CN104831157B - 一种耐磨高铬铸球及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：C 2‑2.2％，Cr 10‑12％，Si 0.4‑0.6％，Mn 0.5‑0.7％，Nd 0.5‑2％，B 0.1‑0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了一种耐磨高铬铸球的制备工艺，包括：熔炼工艺，铸造工艺，及热处理工艺。本发明在保证硬度高、耐磨性能好的基础上，其韧性好，在淬火过程中的开裂倾向极小，制备工艺简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种耐磨高铬铸球及其制备工艺
背景技术
球磨机作为矿山、水泥工业中物料粉磨的主要设备，得到广泛的普及应用，其中的研磨体是球磨机运行工作的重要消耗性材料，其性能的好坏直接关系到球磨机的产量及运转效率。高铬铸球是一种材质较为理想的研磨体，具有较高的抗磨损和一定的耐冲击性能。对高铬铸球的大量失效分析表明，铸球在使用过程中的主要失效形式为由疲劳及腐蚀共同作用产生的表层开裂或者脱落，而其根源往往是铸球在淬火过程中形成的微裂纹。因此，在保证其强硬度、耐磨性的基础上要进一步改善其韧性，降低铸球在淬火过程中的开裂倾向，可进一步提高其使用性能。
发明内容
本发明提出了一种耐磨高铬铸球及其制备工艺，在保证硬度高、耐磨性能好的基础上，其韧性好，在淬火过程中的开裂倾向极小，制备工艺简单，成本较低。
本发明提出的一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，C与Cr的重量比为2.1-2.15:11-11.4；C与Nd的重量比为2.1-2.15:1-2。
本发明还提出的一种耐磨高铬铸球的制备工艺，包括：熔炼工艺，铸造工艺，及热处理工艺。
优选地，所述熔炼工艺包括：将原料放入炉中熔炼均匀，熔炼温度为1550-1600℃。
优选地，所述原料包括废钢及多元合金材料，所述多元合金材料包括Nd、B；优选地，所述多元合金料还包括C、Cr、Si、Mn及Fe一种或两种以上。
优选地，在熔炼工艺中，首先将废钢放入中频感应炉中熔炼，然后继续加入除废钢外的其余原料熔炼均匀，其中熔炼温度为1550-1600℃。
优选地，所述铸造工艺包括：将熔炼工艺得到物料送入模具中浇铸，浇铸温度为1400-1450℃，冷却，脱模；优选地，将熔炼工艺得到物料送入钢模中恒温浇铸，恒温浇铸温度为1400-1450℃，冷却至室温，脱模。
优选地，所述热处理工艺包括：淬火工艺及回火工艺；优选地，淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至920-980℃，保温2-4h，送入淬火介质中冷却，清洗；优选地，回火工艺中，将淬火工艺得到的物料送入炉中回火，回火温度为200-230℃，保温4-8h，随炉冷却至90-110℃出炉，缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
优选地，热处理工艺包括：淬火工艺和回火工艺；
在淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至920-980℃，保温2-4h，送入淬火介质中冷却，淬火介质为淬火油，然后送入清洗槽中清洗掉表面残留的淬火油；
在回火工艺中，将淬火工艺中得到的物料送入台车式炉中回火，回火温度为200-230℃，保温4-8h，随台车式炉冷却至90-110℃后出炉，置于缓冷炕中缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
优选地，所述耐磨高铬铸球的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、熔炼工艺：首先将废钢放入中频感应炉中熔炼，然后继续加入除废钢外的其余原料熔炼均匀，其中熔炼温度为1550-1600℃；
S2、铸造工艺：将熔炼工艺得到物料送入钢模中恒温浇铸，恒温浇铸温度为1400-1450℃，冷却至室温，脱模；
S3、热处理工艺：包括淬火工艺及回火工艺；
在淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至920-980℃，保温2-4h，送入淬火介质中冷却，淬火介质为淬火油，然后送入清洗槽中清洗掉表面残留的淬火油；
在回火工艺中，将淬火工艺中得到的物料送入台车式炉中回火，回火温度为200-230℃，保温4-8h，随台车式炉冷却至90-110℃后出炉，置于缓冷炕中缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
本发明中，通过添加Nd、B、C、Cr、Si及Mn元素并合理控制各组分的含量处于一定范围，得到的耐磨高铬铸球的机械性能好，冲击韧度强，单位磨耗较小，进一步限定C与Cr及C与Nd的重量比处于一定范围，使得高铬铸球的耐磨性能极为优异，且硬度、冲击韧性进一步增强；在制备过程中使用废钢作为原料，通过将废钢及其他原料的配合加入，可显著降低生产成本，节约有限资源，具有极高的经济价值和社会效益。
另外，添加的Nd和B元素可发挥两种元素的协同作用，金属Nd的添加可细化晶粒、净化晶界，减小高铬铸球在生产及使用过程中的开裂倾向，B可提高铸球的淬透性，并在热处理过程中形成细小弥散的硼化物，达到弥散强化效果，两者综合协同作用，不仅可显著增强高铬铸球的硬度，进而进一步提高耐磨性，且可显著减少在淬火过程中形成的微裂纹，不仅能抵抗各种应力变化的破坏，由疲劳及腐蚀共同作用产生的表层开裂或者脱落的现象显著减少，且其制备工艺适应性强，无需改变原有的熔炼、铸造及热处理设备，生产成本显著降低。
附图说明
图1为本发明提出的添加1wt％Nd、0.1wt％B的耐磨高铬铸球的金相照片；
图2为未添加Nd、B的普通高铬铸球的金相照片；
图3为本发明提出的添加1wt％Nd、0.1wt％B的耐磨高铬铸球的SEM形貌；
图4为本发明提出的添加1wt％Nd、0.1wt％B的耐磨高铬铸球的EDS能谱；
图5为本发明提出的一种耐磨高铬铸球的制备工艺流程图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，图1为本发明提出的添加1wt％Nd、0.1wt％B的耐磨高铬铸球的金相照片；图2为未添加Nd、B的普通高铬铸球的金相照片；图3为本发明提出的添加1wt％Nd、0.1wt％B的耐磨高铬铸球的SEM形貌；图4为本发明提出的添加1wt％Nd、0.1wt％B的耐磨高铬铸球的EDS能谱；图5为本发明提出的一种耐磨高铬铸球的制备工艺流程图。
实施例1
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
对上述耐磨高铬铸球进行检测：上述耐磨高铬铸球金相照片如图1所示，对照项图2为未添加Nd、B的普通高铬铸球的金相照片；上述耐磨高铬铸球的SEM形貌如图3所示；上述耐磨高铬铸球的EDS能谱如图4所示。
实施例2
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
将实施例1、2所述耐磨高铬铸球进行铸态、淬火态、回火态硬度测试，其中普通高铬铸球为未添加Nd、B的高铬铸球，测试结果如下：
实施例3
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例4
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
实施例5
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述原料包括废钢及多元合金材料，所述多元合金材料包括Nd、B。
参照图5，上述耐磨高铬铸球的制备工艺包括如下步骤：
S1、熔炼工艺：首先将废钢放入中频感应炉中熔炼，然后继续加入除废钢外的其余原料熔炼均匀，其中熔炼温度为1550℃；
S2、铸造工艺：将熔炼工艺得到物料送入钢模中恒温浇铸，恒温浇铸温度为1450℃，冷却至室温，脱模；
S3、热处理工艺：包括淬火工艺及回火工艺；
在淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至920℃，保温4h，送入淬火介质中冷却，淬火介质为淬火油，然后送入清洗槽中清洗掉表面残留的淬火油；
在回火工艺中，将淬火工艺中得到的物料送入台车式炉中回火，回火温度为200℃，保温8h，随台车式炉冷却至90℃后出炉，置于缓冷炕中缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
实施例6
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述原料包括废钢及多元合金材料，所述多元合金材料包括Nd、B、C、Cr、Si、Mn及Fe。
上述耐磨高铬铸球的制备工艺包括如下步骤：
S1、熔炼工艺：首先将废钢放入中频感应炉中熔炼，然后继续加入除废钢外的其余原料熔炼均匀，其中熔炼温度为1600℃；
S2、铸造工艺：将熔炼工艺得到物料送入钢模中恒温浇铸，恒温浇铸温度为1400℃，冷却至室温，脱模；
S3、热处理工艺：包括淬火工艺及回火工艺；
在淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至980℃，保温2h，送入淬火介质中冷却，淬火介质为淬火油，然后送入清洗槽中清洗掉表面残留的淬火油；
在回火工艺中，将淬火工艺中得到的物料送入台车式炉中回火，回火温度为230℃，保温4h，随台车式炉冷却至110℃后出炉，置于缓冷炕中缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
实施例7
一种耐磨高铬铸球，其组分按重量百分比包括：
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述原料包括废钢及多元合金材料，所述多元合金材料包括Nd、B C、Cr、Si、Mn。
上述耐磨高铬铸球的制备工艺包括如下步骤：
S1、熔炼工艺：首先将废钢放入中频感应炉中熔炼，然后继续加入除废钢外的其余原料熔炼均匀，其中熔炼温度为1580℃；
S2、铸造工艺：将熔炼工艺得到物料送入钢模中恒温浇铸，恒温浇铸温度为1420℃，冷却至室温，脱模；
S3、热处理工艺：包括淬火工艺及回火工艺；
在淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至960℃，保温3h，送入淬火介质中冷却，淬火介质为淬火油，然后送入清洗槽中清洗掉表面残留的淬火油；
在回火工艺中，将淬火工艺中得到的物料送入台车式炉中回火，回火温度为215℃，保温6h，随台车式炉冷却至100℃后出炉，置于缓冷炕中缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
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 (1)
1.一种耐磨高铬铸球，其特征在于，其组分按重量百分比由以下组成：
其余为Fe及不可避免的杂质；
其中，C与Cr的重量比为2.1-2.15:11-11.4；C与Nd的重量比为2.1-2.15:1-2；
制备所述耐磨高铬铸球包括如下步骤：
S1、熔炼工艺：首先将废钢放入中频感应炉中熔炼，然后继续加入除废钢外的其余原料熔炼均匀，其中熔炼温度为1550-1600℃；
S2、铸造工艺：将熔炼工艺得到物料送入钢模中恒温浇铸，恒温浇铸温度为1400-1450℃，冷却至室温，脱模；
S3、热处理工艺：包括淬火工艺及回火工艺；
在淬火工艺中，将铸造工艺得到的物料加热至920-980℃，保温2-4h，送入淬火介质中冷却，淬火介质为淬火油，然后送入清洗槽中清洗掉表面残留的淬火油；
在回火工艺中，将淬火工艺中得到的物料送入台车式炉中回火，回火温度为200-230℃，保温4-8h，随台车式炉冷却至90-110℃后出炉，置于缓冷炕中缓冷至室温，得到上述组成的耐磨高铬铸球。
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