CN107523669A - 一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:(1)淬火：将高铬耐磨球加热至750‑780℃，保温40‑80min，以20‑32℃/min的速度升温至1000‑1050℃，保温30‑60min，随炉冷至850‑870℃，油冷；(2)回火：耐磨球先加热至600‑650℃，保温30‑60min，空冷；再加热至200‑250℃，保温2‑4h，水冷；(3)清洗：研磨抛光，超声波清洗，烘干；(4)渗氮处理：将耐磨球先于300‑340℃下，在纯氨气氛中改性处理2‑4h，然后于450‑480℃下，在纯氨气氛中改性处理3‑6h；本发明通过优化热处理工艺，使最终所制得的耐磨球在达到高硬度、高耐磨性的同时，具有优异的疲劳抗力和韧性，并通过结合两段渗氮处理，进一步加强耐磨球的耐磨性以及耐腐蚀性，使其综合性能更加优异。

Description

一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺
技术领域
本发明涉及耐磨球领域，具体涉及一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺。
背景技术
耐磨球(grinding ball)，是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，一种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；另一种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。耐磨球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。
近年来，随着我国工业的迅速发展，耐磨球的消耗量很大，采用改善磨球性嫩，提高其使用寿命的方法，将产生很大的经济效益。磨球的耐磨性能与其热处理工艺及后处理工艺密切相关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，通过优化热处理工艺，使最终所制得的耐磨球在达到高硬度、高耐磨性的同时，具有优异的疲劳抗力和韧性，并通过结合两段渗氮处理，进一步加强耐磨球的耐磨性以及耐腐蚀性，使其综合性能更加优异。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至750-780℃，保温40-80min，然后以20-32℃/min的速度升温至1000-1050℃，保温30-60min，然后随炉冷至850-870℃，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至600-650℃，保温30-60min，空冷至室温；然后再加热至200-250℃，保温2-4h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗10-20min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于300-340℃下，在纯氨气氛中改性处理2-4h，然后于450-480℃下，在纯氨气氛中改性处理3-6h，即得。
优选地，所述高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.6-3.1％，Si：0.95-1.35％，Mn：1.45-1.75％，Cr：13.5-15.8％，Mo：0.5-0.95％，V：0.25-0.5％，Nb：0.4-0.75％，Cu：0.2-0.8％，RE：0.05-0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.9％，Si：1.1％，Mn：1.63％，Cr：14.2％，Mo：0.8％，V：0.3％，Nb：0.6％，Cu：0.6％，RE：0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述RE为重量百分比为30-50％的Ce与重量百分比为50-70％的Yb的混合物。
优选地，所述步骤(1)中，以26℃/min的速度升温至1020℃。
优选地，所述步骤(4)中，将经步骤(3)处理的耐磨球先与320℃下，在纯氨气氛中改性处理2.5h，然后于460℃下，在纯氨气氛中改性处理5h。
本发明的有益效果是：
本发明采用多段淬火工艺，合理设置各温度参数以及保温时间，有助于耐磨球中合金内部的过冷奥氏体转变为合适量的马氏体和贝氏体，并可晶粒细化，改善碳化物的外貌，使耐磨球内部形成均匀的金相，是耐磨球具有优异的硬度以及耐磨性，淬火后进行回火，回火先高温回火，再进行低温回火，使得到回火马氏体+回火索氏体+碳化物+少量残余奥氏体的金相组织，从而使最终所制得的耐磨球在达到高硬度、高耐磨性的同时，具有优异的疲劳抗力和韧性。
进一步对热处理之后的耐磨球进行两段渗氮处理，可使耐磨球表面形成一层改性层，改性层硬度高，可进一步加强耐磨球的耐磨性以及耐腐蚀性，使其综合性能更加优异。
本发明加入的Cr与C、Fe生成合适量的高硬度的共晶碳化物(Cr、Fe7)C3，可有效提高耐磨球是耐磨性，加入的Mn是形成奥氏体的有效元素，可有效提高耐磨球的淬透性，加入适量的Nb可对集体组织以及各种碳化物的外貌的改善，可是耐磨球的耐磨性和冲击仍性得到显著提高。同时在耐磨球中加入适量的Mo、Cu进行微量合金化，Mo和Cu的联合使用可以很好地提高合金的冲击韧度，提高耐磨球的使用寿命。而V可达到细化晶粒、阻止形成网状碳化物，而加入的RE可由有效净化钢液，使晶粒得到进一步细化。本发明通过合理配置各元素成分，使制得的耐磨球在获得高硬度的同时，通过晶界净化、晶粒细化、控制碳化物含量，改善碳化物形态和大小来进一步提高材料的韧性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至760℃，保温70min，然后以26℃/min的速度升温至1020℃，保温40min，然后随炉冷至850，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至650℃，保温50min，空冷至室温；然后再加热至250℃，保温3h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗20min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于320℃下，在纯氨气氛中改性处理2.5h，然后于460℃下，在纯氨气氛中改性处理5h，即得。
上述高硬度高韧性高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.9％，Si：1.1％，Mn：1.63％，Cr：14.2％，Mo：0.8％，V：0.3％，Nb：0.6％，Cu：0.6％，RE：0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质；RE为重量百分比为50％的Ce与重量百分比为50％的Yb的混合物。
实施例2：
一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至780℃，保温80min，然后以32℃/min的速度升温至1050℃，保温40min，然后随炉冷至860℃，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至630℃，保温60min，空冷至室温；然后再加热至220℃，保温4h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗20min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于340℃下，在纯氨气氛中改性处理3h，然后于480℃下，在纯氨气氛中改性处理3h，即得。
上述高硬度高韧性高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：3.1％，Si：1.3％，Mn：1.55％，Cr：13.5％，Mo：0.5％，V：0.4％，Nb：0.6％，Cu：0.8％，RE：0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质；RE为重量百分比为30％的Ce与重量百分比为70％的Yb的混合物。
实施例3：
一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至750℃，保温60min，然后以30℃/min的速度升温至1000℃，保温60min，然后随炉冷至870℃，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至600℃，保温30min，空冷至室温；然后再加热至200℃，保温3h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗10min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于300℃下，在纯氨气氛中改性处理4h，然后于460℃下，在纯氨气氛中改性处理4h，即得。
上述高硬度高韧性高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.9％，Si：0.95％，Mn：1.45％，Cr：15.8％，Mo：0.95％，V：0.5％，Nb：0.4％，Cu：0.6％，RE：0.05％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质；RE为重量百分比为45％的Ce与重量百分比为55％的Yb的混合物。
实施例4：
一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至760℃，保温80min，然后以20℃/min的速度升温至1050℃，保温30min，然后随炉冷至850℃，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至650℃，保温50min，空冷至室温；然后再加热至250℃，保温2h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗18min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于320℃下，在纯氨气氛中改性处理2h，然后于450℃下，在纯氨气氛中改性处理6h，即得。
上述高硬度高韧性高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.6％，Si：1.35％，Mn：1.75％，Cr：14.8％，Mo：0.8％，V：0.25％，Nb：0.75％，Cu：0.2％，RE：0.12％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质；RE为重量百分比为40％的Ce与重量百分比为60％的Yb的混合物。
实施例5：
一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至780℃，保温50min，然后以25℃/min的速度升温至1000℃，保温50min，然后随炉冷至870℃，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至650℃，保温50min，空冷至室温；然后再加热至240℃，保温3h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗15min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于340℃下，在纯氨气氛中改性处理4h，然后于480℃下，在纯氨气氛中改性处理6h，即得。
上述高硬度高韧性高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.8％，Si：1.35％，Mn：1.65％，Cr：13.8％，Mo：0.5％，V：0.35％，Nb：0.75％，Cu：0.7％，RE：0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质；RE为重量百分比为35％的Ce与重量百分比为65％的Yb的混合物。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，其特征在于：包括以下步骤:
(1)淬火：将高铬耐磨球加热至750-780℃，保温40-80min，然后以20-32℃/min的速度升温至1000-1050℃，保温30-60min，然后随炉冷至850-870℃，再进行油冷；
(2)回火：将经步骤(1)处理的耐磨球先加热至600-650℃，保温30-60min，空冷至室温；再加热至200-250℃，保温2-4h，水冷至室温；
(3)清洗：将经步骤(2)处理的耐磨球表面经机械研磨抛光后，用丙酮超声波清洗10-20min，烘干；
(4)渗氮处理：采用等离子体源渗氮技术，将经步骤(3)处理的耐磨球先于300-340℃下，在纯氨气氛中改性处理2-4h，然后于450-480℃下，在纯氨气氛中改性处理3-6h，即得。
2.根据权利要求1所述的高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，其特征在于：所述高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.6-3.1％，Si：0.95-1.35％，Mn：1.45-1.75％，Cr：13.5-15.8％，Mo：0.5-0.95％，V：0.25-0.5％，Nb：0.4-0.75％，Cu：0.2-0.8％，RE：0.05-0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的高硬度高韧性高铬耐磨球的处理工艺，其特征在于：所述高铬耐磨球由以下重量百分比的元素组成：C：2.9％，Si：1.1％，Mn：1.63％，Cr：14.2％，Mo：0.8％，V：0.3％，Nb：0.6％，Cu：0.6％，RE：0.15％，S≤0.04，P≤0.06，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的高硬度高韧性高铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于：所述RE为重量百分比为30-50％的Ce与重量百分比为50-70％的Yb的混合物。
5.根据权利要求1所述的高硬度高韧性高铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，以26℃/min的速度升温至1020℃。
6.根据权利要求1所述的高硬度高韧性高铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，将经步骤(3)处理的耐磨球先与320℃下，在纯氨气氛中改性处理2.5h，然后于460℃下，在纯氨气氛中改性处理5h。
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Denomination of invention: High-hardness high-toughness high-chromium wear-resistant ball treatment process

Effective date of registration: 20190916

Granted publication date: 20181207

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