專利名稱：一種合金鑄鐵磨球的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種合金鑄鐵磨球的制備工藝。
背景技術(shù)：
鉻系合金鑄造磨球是廣泛應(yīng)用于冶金選礦、水泥建材、火力發(fā)電等行業(yè)的主要消耗材料。目前，磨球均為碳含量較高的鑄鐵磨球，以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為C :2 3. 6， Si 0. 30 1. 50，Mn 0. 40 1. 50，Cr 1. 00 28，P < O. 10，S < O. 06，余量為 Fe。其鑄造工藝大多為手工金屬模造型，熱處理工藝多為風(fēng)冷淬火，部分為油冷淬火。
目前國內(nèi)磨球市場(chǎng)除鍛打球以外基本上全是鑄鐵磨球，按鉻合金含量區(qū)分主要有低鉻(ZQCr2)、中鉻(ZQCr5)、高鉻(ZQCrl2)、超高鉻(ZQCr 15, ZQCr20、ZQCr26)等六種產(chǎn)品，前兩種均為非淬火磨球，硬度低、耐磨性差、資源浪費(fèi)嚴(yán)重；后四種雖然耐磨性較好但成本較高，尤其是隨著近幾年鉻鐵價(jià)格的飛漲，生產(chǎn)成本愈來愈高，其性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)正在逐漸喪失。
基于上述原因，現(xiàn)有產(chǎn)品均為普通含鉻鑄鐵材質(zhì)，致密度低，韌性差，耐磨性有待進(jìn)一步提高。此外，鉻合金含量低的產(chǎn)品不耐磨，鉻合金含量高的雖然耐磨性有所提高，但韌性較差，通常在磨球使用過程中易造成碎裂，碎裂不僅影響磨球自身的使用壽命，同時(shí)又可能為研磨物料帶來污染，導(dǎo)致研磨物料的報(bào)廢。隨著技術(shù)的發(fā)展和要求的提高，傳統(tǒng)的以鉻為主要硬化合金元素的含鉻鑄鐵磨球越來越不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要。因此，加快磨球產(chǎn)品技術(shù)更新、換代步伐，開發(fā)性價(jià)比更高的替代產(chǎn)品，已經(jīng)成為耐磨材料企業(yè)的重要責(zé)任和當(dāng)務(wù)之急。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，該磨球通過鑄鐵合金成分和工藝的調(diào)整，使得鑄鐵的硬度提高，耐磨性提高；并且改善鑄鐵的韌性，使得其使用過程中不碎裂，從而延長(zhǎng)使用壽命，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，該磨球以(重量)百分比計(jì)由下列組分組成C :2.30 2. 50，S1:0. 90 1. 20,Mn :1. 30 1. 50, Cr :2. O 3. 0，V :0. 15 O. 25，B :0. 02 O.06，Ce :0. 07 O. 09，P < O. 03, S < O. 03，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，所述制備工藝包括如下步驟
I)配料將廢鐵、娃鐵、猛鐵、絡(luò)鐵、鑰；鐵、砸鐵和鋪基稀土按上述配比進(jìn)彳丁配料；
2)熔煉將廢鐵、硅鐵、錳鐵和生鐵等放入爐中熔化，爐前調(diào)整成分，將溫度升至 1560 1600°C左右，加入硅鈣合金預(yù)脫氧，預(yù)脫氧3 4分鐘后，加入鋁終脫氧，終脫氧3 4分鐘后，加入鉻鐵、fL鐵，加入5 7分鐘后,加入硼鐵,硼鐵加入3 5分鐘后出爐；將鋪基稀土破碎至粒度為2 4mm左右的小塊，經(jīng)150 180°C左右烘干后，置于澆包底部，將鐵水沖入澆包；
3)澆注將熔煉好的鐵水澆注成鑄件，鐵水澆注溫度為1450 1480°C ；
4)熱處理將澆注好的磨球加熱至930 950°C左右，保溫20 30分鐘，然后淬入225 245°C左右的鹽浴爐中進(jìn)行等溫淬火，并在鹽浴爐中保持10 14分鐘。
本發(fā)明中的合金元素的作用為
碳為生成共晶碳化物的主要元素，共晶碳化物在耐磨性方面起著重要作用。碳含量決定碳化物的數(shù)量。但碳量過高，則韌性降低。綜合考慮確定碳含量為上述范圍。
添加適量的釩和硼釩是碳化物形成元素，與碳形成適量的碳化物可提高磨球的硬度，添加少量的硼即可提高磨球的硬度和耐磨性，因此二者可明顯提高磨球的綜合機(jī)械性能，特別是硬度、耐磨性和沖擊韌性。
鉻是碳化物形成元素，Cr熔于奧氏體中強(qiáng)化基體且不降低韌性，推遲過冷奧氏體轉(zhuǎn)變，增加磨球的淬透性，Cr使磨球的強(qiáng)度和硬度明顯提高，此外Cr還能細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性。隨著Cr含量的增高會(huì)犧牲沖擊韌性,沖擊韌性會(huì)大大降低而且勢(shì)必增加磨球的成本，本發(fā)明由于添加釩和硼來提高磨球的硬度和耐磨性，因而，可以大幅替代現(xiàn)有技術(shù)中的高鉻含量，從而，本發(fā)明采用較低的鉻含量，用以保證磨球具有足夠的韌性。
錳是提高淬透性、擴(kuò)大奧氏體區(qū)的一種有效元素。其作用一是脫氧，二是強(qiáng)化基體和碳化物。含錳量過高，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，降低了 Ms點(diǎn)，不利于鑄態(tài)奧氏體轉(zhuǎn)變；少量的錳對(duì)于屈氏體有細(xì)化作用。
添加適量的稀土元素，改善碳化物以及夾雜物的形態(tài)，從而輔助改善磨球的韌性。
本發(fā)明具有如下有益效果
I)本發(fā)明在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整合金鑄鐵的化學(xué)成分，通過添加適量的硼和釩，配合低含量的鉻，三者的含量達(dá)到協(xié)同作用，可大幅提高磨球的硬度和耐磨性，并且保持磨球具有適當(dāng)?shù)捻g性，此外通過添加適量的稀土元素鈰，使得磨球的韌性得到進(jìn)一步的改善。本發(fā)明的合金鑄鐵的各種合金元素協(xié)同作用使得鑄鐵的耐磨性提高，使用壽命比現(xiàn)有技術(shù)中的含鉻鑄鐵長(zhǎng)2-3倍以上，并且使用中磨損低，為物料帶來的污染少；特別是，由于改善了磨球的韌性，本發(fā)明磨球使用過程中不碎裂。
2)本發(fā)明采用等溫淬火的熱處理工藝，進(jìn)一步改善磨球的微觀組織，改善碳化物的形態(tài)和分布，從而進(jìn)一步提高磨球的韌性。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，該磨球以(重量)百分比計(jì)由下列組分組成C :2.30，Si 1. 20，Mn 1. 30，Cr 3. O, V 0. 15，B 0. 06，Ce 0. 07，P < O. 03，S < O. 03，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì) ，所述制備工藝包括如下步驟
I)配料將廢鐵、娃鐵、猛鐵、絡(luò)鐵、鑰；鐵、砸鐵和鋪基稀土按上述配比進(jìn)彳了配料；
2)熔煉將廢鐵、硅鐵、錳鐵和生鐵放入爐中熔化，爐前調(diào)整成分，將溫度升至 1560°C，加入硅鈣合金預(yù)脫氧，預(yù)脫氧4分鐘后，加入鋁終脫氧，終脫氧3分鐘后，加入鉻鐵、 釩鐵，加入7分鐘后，加入硼鐵，硼鐵加入3分鐘后出爐；將鈰基稀土破碎至粒度為2 4mm 的小塊，經(jīng)150°C烘干后，置于澆包底部，將鐵水沖入澆包；
3)澆注將熔煉好的鐵水澆注成鑄件，鐵水澆注溫度為1450°C ；
4)熱處理將澆注好的磨球加熱至930°C，保溫30分鐘，然后淬入225°C的鹽浴爐中進(jìn)行等溫淬火，并在鹽浴爐中保持14分鐘。
實(shí)施例二
一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，該磨球以(重量)百分比計(jì)由下列組分組成C :2.50，Si 0. 90，Mn 1. 50，Cr 2. O, V 0. 25，B 0. 02，Ce 0. 09，P < O. 03，S < O. 03，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，所述制備工藝包括如下步驟
I)配料將廢鐵、娃鐵、猛鐵、絡(luò)鐵、鑰；鐵、砸鐵和鋪基稀土按上述配比進(jìn)彳丁配料；
2)熔煉將廢鐵、硅鐵、錳鐵和生鐵放入爐中熔化，爐前調(diào)整成分，將溫度升至 1600°c，加入硅鈣合金預(yù)脫氧，預(yù)脫氧3分鐘后，加入鋁終脫氧，終脫氧4分鐘后，加入鉻鐵、 釩鐵，加入5分鐘后，加入硼鐵，硼鐵加入5分鐘后出爐；將鈰基稀土破碎至粒度為2 4mm 的小塊，經(jīng)180°C烘干后，置于澆包底部，將鐵水沖入澆包；
3)澆注將熔煉好的鐵水澆注成鑄件，鐵水澆注溫度為1480°C ；
4)熱處理將澆注好的磨球加熱至950°C，保溫20分鐘，然后淬入245°C的鹽浴爐中進(jìn)行等溫淬火，并在鹽浴爐中保持10分鐘。
實(shí)施例三
一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，該磨球以(重量)百分比計(jì)由下列組分組成C :2.40，Si 1. 05，Mn 1. 40，Cr 2. 5，V 0. 20，B 0. 04，Ce 0. 08，P < O. 03，S < O. 03，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，所述制備工藝包括如下步驟
I)配料將廢鐵、娃鐵、猛鐵、絡(luò)鐵、鑰；鐵、砸鐵和鋪基稀土按上述配比進(jìn)彳丁配料；
2)熔煉將廢鐵、硅鐵、錳鐵和生鐵放入爐中熔化，爐前調(diào)整成分，將溫度升至 1580°C，加入硅鈣合金預(yù)脫氧，預(yù)脫氧3. 5分鐘后，加入鋁終脫氧，終脫氧3. 5分鐘后，加入鉻鐵、釩鐵，加入6分鐘后，加入硼鐵，硼鐵加入4分鐘后出爐；將鈰基稀土破碎至粒度為 2 4_的小塊,經(jīng)165°C烘干后,置于燒包底部,將鐵水沖入燒包；
3)澆注將熔煉好的鐵水澆注成鑄件，鐵水澆注溫度為1465°C ；
4)熱處理將澆注好的磨球加熱至940°C，保溫25分鐘，然后淬入235°C的鹽浴爐中進(jìn)行等溫淬火，并在鹽浴爐中保持12分鐘。
申請(qǐng)人聲明，本發(fā) 明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)， 對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，其特征在于，該磨球以(重量)百分比計(jì)由下列組分組成C 2. 30 2. 50, Si 0. 90 1. 20,Mn 1. 30 1. 50, Cr 2. O 3. O, V 0. 15 O. 25， B :0. 02 O. 06，Ce :0. 07 O. 09，P < O. 03，S < O. 03，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，所述制備工藝包括如下步驟1)配料將廢鐵、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、釩鐵、硼鐵和鈰基稀土按上述配比進(jìn)行配料；2)熔煉將廢鐵、硅鐵、錳鐵和生鐵等放入爐中熔化，爐前調(diào)整成分，將溫度升至 1560 1600°C左右，加入硅鈣合金預(yù)脫氧，預(yù)脫氧3 4分鐘后，加入鋁終脫氧，終脫氧3 4分鐘后，加入鉻鐵、fL鐵，加入5 7分鐘后,加入硼鐵,硼鐵加入3 5分鐘后出爐；將鋪基稀土破碎至粒度為2 4mm左右的小塊，經(jīng)150 180°C左右烘干后，置于澆包底部，將鐵水沖入澆包；3)澆注將熔煉好的鐵水澆注成鑄件，鐵水澆注溫度為1450 1480°C；4)熱處理將澆注好的磨球加熱至930 950°C左右，保溫20 30分鐘，然后淬入 225 245°C左右的鹽浴爐中進(jìn)行等溫淬火，并在鹽浴爐中保持10 14分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合金鑄鐵磨球的制備工藝，該磨球以(重量)百分比計(jì)由下列組分組成C2.30～2.50，Si0.90～1.20，Mn1.30～1.50，Cr2.0～3.0，V0.15～0.25，B0.02～0.06，Ce0.07～0.09，P＜0.03，S＜0.03，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，所述制備工藝包括如下步驟1)配料；2)熔煉；3)澆注；4)等溫淬火熱處理。本發(fā)明的合金鑄鐵的各種合金元素協(xié)同作用提高耐磨性，采用等溫淬火熱處理工藝，進(jìn)一步改善磨球的微觀組織，改善碳化物的形態(tài)和分布，進(jìn)一步提高磨球的韌性，使用壽命比現(xiàn)有技術(shù)中的含鉻鑄鐵長(zhǎng)2-3倍以上，并且使用中不碎裂。
文檔編號(hào)C22C37/06GK103060662SQ20121059510
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉文會(huì) 申請(qǐng)人:寧波市瑞通新材料科技有限公司