CN104087887A - 一种高硬度涂层磨段 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬度涂层磨段，包括圆柱型合金基质和涂层，基质的组分按重量百分比包括：碳：1.7-1.9％，铬：16-18％，稀土元素：2.4-2.6％，钙：1.3-1.6％，锰：1.2-1.3％，钨：1.3-1.6％，硅：0.6-0.8％，钛：1.5-1.6％，余量为铁和杂质；对基质进行阶梯升降温回火处理和表面预处理后，在基质表面等离子喷涂纯镍结合层和Al2O3/TiO2陶瓷层得到高硬度涂层磨段，Al2O3和TiO2的质量比为80-85：15-20。本发明硬度高达75HRC以上，耐磨性能好，冲击韧性可达9J/cm2，可防止磨段破碎，还耐热耐腐蚀，可在多种环境下使用，尤其适用于湿磨法使用环境。
Description
技术领域
本发明涉及磨段技术领域，尤其涉及一种高硬度涂层磨段。
背景技术
球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机磨段是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机磨段之间、磨段与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。现有技术中，球磨机的磨介磨段主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬磨段、低铬磨段、多元合金磨段和钒钛铬合金磨段等，其工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。磨煤机磨段在使用时的硬度和耐磨性是影响磨煤机整形效果的主要因素之一。为了提高破碎效率和磨段的耐用度，需要磨段表面有足够的硬度和耐磨度。同时，在研磨过程中，磨段与磨料、磨段与衬板以及磨段与磨段之间发生的冲撞不可避免，因此，还要求磨段有一定的韧性，避免破碎，这就对磨段的成分提出高等级的要求。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高硬度涂层磨段，硬度高达75HRC以上，耐磨性能好，冲击韧性可达9J/cm2，可防止磨段破碎，还耐热耐腐蚀，可在多种环境下使用，尤其适用于湿磨法使用环境。
本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬锭、稀土合金、生石灰、生铁、锰锭、钨钢放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量小于4％，氩气流速为15-20L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2700-2800℃进行保温，保温时间为0.7-1.2h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2900-3000℃保温3-4h，保温过程中抽真空维持负压为0.3-0.4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.7-1.9％，铬：16-18％，稀土元素：2.4-2.6％，钙：1.3-1.6％，锰：1.2-1.3％，钨：1.3-1.6％，硅：0.6-0.8％，钛：1.5-1.6％，硫：0.02-0.05％，磷：0.01-0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500-2600℃，冷却至240-280℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5％，氩气流量为10-15L/min，一次升温至500-550℃，保温2-3h，二次升温至620-660℃，保温2-3h，三次升温至740-790℃，保温2-3h，四次升温至830-880℃，保温2-3h，五次升温至920-960℃，保温2-3h，六次升温至1000-1030℃，保温2-3h，七次升温至1100-1125℃，保温2-3h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至600-700℃，保温1-2h后取风冷，继续回火至450-500℃，保温3-4h后油冷，接着回火至280-330℃，保温5-6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3-4min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15-20min，清洗温度为55-65℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中16-20min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为1-3μm；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为90-95μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为190-195μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为80-85：15-20，等离子喷涂系统的参数如下：电流550-600A，电压为50V，氩气的流量为50-52L/min，氢气的流量为25-26L/min，原料送粉率为1.6-1.8kg/h。
优选地，S2中，检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.8％，铬：17％，稀土元素：2.5％，钙：1.4％，锰：1.25％，钨：1.5％，硅：0.7％，钛：1.55％，硫：0.04％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地，S6中，利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为93μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为192μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为83：17，等离子喷涂系统的参数如下：电流570A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25.5L/min，原料送粉率为1.7kg/h。
在由铁矿石生产各种铁或铁合金时，由于铁矿中往往伴生有磷、硫等金属或非金属矿，导致最终的铁或铁合金中含有磷、硫等元素以及难以避免的杂质。
本发明采用废钢、铬铁合金、稀土合金等原料配合作为圆柱型合金基质的主料，实现本发明对于圆柱型合金基质密度高和冲击韧性高的要求，提高磨段在使用中磨削效率，加强磨段的耐用性；钛锭、粒径为55-60μm的碳粉、粒径为30-50μm的硅粉和熔炼前通入的氩气相互配合，可减少基质合金液在熔炼中与氧气接触，减少圆柱型合金基质中氧化物的生成，还将各种杂质转化成炉渣或将氧化物还原，进一步提高磨段的使用寿命；在热处理中采用阶梯式升降温进行回火处理，使圆柱型合金基质中的奥氏体转化成为马氏体，大幅度提高圆柱型合金基质的强度，增强本发明的耐磨性；在进行表面涂层前进行预处理，增强基质表面的粗糙程度，使涂层与基质结合更加紧密；选用纯镍作为结合层，加强基质和Al2O3/TiO2陶瓷层粘连强度；采用等离子喷涂的方法在圆柱型合金基质表面喷涂纯镍结合层和Al2O3/TiO2陶瓷层,其中陶瓷层中的Al2O3和TiO2质量比为80-85：15-20，Al2O3/TiO2陶瓷层厚度为190-195μm，利用Al2O3提高磨段耐磨性能，满足实际使用过程中对磨段的要求，经检测发现磨段硬度可达70HRC以上，适用于大部分材料的研磨，而Al2O3/TiO2陶瓷层在磨段表面形成致密的保护膜，显著提高耐热、耐腐蚀和耐氧化的性能，使本发明更适用于湿法研磨，还提高本发明的使用寿命，间接降低了使用成本。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬锭、稀土合金、生石灰、生铁、锰锭、钨钢放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3.7％，氩气流速为15L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2800℃进行保温，保温时间为0.7h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至3000℃保温3h，保温过程中抽真空维持负压为0.4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.7％，铬：18％，稀土元素：2.4％，钙：1.6％，锰：1.2％，钨：1.6％，硅：0.6％，钛：1.6％，硫：0.02％，磷：0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500℃，冷却至280℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量为3％，氩气流量为15L/min，一次升温至500℃，保温3h，二次升温至620℃，保温3h，三次升温至740℃，保温3h，四次升温至830℃，保温3h，五次升温至920℃，保温3h，六次升温至1000℃，保温3h，七次升温至1100℃，保温3h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至600℃，保温2h后取风冷，继续回火至450℃，保温4h后油冷，接着回火至280℃，保温6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为20min，清洗温度为55℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中20min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为1μm；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为95μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为190μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为85：15，等离子喷涂系统的参数如下：电流600A，电压为50V，氩气的流量为50L/min，氢气的流量为26L/min，原料送粉率为1.6kg/h。
实施例2
本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬锭、稀土合金、生石灰、生铁、锰锭、钨钢放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3％，氩气流速为20L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2700℃进行保温，保温时间为1.2h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2900℃保温4h，保温过程中抽真空维持负压为0.3kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.9％，铬：16％，稀土元素：2.6％，钙：1.3％，锰：1.3％，钨：1.3％，硅：0.8％，钛：1.5％，硫：0.05％，磷：0.01％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2600℃，冷却至240℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量为4.6％，氩气流量为10L/min，一次升温至550℃，保温2h，二次升温至660℃，保温2h，三次升温至790℃，保温2h，四次升温至880℃，保温2h，五次升温至960℃，保温2h，六次升温至1030℃，保温2h，七次升温至1125℃，保温2h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至700℃，保温1h后取风冷，继续回火至500℃，保温3h后油冷，接着回火至330℃，保温5h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中4min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15min，清洗温度为65℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中16min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为3μm；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为90μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为195μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为80：20，等离子喷涂系统的参数如下：电流550A，电压为50V，氩气的流量为52L/min，氢气的流量为25L/min，原料送粉率为1.8kg/h。
实施例3
本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬锭、稀土合金、生石灰、生铁、锰锭、钨钢放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3.5％，氩气流速为17L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2780℃进行保温，保温时间为1h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2920℃保温3.4h，保温过程中抽真空维持负压为0.32kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.8％，铬：17％，稀土元素：2.5％，钙：1.4％，锰：1.25％，钨：1.5％，硅：0.7％，钛：1.55％，硫：0.04％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2570℃，冷却至250℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量为4.3％，氩气流量为12L/min，一次升温至530℃，保温2.3h，二次升温至640℃，保温2.7h，三次升温至760℃，保温2.5h，四次升温至870℃，保温2.1h，五次升温至940℃，保温2.5h，六次升温至1010℃，保温2.6h，七次升温至1110℃，保温2.4h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至680℃，保温1.4h后取风冷，继续回火至470℃，保温3.4h后油冷，接着回火至300℃，保温5.6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3.9min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为18min，清洗温度为60℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中17min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为2μm；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为93μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为192μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为83：17，等离子喷涂系统的参数如下：电流570A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25.5L/min，原料送粉率为1.7kg/h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高硬度涂层磨段，其特征在于，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬锭、稀土合金、生石灰、生铁、锰锭、钨钢放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量小于4％，氩气流速为15-20L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2700-2800℃进行保温，保温时间为0.7-1.2h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2900-3000℃保温3-4h，保温过程中抽真空维持负压为0.3-0.4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.7-1.9％，铬：16-18％，稀土元素：2.4-2.6％，钙：1.3-1.6％，锰：1.2-1.3％，钨：1.3-1.6％，硅：0.6-0.8％，钛：1.5-1.6％，硫：0.02-0.05％，磷：0.01-0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500-2600℃，冷却至240-280℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5％，氩气流量为10-15L/min，一次升温至500-550℃，保温2-3h，二次升温至620-660℃，保温2-3h，三次升温至740-790℃，保温2-3h，四次升温至830-880℃，保温2-3h，五次升温至920-960℃，保温2-3h，六次升温至1000-1030℃，保温2-3h，七次升温至1100-1125℃，保温2-3h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至600-700℃，保温1-2h后取风冷，继续回火至450-500℃，保温3-4h后油冷，接着回火至280-330℃，保温5-6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3-4min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15-20min，清洗温度为55-65℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中16-20min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为1-3μm；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为90-95μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为190-195μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为80-85：15-20，等离子喷涂系统的参数如下：电流550-600A，电压为50V，氩气的流量为50-52L/min，氢气的流量为25-26L/min，原料送粉率为1.6-1.8kg/h。
2.如权利要求1所述高硬度涂层磨段，其特征在于，S2中，检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.8％，铬：17％，稀土元素：2.5％，钙：1.4％，锰：1.25％，钨：1.5％，硅：0.7％，钛：1.55％，硫：0.04％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述高硬度涂层磨段，其特征在于，S6中，利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为93μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为192μm陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75μm的Al2O3和TiO2混合粉料，Al2O3和TiO2的质量比为83：17，等离子喷涂系统的参数如下：电流570A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25.5L/min，原料送粉率为1.7kg/h。
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