CN104152788B - 一种抗冲击高硬耐磨球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁18-25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；其制备工艺中，采用了等离子熔覆和电火花沉积技术对耐磨球的表面进行了改性。等离子熔覆工艺参数包括非转移弧电压、非转移弧电流、转移弧电压、转移弧电流、离子气体流、送粉气体流量、保护气体流量、熔覆速度、焊枪摆幅和喷距；电火花沉积技术工艺参数包括氩气流量、沉积电压、沉积频率、沉积功率、沉积时间和旋转沉积枪转速。本发明所述的耐磨球具有优异的抗冲击性，同时具有优异的抗腐蚀性、硬度、耐热性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种抗冲击高硬耐磨球。
背景技术
耐磨球是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，目前已经被广泛应用于冶金矿山、水泥建材、火力发电、烟气脱硫、磁性材料、化工、水煤浆、球团矿、矿渣、超细粉、粉煤灰、碳酸钙、石英砂等行业球磨机中。
耐磨球作为一种磨损材料应该具有下列性质：(1)高的硬度，高硬度的基体可以抵抗磨粒对基体的微观切削作用，在一定程度上体现了材料的耐磨性；(2)较高的塑韧性、应变疲劳抗力、脆断抗力和剥层疲劳抗力，高的塑韧性可以减少或者抑制裂纹的萌生和扩展，特别是在高冲击作用的工况下具有优异的抗断裂破坏能力；(3)高的淬透性，材料的淬透性高才能保证在大尺寸条件下材料整体组织均匀、性能稳定，耐磨性得予保证。
现存耐磨球的抗冲击性能欠佳，不能满足现代社会对耐磨球的要求，因此，选择合适的成分、控制制备的工艺过程得到综合性能强的耐磨球是目前研究的热点问题。
发明内容
本发明提出了一种抗冲击高硬耐磨球，其具有优异的抗冲击性，同时具有优异的抗腐蚀性、硬度、耐热性和耐磨性。
本发明提出了一种抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁18-25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，按照以下工艺制备抗冲击高硬耐磨球：
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；将等离子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取出，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.5-2.2％，Cr：5-10％，W：2-3％，Mo：0.2-0.8％，Nb：0.5-2％，B：1.2-2.3％，Mn：3.5-5.2％，余量为Fe；
S4、将S3中清洗后的耐磨球坯和干燥后的等离子熔覆粉末放入等离子弧装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压25-30V，非转移弧电流50-55A，转移弧电压38-45V，转移弧电流130-140A，离子气体流量150-200L/h，送粉气体流量200-250L/h，保护气体流量250-320L/h，熔覆速度35-50mm/min，焊枪摆幅35-45mm，喷距20-25mm；
S5、利用电火花沉积技术将WC-8Co硬质合金涂覆在S4中等离子熔覆后的耐磨球坯表面，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：4-6.5m3/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；
S6、将S5中经电火花沉积技术涂覆后的耐磨球坯放入电炉中，加热至450-520℃，保温5-12h，降温后得到所述耐磨球。
优选地，上述抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁20-22份、钼铁1-1.35份、钒铁1.1-1.2份、锰铁0.15-0.25份、硅铁0.3-0.5份、金属锌3-4.5份。
优选地，上述抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁21.6份、钼铁1.25份、钒铁1.1份、锰铁0.2份、硅铁0.3份、金属锌3.1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795℃，保温36min，在25min内升温至1030℃，保温26min，在2.4min内升温至1055℃，保温13.5min，在5min内降温至1005℃，保温5.6min，在4.1min内升温至1055℃，保温7.3min，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520℃，保温20min，空冷至室温。
优选地，在S3中，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2.0％，Cr：6.3％，W：2.2％，Mo：0.35％，Nb：0.21％，B：1.9％，Mn：4.1％，余量为Fe。
优选地，在S4中，所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压26-27V，非转移弧电流52-53A，转移弧电压40-43V，转移弧电流132-135A，离子气体流量162-170L/h，送粉气体流量215-225L/h，保护气体流量265-280L/h，熔覆速度35-43mm/min，焊枪摆幅36-40mm，喷距22-23mm。
优选地，在S4中，所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压27V，非转移弧电流53A，转移弧电压42V，转移弧电流133A，离子气体流量165L/h，送粉气体流量222/h，保护气体流量276L/h，熔覆速度42mm/min，焊枪摆幅38mm，喷距23mm。
优选地，在S5中，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：4.5-5.5m3/h,，沉积电压为170-180V，沉积频率为1500-1530Hz，沉积功率为2300-2400W，沉积时间为5.1-5.5min/cm2，旋转沉积枪转速为1900-2005r/min。
优选地，在S5中，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：5.3m3/h，沉积电压为175V，沉积频率为1521Hz，沉积功率为2350W，沉积时间为5.2min/cm2，旋转沉积枪转速为2000r/min。
本发明所述抗冲击高硬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；热处理之后采用了等离子熔覆和电火花沉积对耐磨球的表面进行了改性。在等离子熔覆粉末中含有的铌元素为强碳化物元素，Fe-Cr-B-C体系中，首先与碳结合，形成铌的碳化物，通过控制等离子熔覆的工艺过程，使得到的铌的碳化物尺寸均匀，且在熔覆层中分散均匀，提高了耐磨球的性能；电火花沉积过程中形成了细小且硬度高的碳化物，弥散分布在电火花沉积层组织中，加上电火花沉积层中积累的大量高残余应力和高密度位错，提高了电火花沉积层的显微硬度，提高了耐磨球的硬度和抗冲击性；因熔覆层中存在着细小的硬质相，在摩擦的过程中，随着细小颗粒的析出，提高了沉积层的耐磨性，降低了沉积层的摩擦系数，同时提高了耐磨球的抗冲击性，得到了综合性能好的耐磨球。
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
本发明所述抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁25份、钼铁1.5份、钒铁1.15份、锰铁0.3份、硅铁0.46份、金属锌2份；
根据上述原料配比，按照以下工艺制备抗冲击高硬耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1498℃，保温44min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1595℃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50min内从室温升温至785℃，保温56min，在28min内升温至1000℃，保温26min，在2.5min内升温至1055℃，保温14min，在5min内降温至1025℃，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530℃，保温20min，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；将等离子熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为150℃，保温3h取出，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.5％，Cr：9％，W：2％，Mo：0.55％，Nb：2％，B：1.6％，Mn：3.5％，余量为Fe；
S4、将S3中清洗后的耐磨球坯和干燥后的等离子熔覆粉末放入等离子弧装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压25V，非转移弧电流53A，转移弧电压45V，转移弧电流130A，离子气体流量150L/h，送粉气体流量200L/h，保护气体流量289L/h，熔覆速度35mm/min，焊枪摆幅45mm，喷距20mm；
S5、利用电火花沉积技术将WC-8Co硬质合金涂覆在S4中等离子熔覆后的耐磨球坯表面，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：6.5m3/h,，沉积电压为174V，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2200r/min；
S6、将S5中经电火花沉积技术涂覆后的耐磨球坯放入电炉中，加热至450℃，保温12h，降温后得到所述耐磨球。
实施例2
本发明所述抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁18份、钼铁1份、钒铁1.3份、锰铁0.23份、硅铁0.6份、金属锌5份；
根据上述原料配比，按照以下工艺制备抗冲击高硬耐磨球：
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55min内从室温升温至800℃，保温30min，在25min内升温至980℃，保温30min，在2min内升温至1050℃，保温15min，在5min内降温至1000℃，保温8min，在3min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520℃，保温30min，水冷至室温；加热至520℃，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；将等离子熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为185℃，保温2h取出，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2.2％，Cr：5％，W：2.6％，Mo：0.8％，Nb：0.5％，B：2.3％，Mn：5.2％，余量为Fe；
S4、将S3中清洗后的耐磨球坯和干燥后的等离子熔覆粉末放入等离子弧装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压30V，非转移弧电流50A，转移弧电压38V，转移弧电流136A，离子气体流量159L/h，送粉气体流量222L/h，保护气体流量250L/h，熔覆速度50mm/min，焊枪摆幅41mm，喷距25mm；
S5、利用电火花沉积技术将WC-8Co硬质合金涂覆在S4中等离子熔覆后的耐磨球坯表面，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：5m3/h,，沉积电压为150V，沉积频率为1469Hz，沉积功率为2000W，沉积时间为5.2min/cm2，旋转沉积枪转速为1800r/min；
S6、将S5中经电火花沉积技术涂覆后的耐磨球坯放入电炉中，加热至475℃，保温8h，降温后得到所述耐磨球。
实施例3
本发明所述抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁20份、钼铁1.4份、钒铁1份、锰铁0.3份、硅铁0.2份、金属锌4.3份；
根据上述原料配比，按照以下工艺制备抗冲击高硬耐磨球：
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54min内从室温升温至780℃，保温60min，在30min内升温至1040℃，保温20min，在3min内升温至1080℃，保温12min，在5min内降温至1040℃，保温5min，在3.5min内升温至1065℃，保温7.1min，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；将等离子熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为160℃，保温2.6h取出，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.6％，Cr：10％，W：3％，Mo：0.2％，Nb：0.9％，B：1.2％，Mn：4％，余量为Fe；
S4、将S3中清洗后的耐磨球坯和干燥后的等离子熔覆粉末放入等离子弧装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压26V，非转移弧电流55A，转移弧电压41V，转移弧电流140A，离子气体流量200L/h，送粉气体流量250L/h，保护气体流量320L/h，熔覆速度40mm/min，焊枪摆幅35mm，喷距23mm；
S5、利用电火花沉积技术将WC-8Co硬质合金涂覆在S4中等离子熔覆后的耐磨球坯表面，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：4m3/h，沉积电压为200V，沉积频率为1560Hz，沉积功率为2100W，沉积时间为5min/cm2，旋转沉积枪转速为1900r/min；
S6、将S5中经电火花沉积技术涂覆后的耐磨球坯放入电炉中，加热至520℃，保温5h，降温后得到所述耐磨球。
实施例4
本发明所述抗冲击高硬耐磨球，其原料按重量份数包括：废钢100份、铬铁21.6份、钼铁1.25份、钒铁1.1份、锰铁0.2份、硅铁0.3份、金属锌3.1份；
根据上述原料配比，按照以下工艺制备抗冲击高硬耐磨球：
S1、将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1506℃，保温33min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1575℃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S2中，在52min内从室温升温至795℃，保温36min，在25min内升温至1030℃，保温26min，在2.4min内升温至1055℃，保温13.5min，在5min内降温至1005℃，保温5.6min，在4.1min内升温至1055℃，保温7.3min，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520℃，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；将等离子熔覆粉末放入烘箱中干燥，设置烘箱的温度为158℃，保温2.8h取出，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:2.0％，Cr：6.3％，W：2.2％，Mo：0.35％，Nb：0.21％，B：1.9％，Mn：4.1％，余量为Fe；
S4、将S3中清洗后的耐磨球坯和干燥后的等离子熔覆粉末放入等离子弧装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压27V，非转移弧电流53A，转移弧电压42V，转移弧电流133A，离子气体流量165L/h，送粉气体流量222/h，保护气体流量276L/h，熔覆速度42mm/min，焊枪摆幅38mm，喷距23mm；
S5、利用电火花沉积技术将WC-8Co硬质合金涂覆在S4中等离子熔覆后的耐磨球坯表面，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：5.3m3/h，沉积电压为175V，沉积频率为1521Hz，沉积功率为2350W，沉积时间为5.2min/cm2，旋转沉积枪转速为2000r/min；
S6、将S5中经电火花沉积技术涂覆后的耐磨球坯放入电炉中，加热至500℃，保温11h，降温后得到所述耐磨球。
Claims (9)
1.一种抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，其按重量份数由以下原料组成：废钢100份、铬铁18-25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，按照以下工艺制备抗冲击高硬耐磨球：
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；将等离子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取出，所述等离子熔覆粉末其组成按质量分数包括：C:1.5-2.2％，Cr：5-10％，W：2-3％，Mo：0.2-0.8％，Nb：0.5-2％，B：1.2-2.3％，Mn：3.5-5.2％，余量为Fe；
S4、将S3中清洗后的耐磨球坯和干燥后的等离子熔覆粉末放入等离子弧装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压25-30V，非转移弧电流50-55A，转移弧电压38-45V，转移弧电流130-140A，离子气体流量150-200L/h，送粉气体流量200-250L/h，保护气体流量250-320L/h，熔覆速度35-50mm/min，焊枪摆幅35-45mm，喷距20-25mm；
S5、利用电火花沉积技术将WC-8Co硬质合金涂覆在S4中等离子熔覆后的耐磨球坯表面，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：4-6.5m3/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；
S6、将S5中经电火花沉积技术涂覆后的耐磨球坯放入电炉中，加热至450-520℃，保温5-12h，降温后得到所述耐磨球。
2.根据权利要求1所述的抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，其按重量份数由以下原料组成：废钢100份、铬铁20-22份、钼铁1-1.35份、钒铁1.1-1.2份、锰铁0.15-0.25份、硅铁0.3-0.5份、金属锌3-4.5份。
3.根据权利要求1或2所述的抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，其按重量份数由以下原料组成：废钢100份、铬铁21.6份、钼铁1.25份、钒铁1.1份、锰铁0.2份、硅铁0.3份、金属锌3.1份。
4.根据权利要求1或2所述的抗冲击高硬耐磨球，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795℃，保温36min，在25min内升温至1030℃，保温26min，在2.4min内升温至1055℃，保温13.5min，在5min内降温至1005℃，保温5.6min，在4.1min内升温至1055℃，保温7.3min，冷却至室温。
5.根据权利要求1或2所述的抗冲击高硬耐磨球，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520℃，保温20min，空冷至室温。
6.根据权利要求1或2所述的抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，在S4中，所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压26-27V，非转移弧电流52-53A，转移弧电压40-43V，转移弧电流132-135A，离子气体流量162-170L/h，送粉气体流量215-225L/h，保护气体流量265-280L/h，熔覆速度35-43mm/min，焊枪摆幅36-40mm，喷距22-23mm。
7.根据权利要求6所述的抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，在S4中，所述等离子熔覆工艺参数具体如下：非转移弧电压27V，非转移弧电流53A，转移弧电压42V，转移弧电流133A，离子气体流量165L/h，送粉气体流量222/h，保护气体流量276L/h，熔覆速度42mm/min，焊枪摆幅38mm，喷距23mm。
8.根据权利要求1或2所述的抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，在S5中，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：4.5-5.5m3/h,，沉积电压为170-180V，沉积频率为1500-1530Hz，沉积功率为2300-2400W，沉积时间为5.1-5.5min/cm2，旋转沉积枪转速为1900-2005r/min。
9.根据权利要求8所述的抗冲击高硬耐磨球，其特征在于，在S5中，所述电火花沉积技术工艺参数为：氩气流量：5.3m3/h，沉积电压为175V，沉积频率为1521Hz，沉积功率为2350W，沉积时间为5.2min/cm2，旋转沉积枪转速为2000r/min。
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