CN104152785B - 一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.9-2.96％、Si：1.22-1.26％、Mn：0.4-0.5％、Cr：26-26.5％、B：0.04-0.05％、Mo：0.3-0.35％、Re：0.02-0.03％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。本发明通过合理配方设计，合理熔炼、浇注、热处理工艺，提高了高铬合金耐磨铸球的整体机械性能，通过浇注时间、砂型温度的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了耐磨铸球的韧性和耐磨性，淬火态邵氏A型硬度≥60度，冲击值≥4.2J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥19000次，芯部硬度与表面硬度基本一致，破碎率低于8％。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域，具体涉及一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球。
背景技术
球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机由给料部、出料部、回转部、减速机、小传动齿轮、电机、电控等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。
耐磨铸球是指用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料。目前有两种形式：一是以铬为主要合金元素的白口铸铁简称铬合金铸铁，以铬合金铸铁为材料的铸造磨球称为铬合金铸铁磨球；二是以球墨铸铁为材料的铸造磨球称为球墨铸铁磨球，其中通过热处理获得的基体组织主要是贝氏体的球墨铸铁磨球简称贝氏体球铁磨球；通过热处理获得的基体组织主要是马氏体的球墨铸铁磨球简称马氏体球铁磨球。
在中国专利申请号：201310677162中公开了一种耐磨铸球材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.6-1.8、硅1.2-1.5、锰2.4-2.7、硼0.4-0.6、铬13.2-14.5、钛5.8-6.5、Be0.7-0.9、La0.03-0.05、P≤0.07、S≤0.07、余量为铁。在中国专利申请号：201310677484中公开了一种耐磨中铬多元合金铸球材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.6-2.9、硅1.6-1.8、锰3.2-3.5、镍0.3-0.6、钒2.1-2.3、硼0.7-0.9、钨0.6-0.8、钛1.6-1.8、铬6-7、Lu0.05-0.08、Zr0.06-0.09、P≤0.07、S≤0.07、余量为铁。以上两个技术方案中的稀有元素含量过多，导致成本增加，同时有害元素P、S含量较多，耐磨材料的实际成分离共晶点较远，液固两相区域过宽，导致凝固时离金属型磨球型腔外表面区域稍远区域，易呈现糊状凝固特点，易堵住补缩通道，容易产生缩松、缩孔的现象，以上两个技术方案有待改进。
在中国专利申请号：201210291075中公开了一种高碳高铬高锰合金铸球的制造方法，原料为废钢：轴承边角料：C：0.3-1.0％；Si：≤0.4％；Mn：≤0.3％；Cr：0.5-1.5％；高碳铬铁：Cr：60％；Si：≤1.5；Fe：≤38％；高碳锰铁：Mn：58％；S：≤2％；Fe：≤40％。该技术方案使用寿命低，硬度、耐磨性均不足。
在中国专利申请号：201010226728.8中公开了一种高硅中铬磨球及其二次变质加工工艺,所述高硅中铬磨球按重量百分比由2.2～3.3％的C、1.7～2.2％的Si、0.8～1.5％的Mn、0～0.05％的P、0～0.05％的S、6.0～9.0％的Cr、0.003～0.008％的B、0.01～0.025％的Ti以及余量的Fe组成,其中,所述Ti和B的重量比大于3。该技术方案的浇铸时间过长，容易衰退至初始状态，该技术方案有待改进。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，具有较好的机械性能，性价比高，使用寿命长的特点。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.9—2.96％、Si：1.22—1.26％、Mn：0.4—0.5％、Cr：26—26.5％、B：0.04—0.05％、Mo：0.3—0.35％、Re：0.02—0.03％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。
优选的，各成分及重量百分比为：C：2.92—2.96％、Si：1.23—1.26％、Mn：0.42—0.5％、Cr：26—26.4％、B：0.042—0.05％、Mo：0.3—0.34％、Re：0.022—0.03％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。
优选的，各成分及重量百分比为：C：2.92％、Si：1.25％、Mn：0.42％、Cr：26.4％、B：0.048％、Mo：0.32％、Re：0.028％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
优选的，各成分及重量百分比为：C：2.95％、Si：1.23％、Mn：0.48％、Cr：26.2％、B：0.042％、Mo：0.33％、Re：0.022％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。
球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：
(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1480—1490℃时进行成分分析、调整；温度为1540—1550℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度1.5—2mm，在50—55％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1400—1420℃；
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为360—380℃时，保温0.4—0.6小时；在温度为700—720℃时，保温1.2—1.4小时，在温度为1040—1060℃时，保温1.2—1.4小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为340—360℃时，保温1.6—1.8小时，在温度为600—620℃时，保温1.8—2.0小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温。
优选的，步骤(3)的浇铸时长为6—8分钟。避免铁液变质后衰退至初始状态，同时防止缩松、缩孔的产生，避免降低显微组织密度和致密度及晶粒之间的有机联系和连接强度，从而避免降低耐磨铸球的韧性和耐磨性。
优选的，步骤(3)的浇铸时，砂型的温度小于260℃。防止缩松、缩孔的产生。
优选的，砂型的温度为250℃。
高铬合金耐磨铸铁铸态显微组织在室温时白色基体为初生奥氏体及其转变产物，骨骼状组织为共晶碳化物相互构成的树枝状结晶。高铬合金耐磨铸铁的共晶结晶与普通白口铸铁不同，当铸铁中含铬量足够高时，共晶结晶的固液相界面不规则，结晶区域变得较宽，呈现糊状结晶的特征。这样，冷到共晶线时，共晶碳化物趋于小平面方式生长，而共晶奥氏体趋于树枝状方式生长，这样，普通白口铸铁的共晶渗碳体为板片状结构，而高铬合金耐磨铸铁共晶碳化物为断续的块状，这就是高铬合金耐磨铸铁抗磨性和力学性能优于普通白口铸铁的主要原因。
高铬铸铁的组织和性能在某种意义上讲，主要取决于铬和碳的含量。高碳低铬时，其共晶碳化物为M3C；低碳高铬时，其共晶碳化物为M23C6；碳与铬适当配合则可得理想M7C3。M7C3的硬度达1200～1800HV，六方晶系，这种碳化物孤立分布,呈团球状和菊花状以及蠕虫状,对基体的割裂作用较小，高铬铸铁的韧性较好。碳量决定碳化物数量，随着含碳量增加,将增加碳化物数量,提高耐磨性。但随着含碳量增加基体中固溶合金元素减少，使基体得不到强化，引起淬透性降低。综合分析，C：2.9—2.96％、Cr：26—26.5％。
C：与Fe、Cr、Mn形成稳定的化合物，通过热处理提高其硬度和耐磨性；C与其他元素产生协同作用，提高耐磨球的综合性能。
Mn：是强化元素，融入铁素体，强化基体，能够细化组织，提高耐磨球的强度、硬度、耐磨性。
Cr：提高材料的淬透性，能有效防止游离态的石墨产生，使普通渗碳体转变为合金渗碳体，能够使耐磨球的表面和内部的硬度一致，以提高耐磨球整体的强度和硬度，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，阻止石墨化、提高淬透性。
Si：一般w(Si)控制在0.5％～1.3％之间。随着高铬铸铁的深入研究，许多发达国家标准中硅含量控制在小于1.5％，多数控制在1.2～1.3％，尤其是生产湿磨铸件时，硅控制的上线，以提高耐蚀性。较高的硅有利于提高铸铁的铸造工艺性能，如流动性、利于脱氧；改善共晶碳化物形状；增加共晶碳化物数量，硅与铁的亲和力大于铬与铁的亲和力；强化基体组织等有利作用。值得指出的是：硅量超限时，淬透性不足将引起影响材料的耐磨性。
Mo：高铬铸铁中一部分进入碳化物,一部分溶入奥氏体,在亚共晶高铬白口铸铁中，溶入奥氏体基体中的钼主要是提高淬透性，能够有效地抑制渗碳体聚集，强化奥氏体组织，使强度和硬度增加，形变硬化性能增强，从而改善抗磨能力。
B：细化晶粒，尤其是共晶碳化物；提高淬透性。
Re：改善耐磨球的韧性和耐磨性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过合理配方设计，合理熔炼、浇铸、热处理工艺，提高了高铬合金耐磨铸球的整体机械性能，通过浇铸时间、砂型温度的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了耐磨铸球的韧性和耐磨性，淬火态邵氏A型硬度≥60度，冲击值≥4.2J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥19000次，芯部硬度与表面硬度基本一致，破碎率低于8％。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.96％、Si：1.22％、Mn：0.5％、Cr：26％、B：0.05％、Mo：0.3％、Re：0.02％、S：0.02％、P：0.02％；余量为Fe。
球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：
(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1490℃时进行成分分析、调整；温度为1540℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度2mm，在50％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1420℃，时长为6分钟，砂型的温度为250℃；避免铁液变质后衰退至初始状态，同时防止缩松、缩孔的产生，避免降低显微组织密度和致密度及晶粒之间的有机联系和连接强度，而严重降低耐磨铸球的韧性和耐磨性；
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为380℃时，保温0.4小时；在温度为720℃时，保温1.2小时，在温度为1060℃时，保温1.2小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为360℃时，保温1.6小时，在温度为620℃时，保温1.8小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温。
实施例2：
一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.9％、Si：1.26％、Mn：0.4％、Cr：26.5％、B：0.04％、Mo：0.35％、Re：0.03％、S：0.01％、P：0.01％；余量为Fe。
球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：
(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1480℃时进行成分分析、调整；温度为1550℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度1.5mm，在55％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1400℃，时长为8分钟，砂型的温度小于260℃；
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为360℃时，保温0.6小时；在温度为700℃时，保温1.4小时，在温度为1040℃时，保温1.4小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为340℃时，保温1.8小时，在温度为600℃时，保温2.0小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温。
实施例3：
一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.94％、Si：1.25％、Mn：0.45％、Cr：26.3％、B：0.045％、Mo：0.32％、Re：0.025％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：
(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1485℃时进行成分分析、调整；温度为1545℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度1.8mm，在52％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1410℃，时长为7分钟，砂型的温度小于260℃；
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为370℃时，保温0.5小时；在温度为710℃时，保温1.3小时，在温度为1050℃时，保温1.3小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为350℃时，保温1.7小时，在温度为610℃时，保温1.9小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温。
实施例4：
一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.92％、Si：1.25％、Mn：0.42％、Cr：26.4％、B：0.048％、Mo：0.32％、Re：0.028％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：
(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1490℃时进行成分分析、调整；温度为1548℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度1.6mm，在54％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1405℃，时长为7分钟，砂型的温度为255℃
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为365℃时，保温0.5小时；在温度为705℃时，保温1.25小时，在温度为1045℃时，保温1.3小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为348℃时，保温1.7小时，在温度为610℃时，保温1.9小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温。
实施例5：
一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.95％、Si：1.23％、Mn：0.48％、Cr：26.2％、B：0.042％、Mo：0.33％、Re：0.022％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。
球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：
(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1482℃时进行成分分析、调整；温度为1546℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度1.7mm，在52％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1405℃，时长为7分钟，砂型的温度为250℃；
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为360℃时，保温0.6小时；在温度为700℃时，保温1.2小时，在温度为1040℃时，保温1.2小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为360℃时，保温1.8小时，在温度为600℃时，保温1.8小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温。
经试验，检测结果如下：
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)加入废钢、生铁、硅铁、锰铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1480—1490℃时进行成分分析、调整；温度为1540—1550℃时进行脱氧处理，并加入硼铁进行第一次变质处理；
(2)加入Re进行第二次变质处理：粒度1.5—2mm，在50—55％的铁水倒入钢水包时加入；
(3)浇铸；温度为：1400—1420℃；
(4)冷却至室温；
(5)淬火处理：以120℃/h的速率加热3小时，在温度为360—380℃时，保温0.4—0.6小时；在温度为700—720℃时，保温1.2—1.4小时，在温度为1040—1060℃时，保温1.2—1.4小时，然后再以130℃/h的速率冷却至室温；
(6)回火处理：在温度为340—360℃时，保温1.6—1.8小时，在温度为600—620℃时，保温1.8—2.0小时，然后再以100℃/h的速率冷却至室温；所述的耐磨铸球，各成分及重量百分比为：C：2.9—2.96％、Si：1.22—1.26％、Mn：0.4—0.5％、Cr：26—26.5％、B：0.04—0.05％、Mo：0.3—0.35％、Re：0.02—0.03％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于：步骤(3)的浇铸时长为6—8分钟。
3.根据权利要求1所述的球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于：步骤(3)的浇铸时，砂型的温度小于260℃。
4.根据权利要求3所述的球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于：砂型的温度为250℃。
5.根据权利要求1所述的球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于：所述C：2.92—2.96％、Si：1.23—1.26％、Mn：0.42—0.5％、Cr：26—26.4％、B：0.042—0.05％、Mo：0.3—0.34％、Re：0.022—0.03％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于：所述C：2.92％、Si：1.25％、Mn：0.42％、Cr：26.4％、B：0.048％、Mo：0.32％、Re：0.028％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。
7.根据权利要求1所述的球磨机用的高铬合金耐磨铸球的制备方法，其特征在于：所述C：2.95％、Si：1.23％、Mn：0.48％、Cr：26.2％、B：0.042％、Mo：0.33％、Re：0.022％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: High-chromium alloy wear-resistant cast ball for ball mills Effective date of registration: 20170926 Granted publication date: 20160224 Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: NINGGUO KAIYUAN ELECTRIC POWER WEAR RESISTANT MATERIALS Co.,Ltd. Registration number: 2017340000255 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20181023 Granted publication date: 20160224 Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: NINGGUO KAIYUAN ELECTRIC POWER WEAR RESISTANT MATERIALS Co.,Ltd. Registration number: 2017340000255 |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 242300 Fancun Road, heli Park, Ningguo Economic and Technological Development Zone, Xuancheng City, Anhui Province Patentee after: Ningguo Kaiyuan Electric POWER WEAR Resistant MATERIALS Co.,Ltd. Address before: 242300 Heli Industrial Concentration Zone, Ningguo Economic and Technological Development Zone, Xuancheng, Anhui Province Patentee before: NINGGUO KAIYUAN ELECTRIC POWER WEAR RESISTANT MATERIALS Co.,Ltd. |