專利名稱：強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高鉻鑄鐵研磨體，尤其是涉及強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其制造方法。國(guó)際專利分類號(hào)為C22C37/06。
目前我國(guó)水泥工業(yè)正推廣使用一種高效率的高細(xì)水泥磨機(jī)，這種磨機(jī)專門使用一種膠囊形磨球，以提高研磨效率。但就目前生產(chǎn)膠囊形磨球的技術(shù)工藝還比較落后，首先材質(zhì)采用普通碳鋼，砂型鑄造，再經(jīng)高溫淬火十回火處理工藝;另外一種工藝是直接采用碳素鋼經(jīng)車床加工成形，再經(jīng)高溫淬火十回火處理工藝。其主要弊病是1、選材不合理，耐磨性差，即浪費(fèi)大量鋼材又束縛生產(chǎn)效率的提高。2、設(shè)備投資大，能源消耗高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
國(guó)外相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)有如下專利SU1082854A屬于一種低韌性高鉻鑄鐵材質(zhì)，不適于鑄造膠囊形磨球。所提供的傳統(tǒng)熱處理工藝也難以保證其使用性能。CN1051763A屬于一種低韌性、低強(qiáng)度中鉻合金鑄鐵材質(zhì)，不適于鑄造膠囊形磨球，否則會(huì)引起大面積破碎。其所述的生產(chǎn)工藝亦是一種傳統(tǒng)的老工藝能源消耗大，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)。CN1038844A系本發(fā)明人發(fā)明的一種只適于鑄造圓形而不適合鑄造膠囊形磨球的高鉻鑄鐵材質(zhì)，否則亦會(huì)引起破碎。
從這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)分析，都已把材質(zhì)的韌性與耐磨性的最佳配合作為主攻目標(biāo)，但還未發(fā)現(xiàn)適合鑄造膠囊形磨球的高鉻鑄鐵材材質(zhì)及生產(chǎn)工藝的報(bào)導(dǎo)。
本發(fā)明的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其制造方法。
本發(fā)明人為適應(yīng)我國(guó)水泥，礦山、電力工業(yè)球磨機(jī)大型化，高效率運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，經(jīng)過(guò)近幾年實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)應(yīng)用，發(fā)明了一種適合鑄造膠囊形(圓形)磨球的強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵磨球及其鑄造生產(chǎn)工藝，使磨球利用鑄態(tài)余熱消除應(yīng)力，鑄態(tài)下直接應(yīng)用。以此省略高溫?zé)崽幚砉に?，?jié)約能源、降低成本，而又使產(chǎn)品的韌性與耐磨性兼優(yōu)，這一發(fā)明與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)比較具有明顯的新穎性和創(chuàng)造性。通過(guò)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用證明，具有可靠的使用性和很高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本發(fā)明強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))為1.5～2.6%C,1.0～2.0%Si,0.4～0.6%Mn,0.01～0.1%P,0.01～0.1%S,12～16%Cr,0.01～0.5%Mo,0.01～0.6%Cu,0.01%～0.2%W,0.002～0.01%B,0.01～0.6%V,0.01～0.4%Ti,0.01～0.1%RE,余量為Fe.
優(yōu)選強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的化學(xué)成分為1.8～2.4%C,1.4～1.8%Si,0.45～0.58%Mn,0.04～0.08%P,0.04～0.08%S,13～15%Cr,0.02～0.4Mo,0.02～0.5%Cu,0.015～0.18%W,0.004～0.009%B,0.02～0.4%V,0.02～0.3%Ti,0.04～0.08%RE,余為Fe.
特別優(yōu)選的強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的化學(xué)成分為2.01～2.2%C,1.45～1.75%Si,0.5～0.52%Mn,0.06～0.07%P,0.05～0.06%S,13.9～14.3%Cr,0.03～0.33%Mo,0.04～0.4%Cu,0.09～0.10%V,0.06～0.07%W,0.025～0.3%B,0.025～0.28%Ti,0.05～0.07%RE,余為Fe.
最佳強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的化學(xué)組成為2.05%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.06%S,14%Cr,0.26%Mo,0.3%Cu,0.1%W,0.006%B,0.31%V,0.21%Ti,0.06%RE,其余為Fe.
現(xiàn)將本發(fā)明強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的有效化學(xué)成分設(shè)計(jì)依據(jù)及限定含量范圍的理由綜述如下(1)碳量在高鉻鑄鐵中，C主要是和Cr、Fe組成各種晶型的復(fù)合碳化物，C決定碳化物的數(shù)量，故嚴(yán)重影響材質(zhì)的韌性，隨著C量升高。碳化物數(shù)量增加，材質(zhì)韌性下降，但耐磨性升高。為了使材質(zhì)具備強(qiáng)韌性、高耐磨特征，須將有效碳量限定在1.5～2.6%范圍內(nèi)，即可滿足膠囊形磨球的要求。
(2)硅量Si是一種降低材質(zhì)淬透性的元素，在高鉻鑄鐵中Cr是一種提高淬透性的元素，它將使小截面的膠囊形磨球。在鑄態(tài)下易獲得鉻奧氏體，而膠囊形磨球在服役過(guò)程中，由于幾何形狀的緣故，致使磨損表面得不到足夠的沖擊應(yīng)力，即不能達(dá)到理想的加工硬化效果，因此鉻氏體基體就不能發(fā)揮其潛在的抗磨優(yōu)勢(shì)，則會(huì)表現(xiàn)出磨損嚴(yán)重，早期變形。因此，要在鑄態(tài)下使這種高溫奧氏體完全轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)，即避免鉻奧氏體保留到室溫。故須提高Si含量，但Si量不宜過(guò)高，過(guò)高的Si量將在γ-Fe中置換出一定量的C量，導(dǎo)致碳化物數(shù)量增加，降低韌性。故控制Si量在1.0～2.0%范圍內(nèi)。
(3)錳量Mn是一種擴(kuò)大γ。提高材質(zhì)淬透性的元素，但在鑄態(tài)膠囊形磨球所要求的高鉻鑄鐵中，避免奧氏體的出現(xiàn)，要使基體全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，須限制Mn量不能過(guò)高，要使Mn量控制在0.4～0.6%范圍內(nèi)。
(4)鉻量Cr含量決定共晶碳化物的類型，并提高碳化物的數(shù)量，在Cr的碳化物系列中，以(Fe.Cr)7C3型為最優(yōu)，顯微硬度高(1500～1800HV)，立體形態(tài)為棒條狀，完全不同于(Fe.Cr)3C型的片狀，即大幅度地避免了對(duì)基體的切割作用，顯著提高了材質(zhì)的韌性，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)室研究證明，在Cr大量大于12%時(shí)，高鉻鑄鐵的共晶碳化物類型開始以M7C3型為主。但又不能使磨球在鑄態(tài)下獲得鉻奧氏體、鉻鐵素體、則控制Cr量在12～16%范圍內(nèi)。
(5)鉬、鎢、釩、鈦、硼、銅含量Mo、W、V、Ti、B、Cu元素主要是用來(lái)補(bǔ)充由于鉻大部分進(jìn)入碳化物而使基體中鉻量不足的缺陷，進(jìn)一步提高基體的顯微硬度，增強(qiáng)基體對(duì)碳化物的鑲嵌能力，這此元素不能加入過(guò)量，避免形成新的碳化物。故采用這六種元素微量聯(lián)合強(qiáng)化將它們的有效成分分別控制為0.01～0.5%Mo,0.01～0.2%w,0.01～0.6%V,0.01～0.4%Ti,0.002～0.01%B,0.01～0.6%Cu.
(6)稀土RE在合金液中能形成熱力學(xué)穩(wěn)定的氧化物、硫化物、氮化物、氫化物，且此重輕，易于排除，其形狀大都為圓形，并具有一定的晶型構(gòu)造，起著結(jié)晶核心的作用，因此，加入少量的RE有用來(lái)凈化鐵水，細(xì)化晶粒，提高鑄態(tài)磨球強(qiáng)度和韌性，故將RE加入量控制在0.5～0.07%范圍內(nèi)。
(7)磷、硫含量在本發(fā)明中，將P、S視為雜質(zhì)，是金屬材料中帶入的，不加特殊控制。
本發(fā)明的強(qiáng)韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球的制造方法如下1.將符合化學(xué)成分要求的鐵水。在1380～1450℃澆注到金屬型十砂型復(fù)合成型的磨球型腔中，待凝固定后開箱。
2.利用磨球的鑄態(tài)余熱等溫(180～200℃)消除鑄造應(yīng)力鑄態(tài)下直接應(yīng)用。


圖1和2是用發(fā)明配方及方法制造的膠囊形球硬度HRc圖3和4圓球硬度HRc從圖中可以看出，用發(fā)明配方及方法不論是制造膠囊形，還是制造圓形磨球，其鑄態(tài)洛氏硬度都是在50～55HRc范圍內(nèi)，完全滿足各類球磨機(jī)對(duì)研磨體的使用要求，即本發(fā)明磨球可實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)下應(yīng)用。
利用本發(fā)明方法制造的磨球具有如下效果1.抗彎強(qiáng)度(δw)600～1000N/mm22.沖擊值(αR)5～10J/cm23.洛氏硬度(HRc)50～55如圖1、2所示下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的精神和范圍。
實(shí)施例1
按本發(fā)明材質(zhì)化學(xué)成分要求將配制的生鐵、廢鋼、中間合金一起加入到電爐中熔化，待鐵水符合下列化學(xué)成分并達(dá)到1500～1550℃時(shí)，出爐澆注，使其成分達(dá)到(重量百分?jǐn)?shù))2.0%C,1.3%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.08%S,13%Cr,0.2%Mo,0.3%Cu,0.2%V,0.1%W,0.008%B,0.2%Ti,0.05%RE,余為Fe.
將鑄出的膠囊形磨球按工藝要求利用鑄態(tài)下自身余熱消除應(yīng)力，在180～200℃溫度場(chǎng)保溫并緩冷至室溫。共鑄出膠囊球12噸，直接裝入水泥磨機(jī)應(yīng)用，使用效果見表1實(shí)施例2按成分要求將配制的生鐵、廢鋼、中間合金混合裝入電爐內(nèi)熔化，待鐵水符合下列化學(xué)成分時(shí)即出爐澆注。有效成分范圍為(重量百分?jǐn)?shù))2.2%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.07%P,0.06%S,14%Cr,0.3%Mo,0.4%Cu,0.3%V,0.1%W,0.07%B,0.25%Ti,0.05%RE,余為Fe.
共鑄出膠囊球10噸。鑄態(tài)下直接應(yīng)用，使用效果見表1。
實(shí)施例3按成分要求將配制的生鐵、廢鋼、中間合金混合裝入電爐內(nèi)熔化，待鐵水符合下列化學(xué)成分時(shí)即出爐澆注。有效成分范圍為2.05%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.06%S,14%Cr,0.26%Mo,0.3%Cu,0.31%V,0.1%W,0.006%B,0.21%Ti,0.06%RE,余為Fe.
鑄出的膠囊球20噸，圓球31噸，分別裝在水泥磨機(jī)和電廠粉煤磨機(jī)，使用效果見表1。
表1
通過(guò)工業(yè)應(yīng)用證明，本發(fā)明磨球具備強(qiáng)韌性、高耐磨特征，是建材水泥，冶金選礦、火力發(fā)電等行業(yè)各類球磨機(jī)理想研磨體。應(yīng)該明白，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都可在本發(fā)明范圍內(nèi)有所改變，但這些都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高韌性和高耐磨性鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的膠囊形(圓形)磨球，其特征在于，磨球化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))為1.5～2.6%C，1.0～2.0%Si，0.4～0.6%Mn， 0.01～0.1%P，0.01～0.1%S， 12～16%Cr， 0.01～0.5%Mo， 0.01～0.6%Cu，0.01～0.2%W， 0.002～0.01%B， 0.01～0.6%V， 0.01～0.4%Ti，0.01～0.1%RE， 余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨球，其特征在于，磨球的化學(xué)成分為1.8～2.4%C, 1.4～1.8%Si, 0.45～0.58%Mn,0.04～0.08%P, 0.04～0.08%S, 13～15%Cr,0.02～0.4Mo, 0.02～0.5%Cu, 0.015～0.18%W,0.004～0.009%B, 0.02～0.4%V, 0.02～0.3%Ti,0.04～0.08%RE, 余為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨球，其特征在于，磨球化學(xué)成分為2.01～2.2%C, 1.45～1.75%Si, 0.5～0.52%Mn,0.06～0.07%P, 0.05～0.06%S, 13.9～14.3%Cr,0.03～0.33%Mo, 0.04～0.4%Cu, 0.09～0.10%V,0.06～0.07%W, 0.025～0.3%B, 0.025～0.28%Ti,0.05～0.07%RE,余為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨球，其特征在于所述磨球的化學(xué)成分為2.05%C, 1.5%Si, 0.5%Mn, 0.05%P, 0.06%S,14%Cr, 0.26%Mo, 0.3%Cu 0.1%W,0.006%B, 0.31%V, 0.21%Ti, 0.06%RE,其余為Fe。
5.一種鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的膠囊形(圓形)磨球的生產(chǎn)工藝，其特征在于本發(fā)明成分的鐵水，以1380～1450℃澆注到金屬型十砂型復(fù)合成型的型腔中，再利用鑄態(tài)余熱進(jìn)行等溫(180～200℃)消除應(yīng)力。
全文摘要
一種高韌性和高耐磨性鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的膠囊形(圓形)磨球，其特征在于，磨球化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))為1.5～2.6％C，1.0～2.0％Si，0.4～0.6％Mn，0.01～0.1％P，0.01～0.1％S，12～16％Cr，0.01～0.5％Mo，0.01～0.6％Cu，0.01～0.2％W，0.002～0.01％B，0.01～0.6％V，0.01～0.4％Ti，0.01～0.1％RE，余為Fe。一種鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質(zhì)的膠囊形(圓形)磨球的生產(chǎn)工藝其特征在于本發(fā)明成分的鐵水，以1380～1450℃澆注到金屬型+砂型復(fù)合成型的型腔中，再利用鑄態(tài)余熱進(jìn)行等溫(180～200℃)消除應(yīng)力。
文檔編號(hào)C22C37/06GK1071972SQ9211322
公開日1993年5月12日 申請(qǐng)日期1992年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月25日
發(fā)明者左貴平 申請(qǐng)人:河北工學(xué)院