針對我國的國情和相應(yīng)的礦磨機(jī)直徑，選擇含鉻量適中、含碳量較低使鉻碳比在6以上的材料，以合適的熱處理工藝獲得最高耐磨性能的金相組織——馬氏體、合金碳合物與殘余奧氏體，同時(shí)它們占基體的比例最合理，為60%、20%、20%。本發(fā)明所制備的鑄球產(chǎn)品致密度高，實(shí)驗(yàn)表明其表面硬度、沖擊韌性與耐磨性均高于低鉻磨球ZQCr2。本發(fā)明的加工工藝可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品機(jī)械化批量生產(chǎn)礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，使用本發(fā)明的磨球可大幅度提高礦山生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；本發(fā)明的磨球適用于冶金選礦行業(yè)的直徑為2.5-5m的磨機(jī)，用于對礦石進(jìn)行粉碎。
文檔編號C22C37/06GK102703796SQ20121020418
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者趙文亮 申請人:石家莊市誠達(dá)耐磨材料有限公司