CN107723655B - 一种低铬耐磨球的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低铬耐磨球的热处理工艺，涉及耐磨材料领域，包括以下步骤：用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为0.5‑1.5Pa，向炉腔内通入混合气体，启动辉光，工作时间为3‑5h；将耐磨球取出，先升温至200‑300℃，保温10‑15min，再升温至800‑980℃，保温2‑3h后放入浓度为15‑25％的水基淬火剂中淬火，将耐磨球从水基淬火剂中取出后静置10‑20min后，再加热至400‑500℃，保温1.5‑3h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品，本发明具有工艺简单，成本低，生产出的耐磨球强度和硬度高、韧性大、耐热耐腐蚀性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料领域，具体涉及一种低铬耐磨球的热处理工艺。
背景技术
球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。耐磨球是球磨机的粉碎介质，通过耐磨球之间、耐磨球与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。现有技术中，耐磨球主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，其工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。磨煤机钢球在使用时球的硬度和耐磨性是影响磨煤机整形效果的主要因素之一。为了提高破碎效率和钢球的耐用度，需要钢球表面有足够的硬度和耐磨度。同时，在研磨过程中，钢球与磨料、钢球与衬板以及钢球与钢球之间发生的冲撞不可避免，因此，还要求钢球有一定的韧性，避免破球，另外，水泥、煤炭、矿石、煤渣中还含有大量腐蚀性物质，会对耐磨球造成腐蚀，这就要求耐磨球具有一定的耐腐蚀性，这些都对耐磨球的综合性能提出了更高的要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低铬耐磨球的热处理工艺，具有工艺简单，成本低，生产出的耐磨球强度和硬度高、韧性大、耐热耐腐蚀性好的优点。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种低铬耐磨球的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；
(2)将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将耐磨球作为工件极，将合金作为源极，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为0.5-1.5Pa，向炉腔内通入氩气和氮气的混合气体，混合气体的气压为20-30Pa，启动辉光，控制源极电压为800-950V，工件电压为500-600V，工作时间为3-5h；
(3)关闭辉光，将耐磨球取出，放入加热设备中，先升温至200-300℃，保温10-15min，再升温至800-980℃，保温2-3h后放入浓度为15-25％的水基淬火剂中淬火，将耐磨球从水基淬火剂中取出后静置10-20min后，再放入加热设备中加热至400-500℃，保温1.5-3h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品。
优选地，所述耐磨球由以下质量分数的元素组成：C 1.13-2.42％、Si 1.15-1.80％、Cr 0.44-1.35％、Mn 1.13-1.55％、Ni 0.23-0.45％、V 0.24-0.40％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
优选地，所述合金由以下质量分数的元素组成：Cr 22.3-28.1％、Al 17.5-22.4％、Ni 10.8-16.7％、Co 9.3-15.4％、Ti 1.26-1.55％、W 0.12-0.20％、Mo 0.23-0.45％、其余为Fe。
优选地，所述混合气体中氩气和氮气的体积比为1:3.
优选地，所述水基淬火剂为THIF-501水基淬火剂或THIF-502水基淬火剂。
优选地，所述合金渗层的厚度为250-400μm。
(三)有益效果
本发明提供了一种低铬耐磨球的热处理工艺，具有以下有益效果：
(1)通过添加Mo、V、Co等元素或是增加Cr和Ni等元素的含量可以提升耐磨球的强度和硬度，但是这些元素往往价格昂贵，这会大大增加成本压力，相比较而言，通过改进热处理工艺和进行渗透处理，既可以提升耐磨球的综合性能，所用到的成本会小的很多，本发明工艺简单，适合大规模工业应用，耗能小，成本低。
(2)双辉等离子技术可以在较低的气压和较短的时间内在耐磨球表面形成有效金属渗层，而且会有部分氮元素进入渗层中，有效提升耐磨球的强度、硬度和耐热耐腐蚀性能，使用寿命大大增加。
(3)热处理工艺可以提升金属渗层的致密性，改善金属渗层和耐磨球的晶相结构，提升其强度和韧性，而且热处理时不使用有机淬火剂更加环保，减少了对环境和操作人员健康的危害。
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：
一种低铬耐磨球的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；
(2)将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将耐磨球作为工件极，将合金作为源极，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为1Pa，向炉腔内通入氩气和氮气体积比为1:3的混合气体，混合气体的气压为30Pa，启动辉光，控制源极电压为900V，工件电压为600V，工作时间为3h，合金渗层的厚度为250μm；
(3)关闭辉光，将耐磨球取出，放入加热设备中，先升温至250℃，保温10min，再升温至900℃，保温2.5h后放入浓度为20％的THIF-501水基淬火剂中淬火，将耐磨球从THIF-501水基淬火剂中取出后静置15min后，再放入加热设备中加热至450℃，保温2h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品。
其中，耐磨球由以下质量分数的元素组成：C 1.52％、Si 1.38％、Cr 0.85％、Mn1.42％、Ni 0.33％、V 0.28％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
其中，合金由以下质量分数的元素组成：Cr 25.1％、Al 20.4％、Ni 15.5％、Co10.4％、Ti 1.47％、W 0.18％、Mo 0.25％、其余为Fe。
实施例2：
一种低铬耐磨球的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；
(2)将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将耐磨球作为工件极，将合金作为源极，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为0.8Pa，向炉腔内通入氩气和氮气体积比为1:3的混合气体，混合气体的气压为25Pa，启动辉光，控制源极电压为850V，工件电压为550V，工作时间为4h，合金渗层的厚度为280μm；
(3)关闭辉光，将耐磨球取出，放入加热设备中，先升温至250℃，保温12min，再升温至880℃，保温3h后放入浓度为20％的THIF-502水基淬火剂中淬火，将耐磨球从THIF-502水基淬火剂中取出后静置15min后，再放入加热设备中加热至500℃，保温2h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品。
其中，耐磨球由以下质量分数的元素组成：C 2.12％、Si 1.50％、Cr 0.85％、Mn1.45％、Ni 0.25％、V 0.30％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
其中，合金由以下质量分数的元素组成：Cr 25.1％、Al 18.4％、Ni 14.4％、Co12.0％、Ti 1.36％、W 0.15％、Mo 0.25％、其余为Fe。
实施例3：
一种低铬耐磨球的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；
(2)将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将耐磨球作为工件极，将合金作为源极，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为0.5Pa，向炉腔内通入氩气和氮气体积比为1:3的混合气体，混合气体的气压为20Pa，启动辉光，控制源极电压为800V，工件电压为500V，工作时间为3h，合金渗层的厚度为250μm；
(3)关闭辉光，将耐磨球取出，放入加热设备中，先升温至200℃，保温10min，再升温至800℃，保温2h后放入浓度为15％的THIF-501水基淬火剂中淬火，将耐磨球从THIF-501水基淬火剂中取出后静置10min后，再放入加热设备中加热至400℃，保温1.5h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品。
其中，耐磨球由以下质量分数的元素组成：C 2.42％、Si 1.80％、Cr 1.35％、Mn1.55％、Ni 0.45％、V 0.40％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
其中，合金由以下质量分数的元素组成：Cr 28.1％、Al 22.4％、Ni 16.7％、Co15.4％、Ti 1.55％、W 0.20％、Mo 0.45％、其余为Fe。
实施例4：
一种低铬耐磨球的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；
(2)将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将耐磨球作为工件极，将合金作为源极，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为1.5Pa，向炉腔内通入氩气和氮气体积比为1:3的混合气体，混合气体的气压为30Pa，启动辉光，控制源极电压为950V，工件电压为600V，工作时间为5h，合金渗层的厚度为400μm；
(3)关闭辉光，将耐磨球取出，放入加热设备中，先升温至300℃，保温15min，再升温至980℃，保温3h后放入浓度为25％的THIF-501水基淬火剂中淬火，将耐磨球从THIF-501水基淬火剂中取出后静置20min后，再放入加热设备中加热至500℃，保温3h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品。
其中，耐磨球由以下质量分数的元素组成：C 1.13％、Si 1.15％、Cr 0.44％、Mn1.13％、Ni 0.23％、V 0.24％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
其中，合金由以下质量分数的元素组成：Cr 22.3％、Al 17.5％、Ni 10.8％、Co9.3％、Ti 1.26％、W 0.12％、Mo 0.23％、其余为Fe。
表1为本发明实施例1-4耐磨球的力学性能测试结果：
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明耐磨球具有强度高、韧性高的优点。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (5)
1.一种低铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用丙酮对耐磨球表面进行超声波清洗，砂纸打磨、超声波水洗和干燥待用，将合金切割成所需的尺寸；
(2)将耐磨球和合金放入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，将耐磨球作为工件极，将合金作为源极，将双辉等离子表面冶金渗金属炉抽真空至气压为0.5-1.5Pa，向炉腔内通入氩气和氮气的混合气体，混合气体的气压为20-30Pa，启动辉光，控制源极电压为800-950V，工件电压为500-600V，工作时间为3-5h得到合金渗层，所述合金由以下质量分数的元素组成：Cr 22.3-28.1％、Al 17.5-22.4％、Ni 10.8-16.7％、Co 9.3-15.4％、Ti 1.26-1.55％、W0.12-0.20％、Mo 0.23-0.45％、其余为Fe；
(3)关闭辉光，将耐磨球取出，放入加热设备中，先升温至200-300℃，保温10-15min，再升温至800-980℃，保温2-3h后放入浓度为15-25％的水基淬火剂中淬火，将耐磨球从水基淬火剂中取出后静置10-20min后，再放入加热设备中加热至400-500℃，保温1.5-3h后空冷出炉，即可得到耐磨球成品。
2.如权利要求1所述的低铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于，所述耐磨球由以下质量分数的元素组成：C 1.13-2.42％、Si 1.15-1.80％、Cr 0.44-1.35％、Mn 1.13-1.55％、Ni0.23-0.45％、V 0.24-0.40％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的低铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于，所述混合气体中氩气和氮气的体积比为1:3。
4.如权利要求1所述的低铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于，所述水基淬火剂为THIF-501水基淬火剂或THIF-502水基淬火剂。
5.如权利要求1所述的低铬耐磨球的热处理工艺，其特征在于，合金渗层的厚度为250-400μm。
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