CN107881438A - 一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法，所述球磨机用低磨耗耐磨球包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体包括以下组分：C、B、Al、Mg、Ti、Si、Cr、Mn、Ni、Zr、Mo、Ce、Sm、Er，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法，得到的耐磨球具有良好的力学性能及耐腐蚀、不易开裂、磨耗低、使用寿命长等优点。

Description

一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法。
背景技术
耐磨球作为球磨机中的粉碎介质，其整体性能将直接影响待球磨机的工作效率及粉碎效果。随着工业的发展，各式大型球磨机的增加，耐磨球由于工作环境复杂，易出现磨损、腐蚀与开裂，影响耐磨球的使用寿命，增加了球磨机工作时的粉碎成本。因此，研制一种耐腐蚀、不易开裂、磨耗低，使用寿命长的耐磨球是目前急需解决的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法，得到的耐磨球具有良好的力学性能及耐腐蚀、不易开裂、磨耗低、使用寿命长等优点。
本发明提出了一种球磨机用低磨耗耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.75-0.95％、B：0.02-0.06％、Al：0.1-0.2％、Mg：0.05-0.1％、Ti：0.2-0.4％、Si：1-1.2％、Cr：6-10％、Mn：0.62-0.95％、Ni：0.22-0.34％、Zr：0.08-0.16％、Mo：0.12-0.22％、Ce：0.08-0.15％、Sm：0.06-0.12％、Er：0.06-0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末12-20份、纳米陶瓷粉末2.4-4份。
优选地，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.15-0.3％、Ti：0.1-0.25％、Si：1.2-1.6％、Cr：16-20％、W：0.2-0.6％、B：0.05-0.1％、Mn：1.5-2.5％、Ce：0.2-0.4％、Nd：0.12-0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：10-20份、B2O3：10-20份、NiO：8-15份、WC：5-10份、Si3N4：8-15份、TiN：5-10份。
本发明还提出了一种球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，经热处理，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后热处理，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
优选地，S2中，将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至520-560℃，保温1.5-2.5h，然后升温至720-760℃，保温30-60min，再升温至880-915℃，保温12-20min，以2.5-4℃/min的速度降温至420-460℃，保温1-2h，空冷至室温，得到耐磨球基体。
优选地，S3中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为5.5-6.5mm/s，功率为1.4-1.6KW，光斑直径为1.8-2.5mm。
优选地，S3中，等离子熔覆工艺参数如下：保护气体为氮气且氮气气体流量为6.5-8L/min，功率为1.8-2.2KW，扫描速度为200-240mm/min，光斑直径为1.5-2.5mm。
优选地，S3中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为270-300mm/min，功率为2.2-2.5KW，光斑直径为1.8-2.5mm。
优选地，S3中，热处理具体步骤如下：将镀层耐磨球C升温至220-250℃，保温4.5-5.5h，然后升温至300-320℃，保温40-60min，空冷至室温后放置4-6d。
本发明中通过合理添加并控制耐磨球基体中Cr、Mn、Ni、Zr、Mo的含量，生成的强化相在耐磨球基体弥散分布，为耐磨球基体具有良好的淬透性、力学性能及耐磨性等性能奠定了基础；通过控制耐磨球基体中B、Al、Mg、Ti、Si及稀土元素Ce、Sm、Er的含量，其具有良好的脱氧、脱氢、脱硫、固氮效果，降低熔炼过程中合金液中有害物质的含量，有效净化合金液，同时对本发明制品起着良好的变质效果，消除本发明制品组织结构中枝晶紊乱形态，通过细化晶粒，净化晶界，提高位错密度，有效改善本发明组织结构，有效提高本发明制品耐磨、耐腐蚀、冲击韧性、硬度、疲劳强度和加工性能，有效延长本发明制品使用寿命；通过优化铸件热处理工艺，有效消除组织应力，破坏网状及枝状结构，细化晶粒，进一步提高本发明制品内部组织的位错密度，改善本发明制品显微组织，有效增强本发明制品耐磨、耐腐蚀、抗开裂、韧性、强度及硬度等性能，改善本发明制品性能稳定性，延长本发明制品使用寿命。熔覆层中选用纳米陶瓷粉末与合金粉末配合，并以合金粉末为内层，以纳米陶瓷粉末为外层，采用激光熔覆、等离子熔覆配合，再经激光重熔，优化熔覆工艺参数，熔覆层与耐磨球基体结合强度大，镀层均匀性好，成型美观，熔覆层不易开裂和脱落，并且熔覆层有效结合纳米陶瓷粉末与合金粉末的各自优点，充分利用纳米陶瓷粉末耐腐蚀、耐磨、抗氧化、性能稳定和合金粉末高韧性、高强度、高硬度等性能，镀层后再进行热处理，进一步优化熔覆层组织结构，有效消除组织应力，有效强化本发明制品外表面性能，显著降低本发明制品的磨耗，提高本发明制品的工作效率。本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球及其制备方法，得到的耐磨球具有良好的力学性能及耐腐蚀、不易开裂、磨耗低、使用寿命长等优点。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.75％、B：0.06％、Al：0.2％、Mg：0.05％、Ti：0.4％、Si：1％、Cr：6％、Mn：0.95％、Ni：0.22％、Zr：0.16％、Mo：0.12％、Ce：0.15％、Sm：0.06％、Er：0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质；熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末12份、纳米陶瓷粉末4份。
其中，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.15％、Ti：0.25％、Si：1.2％、Cr：20％、W：0.2％、B：0.1％、Mn：1.5％、Ce：0.4％、Nd：0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：10份、B2O3：20份、NiO：8份、WC：10份、Si3N4：8份、TiN：5份。
本发明还提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，经热处理，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后热处理，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
实施例2
本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.95％、B：0.02％、Al：0.1％、Mg：0.1％、Ti：0.2％、Si：1.2％、Cr：10％、Mn：0.62％、Ni：0.34％、Zr：0.08％、Mo：0.22％、Ce：0.08％、Sm：0.12％、Er：0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末20份、纳米陶瓷粉末2.4份。
其中，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.3％、Ti：0.1％、Si：1.6％、Cr：16％、W：0.6％、B：0.05％、Mn：2.5％、Ce：0.2％、Nd：0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：20份、B2O3：10份、NiO：15份、WC：5份、Si3N4：15份、TiN：10份。
本发明还提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至520℃，保温2.5h，然后升温至720℃，保温60min，再升温至915℃，保温12min，以2.5℃/min的速度降温至460℃，保温1h，空冷至室温，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后将镀层耐磨球C升温至220℃，保温5.5h，然后升温至320℃，保温40min，空冷至室温后放置6d，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为5.5mm/s，功率为1.4KW，光斑直径为2.5mm；
等离子熔覆工艺参数如下：保护气体为氮气且氮气气体流量为6.5L/min，功率为1.8KW，扫描速度为240mm/min，光斑直径为1.5mm；
激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为270mm/min，功率为2.2KW，光斑直径为2.5mm。
实施例3
本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.88％、B：0.04％、Al：0.16％、Mg：0.08％、Ti：0.32％、Si：1.1％、Cr：8.2％、Mn：0.78％、Ni：0.28％、Zr：0.11％、Mo：0.16％、Ce：0.12％、Sm：0.09％、Er：0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质；熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末16份、纳米陶瓷粉末3份。
其中，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.22％、Ti：0.18％、Si：1.4％、Cr：18％、W：0.4％、B：0.08％、Mn：2.1％、Ce：0.3％、Nd：0.16％，其余为Fe及不可避免的杂质；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：15.5份、B2O3：16份、NiO：12份、WC：8份、Si3N4：12份、TiN：8份。
本发明还提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至540℃，保温2h，然后升温至740℃，保温45min，再升温至900℃，保温16min，以3.2℃/min的速度降温至440℃，保温1.5h，空冷至室温，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后将镀层耐磨球C升温至236℃，保温5h，然后升温至310℃，保温50min，空冷至室温后放置5d，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为6mm/s，功率为1.5KW，光斑直径为2.2mm；
等离子熔覆工艺参数如下：保护气体为氮气且氮气气体流量为7.2L/min，功率为2KW，扫描速度为220mm/min，光斑直径为2mm；
激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为300mm/min，功率为2.5KW，光斑直径为1.8mm。
实施例4
本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.8％、B：0.03％、Al：0.12％、Mg：0.06％、Ti：0.24％、Si：1.05％、Cr：6.8％、Mn：0.68％、Ni：0.25％、Zr：0.1％、Mo：0.14％、Ce：0.1％、Sm：0.08％、Er：0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质；熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末14份、纳米陶瓷粉末2.8份。
其中，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.18％、Ti：0.15％、Si：1.3％、Cr：17.8％、W：0.3％、B：0.08％、Mn：1.8％、Ce：0.24％、Nd：0.14％，其余为Fe及不可避免的杂质；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：12份、B2O3：18份、NiO：10份、WC：6.5份、Si3N4：12份、TiN：6份。
本发明还提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至560℃，保温1.5h，然后升温至760℃，保温30min，再升温至880℃，保温20min，以4℃/min的速度降温至420℃，保温2h，空冷至室温，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后将镀层耐磨球C升温至250℃，保温4.5h，然后升温至300℃，保温60min，空冷至室温后放置4d，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为6.5mm/s，功率为1.6KW，光斑直径为1.8mm；
等离子熔覆工艺参数如下：保护气体为氮气且氮气气体流量为8L/min，功率为2.2KW，扫描速度为200mm/min，光斑直径为2.5mm；
激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为280mm/min，功率为2.4KW，光斑直径为2.2mm。
实施例5
本发明提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.9％、B：0.05％、Al：0.18％、Mg：0.09％、Ti：0.34％、Si：1.15％、Cr：9.2％、Mn：0.88％、Ni：0.3％、Zr：0.15％、Mo：0.2％、Ce：0.12％、Sm：0.1％、Er：0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质；熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末18份、纳米陶瓷粉末3.6份。
其中，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.26％、Ti：0.2％、Si：1.5％、Cr：18.5％、W：0.5％、B：0.06％、Mn：2.2％、Ce：0.35％、Nd：0.18％，其余为Fe及不可避免的杂质；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：18份、B2O3：12.5份、NiO：13份、WC：8.5份、Si3N4：10份、TiN：8份。
本发明还提出的一种球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至550℃，保温2.2h，然后升温至750℃，保温50min，再升温至895℃，保温16min，以3.5℃/min的速度降温至450℃，保温1.2h，空冷至室温，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后将镀层耐磨球C升温至240℃，保温5.2h，然后升温至315℃，保温46min，空冷至室温后放置5.5d，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为6mm/s，功率为1.55KW，光斑直径为2.2mm；
等离子熔覆工艺参数如下：保护气体为氮气且氮气气体流量为7.5L/min，功率为2.1KW，扫描速度为230mm/min，光斑直径为2.2mm；
激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为290mm/min，功率为2.4KW，光斑直径为2mm。
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 (10)

1.一种球磨机用低磨耗耐磨球，其特征在于，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：0.75-0.95％、B：0.02-0.06％、Al：0.1-0.2％、Mg：0.05-0.1％、Ti：0.2-0.4％、Si：1-1.2％、Cr：6-10％、Mn：0.62-0.95％、Ni：0.22-0.34％、Zr：0.08-0.16％、Mo：0.12-0.22％、Ce：0.08-0.15％、Sm：0.06-0.12％、Er：0.06-0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述球磨机用低磨耗耐磨球，其特征在于，熔覆层的原料按重量份包括：合金粉末12-20份、纳米陶瓷粉末2.4-4份。
3.根据权利要求1或2所述球磨机用低磨耗耐磨球，其特征在于，合金粉末按质量百分数包括以下组分：C：0.15-0.3％、Ti：0.1-0.25％、Si：1.2-1.6％、Cr：16-20％、W：0.2-0.6％、B：0.05-0.1％、Mn：1.5-2.5％、Ce：0.2-0.4％、Nd：0.12-0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球，其特征在于，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：TiO2：10-20份、B2O3：10-20份、NiO：8-15份、WC：5-10份、Si3N4：8-15份、TiN：5-10份。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将废钢、铬铁、锰铁、镍锭、硅铁、镁铝合金和稀土铁合金进行熔炼，除渣，检测，调整组成，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，经热处理，得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体清洗，干燥，然后涂覆合金粉末，经激光熔覆得到镀层耐磨球A，再涂覆纳米陶瓷粉末，经等离子熔覆得到镀层耐磨球B，经激光重熔，得到镀层耐磨球C，然后热处理，得到球磨机用低磨耗耐磨球。
6.根据权利要求1-5中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，其特征在于，S2中，将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至520-560℃，保温1.5-2.5h，然后升温至720-760℃，保温30-60min，再升温至880-915℃，保温12-20min，以2.5-4℃/min的速度降温至420-460℃，保温1-2h，空冷至室温，得到耐磨球基体。
7.根据权利要求1-6中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，其特征在于，S3中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为5.5-6.5mm/s，功率为1.4-1.6KW，光斑直径为1.8-2.5mm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，其特征在于，S3中，等离子熔覆工艺参数如下：保护气体为氮气且氮气气体流量为6.5-8L/min，功率为1.8-2.2KW，扫描速度为200-240mm/min，光斑直径为1.5-2.5mm。
9.根据权利要求1-8中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，其特征在于，S3中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，扫描速度为270-300mm/min，功率为2.2-2.5KW，光斑直径为1.8-2.5mm。
10.根据权利要求1-9中任一项所述球磨机用低磨耗耐磨球的制备方法，其特征在于，S3中，热处理具体步骤如下：将镀层耐磨球C升温至220-250℃，保温4.5-5.5h，然后升温至300-320℃，保温40-60min，空冷至室温后放置4-6d。
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