CN104141089B - 一种高铬合金耐磨球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢70-100份、铬铁5-10份、钼铁1-1.5份、钒铁1-1.3份、锰铁0.1-0.3份、硅铁0.2-0.6份、金属锌2-5份；采用高频感应熔覆和电火花沉积技术处理了其表面；高频感应熔覆的步骤为：调节真空度为50-80Pa，启动高频感应熔覆设备，电流在50-80s内从500-550A升至1650-1720A，保温50-120s，电流在30-40s内降至500-550A关闭高频感应设备、冷却；电火花沉积技术参数为：氢气流量：3-7m3/h，沉积电压150-200V，沉积频率1450-1560Hz，沉积功率2000-2500W，沉积时间5-6min/cm2，旋转沉积枪转速1800-2200r/min。本发明所述的耐磨球，具有优异的冲击强度、硬度、耐热性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦材料技术领域，尤其涉及一种高铬合金耐磨球。
背景技术
摩擦行为无处不在，造成了巨大的国民经济损失。调查发现，仅磨料磨损一项每年就使得工业国家损失国民生产总值的1％-4％，随着经济的高速发展和社会的进步，磨损所带来的社会损失将更加巨大。
耐磨球是球磨机中的磨砂介质，种类繁多。高铬白口铸铁磨球也称之为高铬合金铸球、高铬钢球，简称之为高铬球，作为耐磨球的一种，目前广泛应用于水泥建材、金属矿山、煤浆火电、化学工程、陶瓷涂料、轻工造纸、磁性材料等行业的粉体制备与超细深加工。
但是，现存的耐磨球在耐腐蚀性、耐热性性、抗冲击性、硬度、耐磨性和韧性方面欠佳，不能满足现在社会的要求。
发明内容
本发明提出了一种高铬合金耐磨球，其具有优异的冲击强度、硬度、耐热性和耐磨性。
本发明提出了一种高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢70-100份、铬铁10-15份、钼铁1-1.5份、钒铁1-1.3份、锰铁0.1-0.3份、硅铁0.2-0.6份、金属锌2-5份；
根据上述原料配比，按照以下工艺进行制备高铬合金耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1490-1510℃，保温25-50min后加入铬铁、钼铁、钒铁，待完全熔化后加入硅铁、锰铁和金属锌，升温至1550-1600℃加热至完全熔化得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，依次经过两次热处理得到耐磨球坯，其中，一次热处理过程具体如下：在50-55min内从室温升温至780-800℃，保温30-60min，在25-30min内升温至980-1040℃，保温20-30min，在2-3min内升温至1050-1080℃，保温12-15min，在5min内降温至1000-1040℃，保温5-8min，在3-5min内升温至1050-1080℃，保温5-8min，冷却至室温；二次热处理过程具体如下：加热至500-530℃，保温20-35min，水冷至室温；加热至500-530℃，保温10-25min，空冷至室温；
S3、将S2中得到的耐磨球坯用砂纸打磨，用丙酮清洗后用乙醇清洗；将高频感应熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为150-185℃，保温2-3h；将干燥后的高频感应熔覆粉末与粘接剂混合成糊状后涂抹在清洗之后的耐磨球坯表面，厚度为2-3mm，得到预处理耐磨球；所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.5-2.2％，Cr：15-17％，Mo：0.2-0.8％，Si：0.5-1.8％，Nb：0.5-2％，B：1.2-2.3％，Mn：3.5-5.2％，Fe：1-3.5％，余量为Ni；
S4、将S3中得到的预处理耐磨球放入80-95℃干燥箱中，保温10-15h后放入真空加热设备中进行高频感应熔覆，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为50-80Pa，启动高频感应熔覆设备，在50-80s内将电流从500-550A升高至1650-1720A，保温50-120s，在30-40s内将电流降至500-550A后关闭高频感应设备，冷却至室温；利用电火花沉积技术将YG8硬质合金涂覆在高频感应熔覆后的预处理耐磨球的表面，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：3-7m3/h,，沉积电压为150-200V，沉积频率为1450-1560Hz，沉积功率为2000-2500W，沉积时间为5-6min/cm2，旋转沉积枪转速为1800-2200r/min；
S5、将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至300-380℃，保温5-12h，降温后得到所述耐磨球。
优选地，上述高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢80-90份、铬铁11-14份、钼铁1-1.4份、钒铁1-1.2份、锰铁0.1-0.2份、硅铁0.2-0.5份、金属锌2-4份。
优选地，上述高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢85份、铬铁12份、钼铁1.2份、钒铁1.15份、锰铁0.19份、硅铁0.45份、金属锌3.3份。
优选地，在S2中，一次热处理过程具体如下：在52min内从室温升温至789℃，保温55min，在27min内升温至1006℃，保温23min，在2.6min内升温至1055℃，保温14min，在5min内降温至1010℃，保温6min，在3.4min内升温至1065℃，保温7min，冷却至室温。
优选地，在S2中，二次热处理过程具体如下：加热至520℃，保温30min，水冷至室温；加热至510℃，保温20min，空冷至室温。
优选地，在S3中，所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2％，Cr：15％，Mo：0.55％，Si：1.3％，Nb：0.98％，B：2.1％，Mn：4.3％，Fe：3.2％，余量为Ni。
优选地，在S3中，所述粘接剂为羧甲基纤维素钠溶液、水玻璃、蔗糖溶液、乙醇中的一种。
优选地，在S4中，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为75Pa，启动高频感应熔覆设备，在66s内将电流从534A升高至1698A，保温104s，在35s内将电流降至539A后关闭高频感应设备，冷却至室温。
优选地，在S4中，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：5m3/h,，沉积电压为176V，沉积频率为1498Hz，沉积功率为2456W，沉积时间为5min/cm2，旋转沉积枪转速为2200r/min。
优选地，在S5中，将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至355℃，保温10h，降温后得到所述耐磨球。
本发明所述高铬合金耐磨球热处理工艺中，采取了不同的升温速率，防止了奥氏体中析出较多的碳化物，同时防止了奥氏体大量分解为共析组织，提高了耐磨球的性能；热处理之后采用了高频感应激光熔覆和电火花沉积技术对耐磨球的表面进行了改性，在高频感应激光熔覆中，合金熔化状态下，Cr、Ni元素的流动性增强，熔覆层中的元素分布均匀，熔覆层内的残余应力变小，单位长度上的裂纹密度变小，抑制了裂纹的产生并最终消除了裂纹的产生；同时Ni元素的标准电位高，钝化性能好，提高了耐磨球的耐腐蚀性；之后进行了电火花沉积技术，制备了复合涂层，在涂层中分布着细小的硬质颗粒，提高了复合涂层的的显微硬度，降低了复合涂层的摩擦系数，提高了耐磨球的性能，得到了综合性能优异的耐磨球。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明所述高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢70份、铬铁12.5份、钼铁1份、钒铁1.1份、锰铁0.3份、硅铁0.4份、金属锌5份；
根据上述原料配比，按照以下工艺进行制备高铬合金耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1490℃，保温50min后加入铬铁、钼铁、钒铁，待完全熔化后加入硅铁、锰铁和金属锌，升温至1576℃加热至完全熔化后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，依次经过两次热处理工艺得到耐磨球坯，其中，一次热处理过程具体如下：在50min内从室温升温至780℃，保温60min，在27min内升温至1040℃，保温20min，在2min内升温至1065℃，保温13.6min，在5min内降温至1040℃，保温6min，在5min内升温至1080℃，保温5min，冷却至室温；二次热处理过程具体如下：加热至500℃，保温35min，水冷至室温；加热至500℃，保温25min，空冷至室温；
S3、将S2中得到的耐磨球坯用砂纸打磨，用丙酮清洗后用乙醇清洗；将高频感应熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为167℃，保温2.3h；将干燥后的高频感应熔覆粉末与粘接剂混合成糊状后涂抹在清洗之后的耐磨球坯的表面，厚度为3mm，得到预处理耐磨球；所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.5％，Cr：15.7％，Mo：0.8％，Si：0.5％，Nb：2％，B：1.2％，Mn：3.5％，Fe：3.5％，余量为Ni；
S4、将S3中得到的预处理耐磨球放入87℃干燥箱中，保温13h后放入真空加热设备中进行高频感应熔覆，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为62Pa，启动高频感应熔覆设备，在80s内将电流从500A升高至1720A，保温50s，在40s内将电流降至500A后关闭高频感应设备，冷却至室温；利用电火花沉积技术将YG8硬质合金涂覆在高频感应熔覆后的预处理耐磨球的表面，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：4m3/h,，沉积电压为200V，沉积频率为1476Hz，沉积功率为2000W，沉积时间为6min/cm2，旋转沉积枪转速为2200r/min；
S5、将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至345℃，保温7.6h，降温后得到所述耐磨球。
实施例2
本发明所述高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁14份、钼铁1.5份、钒铁1份、锰铁0.15份、硅铁0.2份、金属锌5份；
根据上述原料配比，按照以下工艺进行制备高铬合金耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1500℃，保温35min后加入铬铁、钼铁、钒铁，待完全熔化后加入硅铁、锰铁和金属锌，升温至1550℃加热至完全熔化后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，依次经过两次热处理得到耐磨球坯，其中，一次热处理过程具体如下：在53min内从室温升温至786℃，保温52min，在25min内升温至980℃，保温30min，在2.6min内升温至1050℃，保温15min，在5min内降温至1010℃，保温5min，在4min内升温至1050℃，保温8min，冷却至室温；二次热处理过程具体如下：加热至530℃，保温20min，水冷至室温；加热至512℃，保温22min，空冷至室温；
S3、将S2中得到的耐磨球坯用砂纸打磨，用丙酮清洗后用乙醇清洗；将高频感应熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为185℃，保温2h；将干燥后的高频感应熔覆粉末与乙醇混合成糊状后涂抹在清洗后的耐磨球坯的表面，厚度为2mm，得到预处理耐磨球；所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.6％，Cr：15％，Mo：0.2％，Si：1.3％，Nb：0.5％，B：1.7％，Mn：5.2％，Fe：2.3％，余量为Ni；
S4、将S3中得到的预处理耐磨球放入80℃干燥箱中，保温15h后放入真空加热设备中进行高频感应熔覆，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为80Pa，启动高频感应熔覆设备，在50s内将电流从530A升高至1650A，保温120s，在30s内将电流降至550A后关闭高频感应设备，冷却至室温；利用电火花沉积技术将YG8硬质合金涂覆在高频感应熔覆后的预处理耐磨球的表面，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：7m3/h,，沉积电压为165V，沉积频率为1450Hz，沉积功率为2500W，沉积时间为6min/cm2，旋转沉积枪转速为1800r/min；
S5、将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至300℃，保温12h，降温后得到所述耐磨球。
实施例3
本发明所述高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢75份、铬铁13.8份、钼铁1.2份、钒铁1.3份、锰铁0.1份、硅铁0.6份、金属锌3.6份；
根据上述原料配比，按照以下工艺进行制备高铬合金耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1510℃，保温25min后加入铬铁、钼铁、钒铁，待完全熔化后加入硅铁、锰铁和金属锌，升温至1600℃加热至完全熔化后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、将S1中得到的耐磨球坯放入电炉中，依次经过两次热处理得到耐磨球坯，其中，一次热处理过程具体如下：在55min内从室温升温至800℃，保温30min，在30min内升温至1020℃，保温24min，在3min内升温至1080℃，保温12min，在5min内降温至1000℃，保温8min，在3min内升温至1060℃，保温7min，冷却至室温；二次热处理过程具体如下：加热至511℃，保温26.3min，水冷至室温；加热至530℃，保温10min，空冷至室温；
S3、将S2中得到的耐磨球坯用砂纸打磨，用丙酮清洗后用乙醇清洗；将高频感应熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为150℃，保温3h；将干燥后的高频感应熔覆粉末与水玻璃混合成糊状后涂抹在清洗后的耐磨球坯表面，厚度为2.6mm，得到预处理耐磨球；所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2.2％，Cr：17％，Mo：0.38％，Si：1.8％，Nb：1.2％，B：1.2％，Mn：4.1％，Fe：1％，余量为Ni；
S4、将S3中得到的预处理耐磨球放入95℃干燥箱中，保温10h后放入真空加热设备中进行高频感应熔覆，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为50Pa，启动高频感应熔覆设备，在71s内将电流从550A升高至1671A，保温80s，在36s内将电流降至535A后关闭高频感应设备，冷却至室温；利用电火花沉积技术将YG8硬质合金涂覆在高频感应熔覆后的预处理耐磨球的表面，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：3m3/h,，沉积电压为150V，沉积频率为1560Hz，沉积功率为2150W，沉积时间为5min/cm2，旋转沉积枪转速为1950r/min；
S5、将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至380℃，保温5h，降温后得到所述耐磨球。
实施例4
本发明所述高铬合金耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢85份、铬铁12.6份、钼铁1.2份、钒铁1.15份、锰铁0.19份、硅铁0.45份、金属锌3.3份；
根据上述原料配比，按照以下工艺进行制备高铬合金耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1506℃，保温37min后加入铬铁、钼铁、钒铁，待完全熔化后加入硅铁、锰铁和金属锌，升温至1589℃加热至完全熔化后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，依次经过两次热处理得到耐磨球坯，其中，一次热处理过程具体如下：在52min内从室温升温至789℃，保温55min，在27min内升温至1006℃，保温23min，在2.6min内升温至1055℃，保温14min，在5min内降温至1010℃，保温6min，在3.4min内升温至1065℃，保温7min，冷却至室温；二次热处理过程具体如下：加热至520℃，保温30min，水冷至室温；加热至510℃，保温20min，空冷至室温；
S3、将S2中得到的耐磨球坯用砂纸打磨，用丙酮清洗后用乙醇清洗；将高频感应熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为174℃，保温2.5h；将干燥后的高频感应熔覆粉末与羧甲基纤维素钠溶液混合成糊状后涂抹在清洗后的耐磨球坯表面，厚度为2.7mm，得到预处理耐磨球；所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2％，Cr：15％，Mo：0.55％，Si：1.3％，Nb：0.98％，B：2.1％，Mn：4.3％，Fe：3.2％，余量为Ni；
S4、将S3中得到的预处理耐磨球放入87℃干燥箱中，保温13.6h后放入真空加热设备中进行高频感应熔覆，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为75Pa，启动高频感应熔覆设备，在66s内将电流从534A升高至1698A，保温104s，在35s内将电流降至539A后关闭高频感应设备，冷却至室温；利用电火花沉积技术将YG8硬质合金涂覆在高频感应熔覆后的预处理耐磨球的表面，氢气流量：5m3/h,，沉积电压为176V，沉积频率为1498Hz，沉积功率为2456W，沉积时间为5min/cm2，旋转沉积枪转速为2200r/min；
S5、将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至355℃，保温10h，降温后得到所述耐磨球。
Claims (10)
1.一种高铬合金耐磨球，其特征在于，其按重量份数由下述原料组成：废钢70-100份、铬铁10-15份、钼铁1-1.5份、钒铁1-1.3份、锰铁0.1-0.3份、硅铁0.2-0.6份、金属锌2-5份；
根据上述原料配比，按照以下工艺进行制备高铬合金耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1490-1510℃，保温25-50min后加入铬铁、钼铁、钒铁，待完全熔化后加入硅铁、锰铁和金属锌，升温至1550-1600℃加热至完全熔化得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，依次经过两次热处理得到耐磨球坯，其中，一次热处理过程具体如下：在50-55min内从室温升温至780-800℃，保温30-60min，在25-30min内升温至980-1040℃，保温20-30min，在2-3min内升温至1050-1080℃，保温12-15min，在5min内降温至1000-1040℃，保温5-8min，在3-5min内升温至1050-1080℃，保温5-8min，冷却至室温；二次热处理过程具体如下：加热至500-530℃，保温20-35min，水冷至室温；加热至500-530℃，保温10-25min，空冷至室温；
S3、将S2中得到的耐磨球坯用砂纸打磨，用丙酮清洗后用乙醇清洗；将高频感应熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为150-185℃，保温2-3h；将干燥后的高频感应熔覆粉末与粘接剂混合成糊状后涂抹在清洗之后的耐磨球坯表面，厚度为2-3mm，得到预处理耐磨球；所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.5-2.2％，Cr：15-17％，Mo：0.2-0.8％，Si：0.5-1.8％，Nb：0.5-2％，B：1.2-2.3％，Mn：3.5-5.2％，Fe：1-3.5％，余量为Ni；
S4、将S3中得到的预处理耐磨球放入80-95℃干燥箱中，保温10-15h后放入真空加热设备中进行高频感应熔覆，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为50-80Pa，启动高频感应熔覆设备，在50-80s内将电流从500-550A升高至1650-1720A，保温50-120s，在30-40s内将电流降至500-550A后关闭高频感应设备，冷却至室温；利用电火花沉积技术将YG8硬质合金涂覆在高频感应熔覆后的预处理耐磨球的表面，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：3-7m3/h,，沉积电压为150-200V，沉积频率为1450-1560Hz，沉积功率为2000-2500W，沉积时间为5-6min/cm2，旋转沉积枪转速为1800-2200r/min；
S5、将S4中经电火花沉积技术涂覆后的预处理耐磨球放入电炉中，加热至300-380℃，保温5-12h，降温后得到所述耐磨球。
2.根据权利要求1所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，其按重量份数由下述原料组成：废钢80-90份、铬铁11-14份、钼铁1-1.4份、钒铁1-1.2份、锰铁0.1-0.2份、硅铁0.2-0.5份、金属锌2-4份。
3.根据权利要求2所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，其按重量份数由下述原料组成：废钢85份、铬铁12份、钼铁1.2份、钒铁1.15份、锰铁0.19份、硅铁0.45份、金属锌3.3份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S2中，一次热处理过程具体如下：在52min内从室温升温至789℃，保温55min，在27min内升温至1006℃，保温23min，在2.6min内升温至1055℃，保温14min，在5min内降温至1010℃，保温6min，在3.4min内升温至1065℃，保温7min，冷却至室温。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S2中，二次热处理过程具体如下：加热至520℃，保温30min，水冷至室温；加热至510℃，保温20min，空冷至室温。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S3中，所述高频感应熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2％，Cr：15％，Mo：0.55％，Si：1.3％，Nb：0.98％，B：2.1％，Mn：4.3％，Fe：3.2％，余量为Ni。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S3中，所述粘接剂为羧甲基纤维素钠溶液、水玻璃、蔗糖溶液、乙醇中的一种。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S4中，所述高频感应熔覆的具体工艺步骤如下：打开真空泵调节真空度为75Pa，启动高频感应熔覆设备，在66s内将电流从534A升高至1698A，保温104s，在35s内将电流降至539A后关闭高频感应设备，冷却至室温。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S4中，所述电火花沉积工艺参数具体如下：氢气流量：5m3/h,，沉积电压为176V，沉积频率为1498Hz，沉积功率为2456W，沉积时间为5min/cm2，旋转沉积枪转速为2200r/min。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的高铬合金耐磨球，其特征在于，在S5中，将S4中经电火花沉积技术涂覆的预处理耐磨球放入电炉中，加热至355℃，保温10h，降温后得到所述耐磨球。
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