CN105506442B

CN105506442B - 一种Si‑Mn合金化耐磨球铁磨球及其制备方法

Info

Publication number: CN105506442B
Application number: CN201610024508.4A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 蒋业华; 周向阳; 蒋志强; 宗学文; 周荣; 吴中伟
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: CN105506442A

Abstract

一种Si‑Mn合金化耐磨球铁磨球及其制备方法，属于铸造技术领域。采用质量分数为88.3‑89.6％的Q12球墨铸铁用生铁、4.0‑4.3％氮化锰铁、2.0‑2.5％硅铁、0.65‑0.80％增碳剂、1.2‑1.4％碳素铬铁、0.7‑0.9％硅钙钡合金、1.00‑1.15％铜镁合金、0.30‑0.45％钛铁、0.009‑0.012％金属锑、0.20‑0.25％硼铁和0.12‑0.14％金属铝配料，电炉熔炼，金属型浇注成磨球，随后进行喷雾淬火和回火处理，获得力学性能高和磨耗低的耐磨球铁磨球。

Description

一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种耐磨球铁磨球及其制备方法，特别涉及一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球及其制备方法，属于铸造技术领域。

背景技术

在冶金、矿山、化工、建材、电力等工业领域，每年因采用球磨机研磨物料而消耗大量磨球材料，造成了资源和能源的巨大浪费。为了提高磨球性能，中国发明专利CN105177405公开了一种铌合金化高铬铸铁磨球及其生产工艺，所述铌合金化高铬铸铁磨球，按质量配比，其化学成分是C：2.5-3.0％，Si：0.3-0.8％，Mn：0.6-1.0％，P：＜0.1％，S：＜0.1％，Cr：14.0-16.0％，Nb：0.1-0.2％，RE：0.1-0.2％；余量为Fe。该发明根据高铬白口铸铁材料性能和使用条件及存在的问题，采用一模多件金属型局部覆砂磨球生产工艺，采用铌合金化和稀土变质处理，细化高铬白口铸铁的组织，改善其组织性能均匀性，并通过半连续分散式淬火工艺，进一步提高磨球的综合性能及组织性能均匀性。采用该发明所述工艺制得的铌合金化高铬白口铸铁磨球比普通高铬白口铸铁磨球组织细化，韧性大大提高，耐磨性更好。中国发明专利CN 105177403还公开了一种铬钼铜合金稀土铸造磨球及其制备方法，其化学成分按重量百分比包括：C：2.3-2.5％，Si：0.5-0.7％，Cr：10.2-10.6％，Mo：0.1-0.2％，Cu：0.1-0.2％，S：≤0.05％，P：≤0.03％，稀土元素：≤0.1％，余为Fe，含有稀土元素的稀土是在含有其余元素的材料熔炼后，浇注前13～15分钟均匀施撒在熔液表面。该发明取消了锰元素的加入，辅之加入微量钼、铜元素替代，大大降低了组织中的残余奥氏体，同时提高了耐磨钢件的强度、硬度、韧性。中国发明专利CN 102031448A还公开了一种用于大直径磨球的铁基合金，其成分以重量％计为：C：0.3～0.6，Si：1.5～2.5，Mn：2.0～3.5，Cr：0～1.0，Mo：0～1.0，B：0.005～0.01，其余为Fe。采用该合金制造的直径超过140mm大直径磨球，其体积硬度较普通直径大于140mm大直径磨球的体积硬度提高了40％～80％，冲击韧性大于10J/cm²。其在实际工况使用中，抗磨损性能优异，破碎率低。中国发明专利CN 1944700还公开了一种贝氏体球墨铸铁磨球及其生产工艺。该球墨铸铁磨球的成分重量比为：C：3.4～3.8％；Si：2.8～3.3％；Mn：2.9～3.4％；Mg：0.03～0.05％；Re：0.03～0.05％；P≤0.1％；S≤0.04％；余为Fe。其生产工艺是利用中频感应电炉熔炼结合真空实型铸造制备出球墨铸铁磨球；然后采用控制冷却热处理工艺对磨球进行热处理以获得贝氏体复相组织；最后进行低温回火。所制备的磨球组织主要为针状贝氏体及少量马氏体和残余奥氏体，磨球的表面平均硬度HRC56～58，平均体积硬度HRC50～55。中国发明专利CN104313452还公开了一种含碳化物奥贝耐磨球铁及其制备方法，先在电炉内冶炼球铁铁水，当铁水的化学组成及其质量百分数达到3.40～3.70C,1.05～1.30Si,1.00～1.20Cr,3.55～3.80Mn,P≤0.10,S≤0.05,余量为Fe及不可避免的杂质，且铁水温度达到1530～1560℃时，出炉到铁水球化包内，采用铜镁合金球化处理，并用含Si-K-Zn-Ca-Al铁合金孕育和变质处理，可获得性能优异的含碳化物奥-贝耐磨球铁。中国发明专利CN105154791还公开了一种球磨机用高硬度高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：碳1.8-2.4％，硅0.6-1.2％，锰0.6-1％，磷0.04-0.08％，硫0.5-0.9％，铬0.3-0.9％，钼0.45-0.77％，铜0.3-0.5％，其余为铁及不可避免的杂质。中国发明专利CN105132829还公开了一种球磨机用高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：碳2-2.5％，硅0.8-1.42％，锰0.5-0.9％，磷0.05-0.08％，硫1-1.4％，铬0.3-0.6％，钼0.3-0.42％，铜0.4-0.9％，其余为铁及不可避免的杂质。中国发明专利CN105132794还公开了一种水泥厂环保磨专用高效磨球及其制备方法，其特征在于：按百分比包括以下组分，C：1.9～3.1％、Si：0.3～0.9％、Mn：0.2～0.8％、Cr：11.5～13.5％、S：≤0.10％、P：≤0.10％、Mo：0.5～1.5％、V：0.05～0.15％、Ti：0.1～1.0％、Cu：0.3～1.0％；余量为Fe。包括以下步骤，(1)、原材料熔炼，温度为1490～1550℃；(2)、恒温浇注，浇注温度1440～1500℃；(3)、热处理，先在700～720℃加热7～10小时，升温至960～990℃，在110～145℃淬火油中淬火7～15分钟，330～380℃回火8～10小时。该发明耐冲击、寿命长、耐磨性好，以应对恶劣球磨工况环境，HRC：60～65；冲击值：≥6.5J/c㎡，耐强腐蚀，耐超高温。中国发明专利CN105132793还公开一种磷矿专用耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：2.2～3.5％，Si：0.3～1.2％，Mn：0.5～1.5％，Cr：8.0～11.0％，Mo：0.2～2.0％，Ni：0.2～1.5％，V：0.1～1.5％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。该发明还公开上述磷矿专用耐磨球的制备方法，包括：熔炼，浇注，热处理；其中热处理具体操作如下：将浇注得到的耐磨球坯置于温度为680～720℃的设备中，将设备升温至950～1000℃，升温时间为8～9h，接着取出置于淬火油中进行淬火，然后回火7.5～8.5h，冷却至室温得到磷矿专用耐磨球。该发明具有超抗破碎、超耐磨的性能。中国发明专利CN105112812还公开了一种球磨机用耐磨球，其组分按重量百分比包括：碳2-3％，硅0.5-1.5％，锰0.8-1.2％，磷0.06-0.1％，硫1-2.5％，铬0.3-0.6％，钼0.5-0.8％，铜0.2-0.8％，其余为铁及不可避免的杂质本发明耐磨性能好，硬度高并具有良好的韧性。中国发明专利CN104846265还公开了一种超低温奥氏体耐磨球铁材质及制备方法，成分按质量百分比为：碳(C)为2.0-3.0％，硅(Si)为1.0-3.0％，锰(Mn)为1.6-4％，磷(P)为0.03-0.06％，硫(S)为0.006-0.02％，镍(Ni)为21-30％，铬(Cr)为0.5-2％，铜(Cu)为0.5-1％，镁(Mg)为0.04-0.08％，余量为铁(Fe)。该材质在-190℃超低温状态，材料不发生脆性转变，冲击韧性达到17J以上，同时又具有较好的耐磨性能，布氏硬度常温达到200以上。该材质在保持良好韧性的同时，布氏硬度值由普通奥氏体球铁130～150提高到200以上，可以满足低温铸件耐磨性能要求。中国发明专利CN104762546还公开了增强磨球耐磨强度的抗磨变质添加剂及其使用方法，其特征在于由下列A组化合物和B组化合物两种化合物按下列重量百分比组成，所述的A组化合物由四种成分构成：铝粉占20～30％、硅钙钡占10～20％、碳化钛占40～50％、稀土硅铁合金占10～20％；所述的B组化合物由三种成分构成：硼铁0.5～1％、稀土CeO250～60％、其余为氧化钙。其使用方法是：将A、B两组分别按铁水重量的0.8～2％和0.2～1％配制，按不同时期加入。其优点是：使用该发明的添加剂后，制成的磨球，其硬度达到HRC53-56，磨球的韧性和耐磨性显著提高。中国发明专利CN104651752还公开了一种低铬耐磨球及其加工工艺，其特征在于其化学成分以重量百分比计如下：C1.8～2.0，Si0.8～1.1，Mn0.70～1.00，P≤0.10，Cu≤0.5，S≤0.06，Cr1.00～3.00，Re0.06～0.10，Mo≤0.8，R＜0.08，余量为Fe。

但是，上述磨球或存在破碎率高，或存在贵重合金元素加入量多导致生产成本增加等不足。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术问题，以廉价的硅、锰为主要合金元素，开发一种不含钼、镍、钒等贵重合金的低成本高性能耐磨球铁磨球。

本发明一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球的制备方法，通过以下工艺步骤来实现：

(1)采用质量分数为88.3-89.6％的Q12球墨铸铁用生铁、4.0-4.3％氮化锰铁、2.0-2.5％硅铁、0.65-0.80％增碳剂、1.2-1.4％碳素铬铁、0.7-0.9％硅钙钡合金、1.00-1.15％铜镁合金、0.30-0.45％钛铁、0.009-0.012％金属锑、0.20-0.25％硼铁和0.12-0.14％金属铝配料；先将质量分数88.3-89.6％的Q12球墨铸铁用生铁、1.2-1.4％碳素铬铁和0.65-0.80％增碳剂混合加热熔化，当铁水温度升至1450-1480℃时，加入质量分数4.0-4.3％氮化锰铁和部分硅铁，其中部分硅铁为所述2.0-2.5％硅铁其中的1.2-1.5％，继续将铁水温度升至1490-1510℃，然后依次加入质量分数0.12-0.14％金属铝和0.30-0.45％钛铁，金属铝和钛铁加入完毕2-4分钟后，出铁水到球化包中，并在铁水出炉时，随铁水流加入块度为8-18mm、剩余硅铁0.5-1.3％对铁水进行随流孕育处理，其中剩余硅铁0.5-1.3％为所述2.0-2.5％硅铁第一次用后剩余的0.5-1.3％；然后采用凹坑冲入法对铁水进行球化处理：先将质量分数为1.00-1.15％铜镁合金倒入球化包凹坑，扒平，在铜镁合金上加盖一层厚度为8-12mm的球墨铸铁铁屑，然后在球墨铸铁铁屑上覆盖所述的质量分数0.7-0.9％的硅钙钡合金，首先将炉内铁水出铁75-80％到球化包内，球化完毕后，将质量分数0.009-0.012％的金属锑和0.20-0.25％的硼铁用厚度0.5-1.2mm的低碳钢板包覆好后扔入球化包内，最后将炉内余下的20-25％铁水出炉到球化包内，球化后的铁水经扒渣、静置后，当温度降至1350-1380℃，将其浇入金属铸型中铸造成磨球；

(2)铁水浇注完毕30-90分钟后，开箱取出磨球，去掉浇冒口和飞边、毛刺，然后将磨球随炉加热至880－900℃，保温3-4小时后，将磨球出炉，并采用温度为65-85℃的热水喷淋冷却，当磨球温度降至400-550℃时，停止喷淋冷却并将磨球重新入温度为240-300℃的炉内保温10-12小时，然后出炉空冷至室温，即可获得耐磨球铁磨球。

如上所述Q12球墨铸铁用生铁的化学成分质量分数％为：1.00-1.40Si，0.20-0.50Mn，3.40-3.75C，P≤0.05，S≤0.03，余量Fe。

如上所述氮化锰铁的化学成分质量分数％为：4.0-5.5N,75-79Mn,<0.5C,<3.5Si,<0.3P,<0.02S,余量Fe。

如上所述的硅钙钡合金的化学成分质量分数％为：40～45Si，10～12Ca，10～12Ba，≤0.8C，≤0.04P，≤0.06S，余量为Fe。

如上所述的碳素铬铁的化学成分质量分数％为：62.0～68.0Cr，7.0～8.5C，2.0～3.5Si，≤0.05P，≤0.04S，余量为Fe。

如上所述的硼铁的化学成分质量分数％为：19.0-21.0B,≤0.5C,≤2.0Si,≤0.5Al,≤0.02S,≤0.10P,余量Fe。

如上所述钛铁的化学成分质量分数％为：38.0～42.0Ti，4.0～7.0Al，1.0～2.5Si，≤0.05P，≤0.04S，余量为Fe。

如上所述硅铁的化学成分质量分数％为：72～80Si，<0.2C，≤0.02S，≤0.04P，余量为Fe。

如上所述铜镁合金的化学成分质量分数％为：80-85Cu，15-20Mg。

本发明以Q12球墨铸铁用生铁为主要原料，以硅、锰为主要合金元素，其中加入锰的主要目的是利用锰具有良好的提高淬透性作用，而加入硅是利用硅具有促进无碳化物贝氏体生成作用，有助于基体组织获得贝氏体-马氏体-奥氏体复相组织，使基体材料具有良好的强韧性和耐磨性。此外，加入铬除了提高基体淬透性外，主要是利用铬是强碳化物形成元素，加入球铁中可生成高硬度的碳化物，有利于提高磨球耐磨性。此外。加入硼主要是为了提高淬透性，防止出现低硬度的珠光体基体。硅、锰加入球铁中易使球铁组织粗化，本发明利用氮和钛化合生成高熔点的TiN颗粒，可作为初生奥氏体和共晶碳化物的结晶核心，有利于凝固组织和碳化物的细化和分布均匀化，从而提高磨球的强度和韧性。采用铜镁合金除了稳定球化效果外，铜的加入可以大幅度提高磨球的淬透性。金属锑的加入可以防止石墨衰退，但是当金属锑加入量过多时，会使石墨形状恶化。因此，本发明采用质量分数为88.3-89.6％的Q12球墨铸铁用生铁、4.0-4.3％氮化锰铁、2.0-2.5％硅铁、0.65-0.80％增碳剂、1.2-1.4％碳素铬铁、0.7-0.9％硅钙钡合金、1.00-1.15％铜镁合金、0.30-0.45％钛铁、0.009-0.012％金属锑、0.20-0.25％硼铁和0.12-0.14％金属铝配料。先将质量分数88.3-89.6％的Q12球墨铸铁用生铁、1.2-1.4％碳素铬铁和0.65-0.80％增碳剂混合加热熔化，这样金属炉料熔化速度快，熔化时间短，生产效率高。当铁水温度升至1450-1480℃时，加入质量分数4.0-4.3％氮化锰铁和1.2-1.5％硅铁，可以起预脱氧和合金化作用。继续将铁水温度升至1490-1510℃，然后依次加入质量分数0.12-0.14％金属铝和0.30-0.45％钛铁，金属铝和钛铁加入完毕2-4分钟后，出铁水到球化包中，并在铁水出炉时，随铁水流加入块度为8-18mm、剩余质量分数为0.5-1.3％硅铁对铁水进行随流孕育处理，采用凹坑冲入法对铁水进行球化处理，质量分数为1.00-1.15％铜镁合金倒入球化包凹坑，扒平，加盖厚度8-12mm的球墨铸铁铁屑，复盖质量分数0.7-0.9％的硅钙钡合金，首先将炉内铁水出铁75-80％，球化完毕后，将质量分数0.009-0.012％的金属锑和0.20-0.25％的硼铁用厚度0.5-1.2mm的低碳钢板包覆好后扔入球化包内。这样可以确保铁水具有良好的球化效果，并稳定硼和锑的收得率。最后将炉内余下的25-20％铁水出炉到球化包内，球化后的铁水经扒渣、静置后，当温度降至1350-1380℃，将其浇入金属铸型中铸造成磨球，可以确保磨球的铸造充型质量。

铁水浇注完毕30-90分钟后，开箱取出磨球，去掉浇冒口和飞边、毛刺，然后将磨球随炉加热至880－900℃，保温3-4小时后，将磨球出炉，并采用温度为65-85℃的热水喷淋冷却，可以防止淬火组织中出现珠光体。当磨球温度降至400-550℃时，停止喷淋冷却，可以防止磨球因冷却过快而发生开裂。并将磨球重新入温度为240-300℃的炉内保温10-12小时，可以获得部分贝氏体组织，然后出炉空冷至室温，即可获得耐磨球铁磨球。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明以硅、锰为主要合金元素，结合铬、硼、铜、钛、氮等元素的综合作用，不含镍、钼、钒等昂贵合金元素，具有较低的生产成本；

2)本发明制备磨球工艺简便易于实现规模化工业生产；

3)本发明淬火冷却过程中省去了盐浴淬火工艺，克服了盐浴淬火污染环境和腐蚀磨球的不足；

4)本发明磨球具有优异的力学性能，磨球冲击韧性大于22J/cm²，硬度达到52-55HRC，落球次数＞28000次，磨球具有明显的加工硬化现象，使用后磨球表面硬度达到58-61HRC，具有非常好的综合力学性能、耐磨性和冲击疲劳寿命。

以下结合实施例对本发明做进一步详述。

实施例1：

一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球，采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体工艺步骤是：

1、采用质量分数为88.54％的Q12球墨铸铁用生铁(Q12球墨铸铁用生铁的化学成分质量分数％为：1.37Si，0.22Mn，3.41C，0.037P，0.020S，余量Fe)、4.3％氮化锰铁(氮化锰铁的化学成分质量分数％为：4.06N,75.20Mn,0.36C,2.88Si,0.195P,0.012S,余量Fe)、2.5％硅铁(硅铁的化学成分质量分数％为：79.67Si，0.15C，0.008S，0.033P，余量为Fe)、0.70％增碳剂、1.3％碳素铬铁(碳素铬铁的化学成分质量分数％为：62.55Cr，7.07C，2.41Si，0.035P，0.021S，余量为Fe)、0.8％硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数％为：44.69Si，10.31Ca，11.95Ba，0.67C，0.029P，0.046S，余量为Fe)、1.1％铜镁合金(铜镁合金的化学成分质量分数％为：85Cu，15Mg)、0.4％钛铁(钛铁的化学成分质量分数％为：41.82Ti，4.09Al，1.08Si，0.037P，0.025S，余量为Fe)、0.01％金属锑、0.22％硼铁(硼铁的化学成分质量分数％为：19.04B,0.31C,1.68Si,0.24Al,0.013S,0.055P,余量Fe)和0.13％金属铝配料，先将质量分数88.54％的Q12球墨铸铁用生铁、1.3％碳素铬铁和0.70％增碳剂混合加热熔化，当铁水温度升至1452℃时，加入质量分数4.3％氮化锰铁和1.5％硅铁，继续将铁水温度升至1495℃，然后依次加入质量分数0.13％金属铝和0.40％钛铁，金属铝和钛铁加入完毕4分钟后，出铁水到球化包中，并在铁水出炉时，随铁水流加入块度为8-18mm、质量分数为1.0％硅铁对铁水进行随流孕育处理，采用凹坑冲入法对铁水进行球化处理，质量分数为1.10％铜镁合金倒入球化包凹坑，扒平，加盖厚度8-12mm的球墨铸铁铁屑，复盖质量分数0.8％的硅钙钡合金，首先将炉内铁水出铁80％，球化完毕后，将质量分数0.01％的金属锑和0.22％的硼铁用厚度0.6mm的低碳钢板包覆好后扔入球化包中，最后将炉内余下的20％铁水出炉到球化包，球化后的铁水经扒渣、静置后，当温度降至1354℃，将其浇入金属铸型中铸造成磨球；

②铁水浇注完毕60分钟后，开箱取出磨球，去掉浇冒口和飞边、毛刺，然后将磨球随炉加热至890℃，保温4小时后，将磨球出炉，并采用温度为83℃的热水喷淋冷却，当磨球温度降至470-510℃时，停止喷淋冷却并将磨球重新入温度为270℃的炉内保温11小时，然后出炉空冷至室温，即可获得耐磨球铁磨球，耐磨球铁磨球力学性能见表1。

实施例2：

一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球，采用2500公斤中频感应电炉熔炼，具体工艺步骤是：

1、采用质量分数为89.168％的Q12球墨铸铁用生铁(Q12球墨铸铁用生铁的化学成分质量分数％为：1.05Si，0.46Mn，3.73C，0.041P，0.023S，余量Fe)、4.3％氮化锰铁(氮化锰铁的化学成分质量分数％为：5.48N,75.63Mn,0.30C,2.18Si,0.260P,0.014S,余量Fe)、2.0％硅铁(硅铁的化学成分质量分数％为：72.46Si，0.16C，0.011S，0.035P，余量为Fe)、0.65％增碳剂、1.2％碳素铬铁(碳素铬铁的化学成分质量分数％为：67.47Cr，8.35C，3.38Si，0.040P，0.028S，余量为Fe)、0.9％硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数％为：40.24Si，11.70Ca，10.36Ba，0.58C，0.029P，0.044S，余量为Fe)、1.15％铜镁合金(铜镁合金的化学成分质量分数％为：80Cu，20Mg)、0.30％钛铁(钛铁的化学成分质量分数％为：38.36Ti，6.81Al，2.36Si，0.036P，0.017S，余量为Fe)、0.012％金属锑、0.20％硼铁(硼铁的化学成分质量分数％为：20.87B,0.32C,1.66Si,0.43Al,0.009S,0.067P,余量Fe)和0.12％金属铝配料，先将质量分数89.168％的Q12球墨铸铁用生铁、1.2％碳素铬铁和0.65％增碳剂混合加热熔化，当铁水温度升至1477℃时，加入质量分数4.3％氮化锰铁和1.2％硅铁，继续将铁水温度升至1509℃，然后依次加入质量分数0.12％金属铝和0.30％钛铁，金属铝和钛铁加入完毕2分钟后，出铁水到球化包中，并在铁水出炉时，随铁水流加入块度为8-18mm、质量分数为0.8％硅铁对铁水进行随流孕育处理，采用凹坑冲入法对铁水进行球化处理，质量分数为1.15％铜镁合金倒入球化包凹坑，扒平，加盖厚度8-12mm的球墨铸铁铁屑，复盖质量分数0.9％的硅钙钡合金，首先将炉内铁水出铁75％，球化完毕后，将质量分数0.012％的金属锑和0.20％的硼铁用厚度1.2mm的低碳钢板包覆好后扔入球化包中，最后将炉内余下的25％铁水出炉到球化包，球化后的铁水经扒渣、静置后，当温度降至1376℃，将其浇入金属铸型中铸造成磨球；

②铁水浇注完毕30分钟后，开箱取出磨球，去掉浇冒口和飞边、毛刺，然后将磨球随炉加热至900℃，保温3小时后，将磨球出炉，并采用温度为75℃的热水喷淋冷却，当磨球温度降至510-550℃时，停止喷淋冷却并将磨球重新入温度为240℃的炉内保温12小时，然后出炉空冷至室温，即可获得耐磨球铁磨球，耐磨球铁磨球力学性能见表1。

实施例3：

一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球，采用500公斤中频感应电炉熔炼，具体工艺步骤是：

1、采用质量分数为88.751％的Q12球墨铸铁用生铁(Q12球墨铸铁用生铁的化学成分质量分数％为：1.28Si，0.30Mn，3.49C，0.038P，0.025S，余量Fe)、4.0％氮化锰铁(氮化锰铁的化学成分质量分数％为：4.27N,77.55Mn,0.28C,2.06Si,0.195P,0.014S,余量Fe)、2.5％硅铁(硅铁的化学成分质量分数％为：75.84Si，0.14C，0.016S，0.030P，余量为Fe)、0.80％增碳剂、1.4％碳素铬铁(碳素铬铁的化学成分质量分数％为：65.87Cr，7.83C，2.79Si，0.041P，0.026S，余量为Fe)、0.7％硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数％为：42.05Si，10.88Ca，10.93Ba，0.57C，0.030P，0.043S，余量为Fe)、1.00％铜镁合金(铜镁合金的化学成分质量分数％为：82Cu，18Mg)、0.45％钛铁(钛铁的化学成分质量分数％为：39.94Ti，5.81Al，1.85Si，0.039P，0.027S，余量为Fe)、0.009％金属锑、0.25％硼铁(硼铁的化学成分质量分数％为：19.95B,0.28C,1.82Si,0.36Al,0.009S,0.083P,余量Fe)和0.14％金属铝配料，先将质量分数88.751％的Q12球墨铸铁用生铁、1.4％碳素铬铁和0.80％增碳剂混合加热熔化，当铁水温度升至1467℃时，加入质量分数4.0％氮化锰铁和1.5％硅铁，继续将铁水温度升至1498℃，然后依次加入质量分数0.14％金属铝和0.45％钛铁，金属铝和钛铁加入完毕3分钟后，出铁水到球化包中，并在铁水出炉时，随铁水流加入块度为8-18mm、质量分数为1.0％硅铁对铁水进行随流孕育处理，采用凹坑冲入法对铁水进行球化处理，质量分数为1.00％铜镁合金倒入球化包凹坑，扒平，加盖厚度8-12mm的球墨铸铁铁屑，复盖质量分数0.7％的硅钙钡合金，首先将炉内铁水出铁78％，球化完毕后，将质量分数0.009％的金属锑和0.25％的硼铁用厚度0.8mm的低碳钢板包覆好后扔入球化包中，最后将炉内余下的22％铁水出炉到球化包，球化后的铁水经扒渣、静置后，当温度降至1364℃，将其浇入金属铸型中铸造成磨球；

②铁水浇注完毕90分钟后，开箱取出磨球，去掉浇冒口和飞边、毛刺，然后将磨球随炉加热至880℃，保温4小时后，将磨球出炉，并采用温度为67℃的热水喷淋冷却，当磨球温度降至400-460℃时，停止喷淋冷却并将磨球重新入温度为300℃的炉内保温10小时，然后出炉空冷至室温，即可获得耐磨球铁磨球，耐磨球铁磨球力学性能见表1。

表1 耐磨球铁磨球力学性能

力学性能	表面硬度/HRC	冲击韧性(J/cm²)
			实施例1	52.8	25.4
实施例2	54.7	23.3
			实施例3	53.5	22.9

本发明磨球以硅、锰为主要合金元素，结合铬、硼、铜、钛、氮等元素的综合作用，不含镍、钼、钒等昂贵合金元素，具有较低的生产成本。本发明磨球具有优异的力学性能，磨球冲击韧性大于22J/cm²，硬度达到52-55HRC，落球次数＞28000次，本发明磨球具有明显的加工硬化效果，在Ф3.0m球磨机上使用，用于破碎铁矿石，使用后磨球表面硬度可增加5-6HRC。本发明磨球使用过程中碎球率小于0.3％，磨耗比低铬白口铸铁磨球降低60％以上，和高铬铸铁磨球相当，但生产成本比高铬铸铁磨球降低35％以上，推广本发明磨球可以提高磨矿效率，减轻工人劳动强度，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims

1.一种Si-Mn合金化耐磨球铁磨球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)铁水浇注完毕30-90分钟后，开箱取出磨球，去掉浇冒口和飞边、毛刺，然后将磨球随炉加热至880－900℃，保温3-4小时后，将磨球出炉，并采用温度为65-85℃的热水喷淋冷却，当磨球温度降至400-550℃时，停止喷淋冷却并将磨球重新入温度为240-300℃的炉内保温10-12小时，然后出炉空冷至室温，即可获得耐磨球铁磨球；

Q12球墨铸铁用生铁的化学成分质量分数％为：1.00-1.40Si，0.20-0.50Mn，3.40-3.75C，P≤0.05，S≤0.03，余量Fe；

氮化锰铁的化学成分质量分数％为：4.0-5.5N,75-79Mn,<0.5C,<3.5Si,<0.3P,<0.02S,余量Fe；

硅钙钡合金的化学成分质量分数％为：40～45Si，10～12Ca，10～12Ba，≤0.8C，≤0.04P，≤0.06S，余量为Fe；

碳素铬铁的化学成分质量分数％为：62.0～68.0Cr，7.0～8.5C，2.0～3.5Si，≤0.05P，≤0.04S，余量为Fe；

硼铁的化学成分质量分数％为：19.0-21.0B,≤0.5C,≤2.0Si,≤0.5Al,≤0.02S,≤0.10P,余量Fe；

钛铁的化学成分质量分数％为：38.0～42.0Ti，4.0～7.0Al，1.0～2.5Si，≤0.05P，≤0.04S，余量为Fe；

硅铁的化学成分质量分数％为：72～80Si，<0.2C，≤0.02S，≤0.04P，余量为Fe；

铜镁合金的化学成分质量分数％为：80-85Cu，15-20Mg。

2.按照权利要求1所述的方法制备得到的Si-Mn合金化耐磨球铁磨球。