CN106222515A - 一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：35‑65份；铬锭：3‑9份；铁锭：15‑25份；锰锭；30‑80份；钼锭：13‑28份；铼锭：2‑6份；钒锭：4‑8份；硅石：8‑12份；硼砂：2.5‑4.5份；硫粉：1.2‑2.6份；磷粉：3.5‑6.5份；镍锭：1.2‑2.4份；铝锭：0.6‑1.2份；纳米改性剂：1.5‑2.5份。本发明还公开了上述的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法。本发明既提高了耐磨合金球的韧性又提高了硬度，同时还提高了耐磨耐高温性能。

Description

一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨钢球的技术领域，尤其涉及一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球及其制备方法。
背景技术
目前，耐磨合金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。
现有技术中，耐磨合金球大多采用成分含量的替换或含量的增加或减少来改变耐磨合金球的性能，通过添加改性剂来改善耐磨合金球的性能，是现有技术需要解决的。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球及其制备方法，既提高了耐磨合金球的韧性又提高了硬度，同时还提高了耐磨耐高温性能。
本发明提出的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：35-65份；铬锭：3-9份；铁锭：15-25份；锰锭；30-80份；钼锭：13-28份；铼锭：2-6份；钒锭：4-8份；硅石：8-12份；硼砂：2.5-4.5份；硫粉：1.2-2.6份；磷粉：3.5-6.5份；镍锭：1.2-2.4份；铝锭：0.6-1.2份；纳米改性剂：1.5-2.5份。
优选地，纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比2-4：3-5：1-3：3-6：1-5混合而成。
优选地，其原料按重量份包括：石墨粉：38-62份；铬锭：4-8份；铁锭：18-22份；锰锭；35-75份；钼锭：14-27份；铼锭：3-5份；钒锭：5-7份；硅石：9-11份；硼砂：2.8-4.2份；硫粉：1.4-2.4份；磷粉：3.8-6.2份；镍锭：1.4-2.2份；铝锭：0.7-1.1份；纳米改性剂：1.8-2.2份。
优选地，其原料按重量份包括：石墨粉：50份；铬锭：6份；铁锭：20份；锰锭；55份；钼锭：20.5份；铼锭：4份；钒锭：6份；硅石：5份；硼砂：3.5份；硫粉：1.9份；磷粉：5.0份；镍锭：1.8份；铝锭：0.9份；纳米改性剂：2.0份。
本发明的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将石墨粉、铬锭、铁锭、锰锭、钼锭、铼锭、钒锭、硅石、硼砂、硫粉、磷粉、镍锭和铝锭进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将纳米改性剂均匀弥散分布在合金液中；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液表面加入覆盖剂，镇静处理，精炼脱硫、脱氧，得到合金液；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950-1050℃预热35-45min，再加热40-45min，保温2-3h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3-4min，清水的温度为37-42℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件放入硝盐溶液中进行淬火处理，淬火处理的温度为760-780℃，淬火处理的时间为4-7min，将淬火处理后的铸件升温至180-210℃进行回火处理，回火处理的时间为5-6h，冷却到室温后得到高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球。
优选地，S2中，覆盖剂由氧化镁粉和石灰粉煤渣按重量比4-5:2-3混合而成。
优选地，S3中，硝盐溶液是质量百分比浓度为50％的NaNO3和50％的KNO3的溶液。
本发明中，覆盖剂的用量以完全覆盖合金液表面为基准。
本发明中，将熔炼过后的合金液进行纳米改性剂的变质处理，纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按一定比例混合而成，混合而成以纳米尺寸与高表面活性颗粒在钢铁液中形成的纳米形核以及纳米改性剂颗粒弥散均匀分布在基体上，它具有高硬度、高熔点、耐高温、尺寸小和弥散度高的特点，在结晶过程中增加形核的核心数量，减少了晶粒尺寸，细化了晶粒，纳米改性剂的高表面活性及细化晶粒过程中弥散硬化，有效的提高了耐磨钢球的硬度和韧性，打破了耐磨钢球在强化过程中硬度提高必然韧性下降的对应关系，与现有技术中的高锰低铬合金耐磨球对比，热处理状态韧性提高10-80％，对一些耐磨合金钢可使晶粒细化，晶粒变细1-2个级别，拉伸韧性提高0.7％，屈服韧性提高6.1％，延伸率提高10.8％，冲击韧性提高17.9％，硬度提高HRC0.3。通过添加覆盖剂进行镇静处理，使得合金液中的气体和夹杂物上浮，达到了净化合金液的目的，从而有效的降低了废品率。通过对铸件进行淬火的过程中，通过多步升温和保温处理，然后再进行降温和盐水溶液保温处理，，保证获得马氏体的同时减小耐磨球中的内应力，防止变形和开裂，在淬火结束后，进行多步回火处理，消除耐磨球淬火时产生的残留应力，降低脆性，提高其韧性，防止其变形和开裂。
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。
在具体实施方式中，石墨粉的重量份可以为35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份、61份、62份、63份、64份、65份；铬锭的重量份可以为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份；铁锭的重量份可以为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份；锰锭的重量份可以为30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份、61份、62份、63份、64份、65份、66份、67份、68份、69份、70份、71份、72份、73份、74份、75份、76份、77份、78份、79份、80份；钼锭的重量份可以为13份、13.5份、14份、14.5份、15份、15.5份、16份、16.5份、17份、17.5份、18份、18.5份、19份、19.5份、20份、20.5份、21份、21.5份、22份、22.5份、23份、23.5份、24份、24.5份、25份、25.5份、26份、26.5份、27份、27.5份、28份；铼锭的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份；钒锭的重量份可以为4份、5份、6份、7份、8份；硅石的重量份可以为8份、8.5份、9份、9.5份、10份、10.5份、11份、11.5份、12份；硼砂的重量份可以为2.5份、3.0份、3.5份、4.0份、4.5份；硫粉的重量份可以为1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份；磷粉的重量份可以为3.5份、3.6份、3.7份、3.8份、4.0份、4.1份、4.2份、4.3份、4.4份、4.5份、4.6份、4.7份、4.8份、4.9份、5.0份、5.1份、5.2份、5.3份、5.4份、5.5份、5.6份、5.7份、5.8份、5.9份、6.0份、6.1份、6.2份、6.3份、6.4份、6.5份；镍锭的重量份可以为1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份；铝锭的重量份可以为0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份；纳米改性剂的重量份可以为1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2.0份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份。
实施例1
本发明提出的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：50份；铬锭：6份；铁锭：20份；锰锭；55份；钼锭：20.5份；铼锭：4份；钒锭：6份；硅石：5份；硼砂：3.5份；硫粉：1.9份；磷粉：5.0份；镍锭：1.8份；铝锭：0.9份；纳米改性剂：2.0份。
纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比3：4：2：4.5：3混合而成。
实施例2
本发明提出的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：35份；铬锭：9份；铁锭：15份；锰锭；80份；钼锭：13份；铼锭：6份；钒锭：4份；硅石：12份；硼砂：2.5份；硫粉：2.6份；磷粉：3.5份；镍锭：2.4份；铝锭：0.6份；纳米改性剂：2.5份。
纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比2：5：1：6：1混合而成。
本发明的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将石墨粉、铬锭、铁锭、锰锭、钼锭、铼锭、钒锭、硅石、硼砂、硫粉、磷粉、镍锭和铝锭进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将纳米改性剂均匀弥散分布在合金液中；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液表面加入覆盖剂，镇静处理，精炼脱硫、脱氧，得到合金液；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950℃预热45min，再加热40min，保温3h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3min，清水的温度为42℃；其中，覆盖剂由氧化镁粉和石灰粉煤渣按重量比4:3混合而成；
S4、将S3中预冷处理后的铸件放入质量百分比浓度为50％的NaNO3和50％的KNO3组成的硝盐溶液中进行淬火处理，淬火处理的温度为760℃，淬火处理的时间为7min，将淬火处理后的铸件升温至180℃进行回火处理，回火处理的时间为6h，冷却到室温后得到高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球。
实施例3
本发明提出的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：65份；铬锭：3份；铁锭：25份；锰锭；30份；钼锭：28份；铼锭：2份；钒锭：8份；硅石：8份；硼砂：4.5份；硫粉：1.2份；磷粉：6.5份；镍锭：1.2份；铝锭：1.2份；纳米改性剂：1.5份。
纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比4：3：3：3：5混合而成。
本发明的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将石墨粉、铬锭、铁锭、锰锭、钼锭、铼锭、钒锭、硅石、硼砂、硫粉、磷粉、镍锭和铝锭进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将纳米改性剂均匀弥散分布在合金液中；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液表面加入覆盖剂，镇静处理，精炼脱硫、脱氧，得到合金液；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在1050℃预热35min，再加热45min，保温2h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为4min，清水的温度为37℃；其中，覆盖剂由氧化镁粉和石灰粉煤渣按重量比5:2混合而成；
S4、将S3中预冷处理后的铸件放入质量百分比浓度为50％的NaNO3和50％的KNO3组成的硝盐溶液中进行淬火处理，淬火处理的温度为780℃，淬火处理的时间为4min，将淬火处理后的铸件升温至210℃进行回火处理，回火处理的时间为5h，冷却到室温后得到高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球。
实施例4
本发明提出的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：38份；铬锭：8份；铁锭：18份；锰锭；75份；钼锭：14份；铼锭：5份；钒锭：5份；硅石：11份；硼砂：2.8份；硫粉：2.4份；磷粉：3.8份；镍锭：2.2份；铝锭：0.7份；纳米改性剂：2.2份。
纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比2.5：4.5：1.5：5：2混合而成。
本发明的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将石墨粉、铬锭、铁锭、锰锭、钼锭、铼锭、钒锭、硅石、硼砂、硫粉、磷粉、镍锭和铝锭进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将纳米改性剂均匀弥散分布在合金液中；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液表面加入覆盖剂，镇静处理，精炼脱硫、脱氧，得到合金液；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在980℃预热42min，再加热41min，保温2.8h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3.2min，清水的温度为41℃；其中，覆盖剂由氧化镁粉和石灰粉煤渣按重量比4.2:2.8混合而成；
S4、将S3中预冷处理后的铸件放入质量百分比浓度为50％的NaNO3和50％的KNO3组成的硝盐溶液中进行淬火处理，淬火处理的温度为765℃，淬火处理的时间为6min，将淬火处理后的铸件升温至185℃进行回火处理，回火处理的时间为5.8h，冷却到室温后得到高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球。
实施例5
本发明提出的一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其原料按重量份包括：石墨粉：62份；铬锭：4份；铁锭：22份；锰锭；35份；钼锭：27份；铼锭：3份；钒锭：7份；硅石：9份；硼砂：4.2份；硫粉：1.4份；磷粉：6.2份；镍锭：1.4份；铝锭：1.1份；纳米改性剂：1.8份。
纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比3.5：3.5：2.5：4：4混合而成。
本发明的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将石墨粉、铬锭、铁锭、锰锭、钼锭、铼锭、钒锭、硅石、硼砂、硫粉、磷粉、镍锭和铝锭进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将纳米改性剂均匀弥散分布在合金液中；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液表面加入覆盖剂，镇静处理，精炼脱硫、脱氧，得到合金液；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在1020℃预热38min，再加热44min，保温2.2h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3.8min，清水的温度为38℃；其中，覆盖剂由氧化镁粉和石灰粉煤渣按重量比4.8:2.2混合而成；
S4、将S3中预冷处理后的铸件放入质量百分比浓度为50％的NaNO3和50％的KNO3组成的硝盐溶液中进行淬火处理，淬火处理的温度为775℃，淬火处理的时间为5min，将淬火处理后的铸件升温至205℃进行回火处理，回火处理的时间为5.2h，冷却到室温后得到高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球。
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 (7)

1.一种高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其特征在于，其原料按重量份包括：石墨粉：35-65份；铬锭：3-9份；铁锭：15-25份；锰锭；30-80份；钼锭：13-28份；铼锭：2-6份；钒锭：4-8份；硅石：8-12份；硼砂：2.5-4.5份；硫粉：1.2-2.6份；磷粉：3.5-6.5份；镍锭：1.2-2.4份；铝锭：0.6-1.2份；纳米改性剂：1.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其特征在于，纳米改性剂由碳化钛、碳化钨、氧化铌、氧化铼和碳化铈按重量比2-4：3-5：1-3：3-6：1-5混合而成。
3.根据权利要求1或2所述的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其特征在于，其原料按重量份包括：石墨粉：38-62份；铬锭：4-8份；铁锭：18-22份；锰锭；35-75份；钼锭：14-27份；铼锭：3-5份；钒锭：5-7份；硅石：9-11份；硼砂：2.8-4.2份；硫粉：1.4-2.4份；磷粉：3.8-6.2份；镍锭：1.4-2.2份；铝锭：0.7-1.1份；纳米改性剂：1.8-2.2份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其特征在于，其原料按重量份包括：石墨粉：50份；铬锭：6份；铁锭：20份；锰锭；55份；钼锭：20.5份；铼锭：4份；钒锭：6份；硅石：5份；硼砂：
3.5份；硫粉：1.9份；磷粉：5.0份；镍锭：1.8份；铝锭：0.9份；纳米改性剂：2.0份。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将石墨粉、铬锭、铁锭、锰锭、钼锭、铼锭、钒锭、硅石、硼砂、硫粉、磷粉、镍锭和铝锭进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将纳米改性剂均匀弥散分布在合金液中；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液表面加入覆盖剂，镇静处理，精炼脱硫、脱氧，得到合金液；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950-1050℃预热35-45min，再加热40-45min，保温2-3h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3-4min，清水的温度为37-42℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件放入硝盐溶液中进行淬火处理，淬火处理的温度为760-780℃，淬火处理的时间为4-7min，将淬火处理后的铸件升温至180-210℃进行回火处理，回火处理的时间为5-6h，冷却到室温后得到高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球。
6.根据权利要求5所述的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其特征在于，S2中，覆盖剂由氧化镁粉和石灰粉煤渣按重量比4-5:2-3混合而成。
7.根据权利要求5或6所述的高韧性高硬度的纳米改性耐磨合金球，其特征在于，S3中，硝盐溶液是质量百分比浓度为50％的NaNO3和50％的KNO3的溶液。
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