CN112662936A

CN112662936A - 一种低磨耗合金化耐磨铸球及其制备方法

Info

Publication number: CN112662936A
Application number: CN202011347979.1A
Authority: CN
Inventors: 竺翠云; 彭宗华; 蒋杰
Original assignee: Anhui Ruitai New Material Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Ruitai New Material Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: CN112662936B

Abstract

本发明公开了一种低磨耗合金化耐磨铸球及其制备方法，包括以下步骤：将生铁、锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、电解镍、紫铜、硼铁合金和增碳剂加入电炉中进行加热熔炼，得到铁水；将铁水出炉，并在铁水出炉时随流加入纳米碳化硅和合金孕育剂进行随流孕育处理，将出炉后的铁水加入浇包中，并在浇包底部放置球化剂进行球化处理；S3、将球化后的铁水浇注到铸型中形成铸球；S4、将铸球加热至880‑920℃，在脉冲磁场的作用下保温，然后淬入盐浴中保温，取出后空冷至室温。本发明具有原料成本低、工艺操作方便、不含贵重、稀有原料的优点，而且得到的铸球具有高冲击韧性、高硬度，在实际应用中磨耗极低。

Description

一种低磨耗合金化耐磨铸球及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨铸球技术领域，尤其涉及一种低磨耗合金化耐磨铸球及其制备方法。

背景技术

磨球作为消耗量最大的耐磨铸件，被广泛应用于冶金、矿山、建材、煤炭、电力等行业的物料研磨生产中。工业上最常用的磨球主要有各种钢球、低Cr合金铸铁球、球墨铸铁球等，这些磨球的球耗较高，消耗量巨大，难以满足高效、低耗的发展需求。为了提升磨球的耐磨性能，降低球耗，往往采用添加合金化元素的方式，例如添加V、Ti可以形成高硬度的碳氮化物，提高基体的显微硬度和耐磨性；添加稀土可以通过变质处理细化组织，提高磨球的韧性和耐磨性。但是，采用贵重、稀有的合金化元素制备磨球，不仅大幅度增加了成本，而且不利于不可再生资源的合理利用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低磨耗合金化耐磨铸球及其制备方法。

本发明提出的一种低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生铁、锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、电解镍、紫铜、硼铁合金和增碳剂加入电炉中进行加热熔炼，得到铁水，铁水的化学成分按质量百分比如下：C：2.4-2.8％、Si：2.5-3.3％、Mn：1.0-1.5％、Ni：0.8-1.2％、Cu：0.4-0.7％、Cr：0.15-0.25％、B：0.01-0.02％、余量为Fe和不可避免的杂质；

S2、将铁水出炉，并在铁水出炉时随流加入纳米碳化硅和合金孕育剂进行随流孕育处理，将出炉后的铁水加入浇包中，并在浇包底部放置球化剂进行球化处理；

S3、将球化后的铁水浇注到铸型中形成铸球；

S4、将铸球加热至880-920℃，在脉冲磁场的作用下保温1-2h，然后迅速淬入温度为220-240℃的盐浴中保温2-4h，取出后空冷至室温，得到低磨耗合金化耐磨铸球。

优选地，所述步骤S4中，脉冲磁场的磁场强度为0.8-1.5T，脉冲频率为2-10HZ。

优选地，所述步骤S2中，纳米碳化硅的加入量为铁水重量的0.05-0.15％。

优选地，所述步骤S2中，合金孕育剂由硅铁孕育剂、硅钡孕育剂按重量比(4-5)：1组成；优选地，所述合金孕育剂的加入量为铁水重量的0.4-0.6％。

优选地，所述硅铁孕育剂的化学成分按质量百分比如下：Si：72.5-80％、Al：0.5-1.5％、Ca:0.5-1％、Mn：0.2-0.5％、Cr：0.2-0.5％、余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述硅铁孕育剂的粒度为0.2-0.7mm。

优选地，所述硅钡孕育剂的化学成分按质量百分比如下：Ba：4-6％、Ca：1-2％、Si：65-70％、Al：1-2％、余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述硅钡孕育剂的粒度为0.2-1mm。

优选地，所述步骤S2中，球化剂为镍镁合金；优选地，所述球化剂的加入量为铁水重量的0.4-0.6％。

优选地，所述镍镁合金的化学成分按质量百分比如下：Ni：80-85％、Mg：15-20％；所述镍镁合金的粒度为10-20mm。

优选地，所述盐浴由KNO₃和NaNO₂按重量比1:1组成。

优选地，所述步骤S1中，熔炼温度为1500-1540℃；所述步骤S3中，浇注温度为1340-1360℃。

一种低磨耗合金化耐磨铸球，由所述制备方法得到。

本发明的有益效果如下：

本发明的原料中，Mn可以形成碳化物，提高铸球的硬度和耐磨性，但是，Mn容易发生偏析，具有不均匀性，使铸球韧性大幅度降低，适量Si可以起到强化孕育作用，使石墨球数增加，减轻Mn偏析带来的不良影响，并且，加入适量硅铁孕育剂、硅钡孕育剂、纳米碳化硅进行随流孕育处理，硅钡孕育剂可以增加共晶团数量，细化基体组织，纳米碳化硅可以增加晶核数量，使共晶团细化，通过配合可以更好地提高铸球的韧性；Ni、Cu可以提高铸球的韧性，而且还能削弱Mn的偏析，使Mn的分布更加均匀；Cr可以形成碳化物，还能使基体组织更为细化、均匀，可以提高铸球的耐磨性；Cu、Cr还可以提高淬透性；B可以提高淬透性和耐磨性。上述原料熔炼球化孕育后浇注得到的铸球，通过先在外加磁场下进行高温保温奥氏体化，可以在基体向奥氏体组织转变的同时，细化铸球晶粒组织，并且提高铸球的位错密度，起到位错强化的作用，显著提高铸球的硬度和耐磨性，同时保持良好的韧性，再进行硝盐等温淬火，完成奥氏体向贝氏体的转变，从而得到具有高韧性、高硬度的铸球。本发明具有原料成本低、工艺操作方便、不含贵重、稀有原料的优点，而且得到的铸球具有高冲击韧性、高硬度，在实际应用中磨耗极低。

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。

下述实施例中：

硅铁孕育剂的化学成分按质量百分比如下：Si：74.5％、Al：1％、Ca:0.5％、Mn：0.3％、Cr：0.4％、余量为Fe和不可避免的杂质。

硅铁孕育剂的粒度为0.2-0.7mm。

硅钡孕育剂的化学成分按质量百分比如下：Ba：4.8％、Ca：1.6％、Si：68.5％、Al：1.5％、余量为Fe和不可避免的杂质。

硅钡孕育剂的粒度为0.2-1mm。

镍镁合金的化学成分按质量百分比如下：Ni：80％、Mg：20％。

镍镁合金的粒度为10-20mm。

实施例1

一种低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生铁、锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、电解镍、紫铜、硼铁合金和增碳剂加入电炉中，在温度为1500℃的条件下进行加热熔炼，得到铁水，铁水的化学成分按质量百分比如下：C：2.4％、Si：2.5％、Mn：1.0％、Ni：0.8％、Cu：0.7％、Cr：0.25％、B：0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；

S2、将铁水出炉，并在铁水出炉时随流加入相当于铁水重量0.05％的纳米碳化硅和相当于铁水重量0.4％的合金孕育剂进行随流孕育处理，将出炉后的铁水加入浇包中，并在浇包底部放置相当于铁水重量0.4％的镍镁合金球化剂进行球化处理，其中合金孕育剂由硅铁孕育剂、硅钡孕育剂按重量比4：1组成；

S3、将球化后的铁水在温度为1340℃的条件下浇注到铸型中形成铸球；

S4、将铸球加热至880℃，在磁场强度为0.8T、脉冲频率为2HZ的脉冲磁场的作用下保温2h，然后迅速淬入温度为220℃的盐浴中保温4h，其中盐浴由KNO₃和NaNO₂按重量比1:1组成，取出后空冷至室温，得到低磨耗合金化耐磨铸球。

实施例2

一种低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生铁、锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、电解镍、紫铜、硼铁合金和增碳剂加入电炉中，在温度为1520℃的条件下进行加热熔炼，得到铁水，铁水的化学成分按质量百分比如下：C：2.6％、Si：3.0％、Mn：1.2％、Ni：1.0％、Cu：0.6％、Cr：0.2％、B：0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；

S2、将铁水出炉，并在铁水出炉时随流加入相当于铁水重量0.1％的纳米碳化硅和相当于铁水重量0.5％的合金孕育剂进行随流孕育处理，将出炉后的铁水加入浇包中，并在浇包底部放置相当于铁水重量0.5％的镍镁合金球化剂进行球化处理，其中合金孕育剂由硅铁孕育剂、硅钡孕育剂按重量比4.5：1组成；

S3、将球化后的铁水在温度为1350℃的条件下浇注到铸型中形成铸球；

S4、将铸球加热至900℃，在磁场强度为1.2T、脉冲频率为5HZ的脉冲磁场的作用下保温1.5h，然后迅速淬入温度为230℃的盐浴中保温3h，其中盐浴由KNO₃和NaNO₂按重量比1:1组成，取出后空冷至室温，得到低磨耗合金化耐磨铸球。

实施例3

一种低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生铁、锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、电解镍、紫铜、硼铁合金和增碳剂加入电炉中，在温度为1540℃的条件下进行加热熔炼，得到铁水，铁水的化学成分按质量百分比如下：C：2.8％、Si：3.3％、Mn：1.5％、Ni：1.2％、Cu：0.4％、Cr：0.15％、B：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；

S2、将铁水出炉，并在铁水出炉时随流加入相当于铁水重量0.15％的纳米碳化硅和相当于铁水重量0.6％的合金孕育剂进行随流孕育处理，将出炉后的铁水加入浇包中，并在浇包底部放置相当于铁水重量0.6％的镍镁合金球化剂进行球化处理，其中合金孕育剂由硅铁孕育剂、硅钡孕育剂按重量比5：1组成；

S3、将球化后的铁水在温度为1360℃的条件下浇注到铸型中形成铸球；

S4、将铸球加热至920℃，在磁场强度为1.5T、脉冲频率为10HZ的脉冲磁场的作用下保温1h，然后迅速淬入温度为240℃的盐浴中保温2h，其中盐浴由KNO₃和NaNO₂按重量比1:1组成，取出后空冷至室温，得到低磨耗合金化耐磨铸球。

对实施例1-3制得的直径为100mm的低磨耗合金化耐磨铸球进行硬度和冲击韧性进行测试，硬度测试参照GBT 230-2012，冲击试验参照GBT 229-2007；并以水泥为待磨物料进行装机试验，计算磨耗。性能如下：硬度58-60HRC，冲击韧性13-16J/cm²，磨耗22-26g/吨水泥。

将上述结果与直径为100mm的普通贝氏体铸球进行比较，普通贝氏体铸球的性能如下：硬度52-55HRC，冲击韧性12-14J/cm²，磨耗35-40g/吨水泥。可以看出，本发明的铸球具有高硬度、良好的冲击韧性，同时在实际应用中能大幅度降低磨耗。

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

1.一种低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、将球化后的铁水浇注到铸型中形成铸球；

2.根据权利要求1所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，脉冲磁场的磁场强度为0.8-1.5T，脉冲频率为2-10HZ。

3.根据权利要求1或2所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，纳米碳化硅的加入量为铁水重量的0.05-0.15％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，合金孕育剂由硅铁孕育剂、硅钡孕育剂按重量比(4-5)：1组成；优选地，所述合金孕育剂的加入量为铁水重量的0.4-0.6％。

5.根据权利要求4所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述硅铁孕育剂的化学成分按质量百分比如下：Si：72.5-80％、Al：0.5-1.5％、Ca:0.5-1％、Mn：0.2-0.5％、Cr：0.2-0.5％、余量为Fe和不可避免的杂质，硅铁孕育剂的粒度为0.2-0.7mm；所述硅钡孕育剂的化学成分按质量百分比如下：Ba：4-6％、Ca：1-2％、Si：65-70％、Al：1-2％、余量为Fe和不可避免的杂质，硅钡孕育剂的粒度为0.2-1mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，球化剂为镍镁合金；优选地，所述球化剂的加入量为铁水重量的0.4-0.6％。

7.根据权利要求6所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述镍镁合金的化学成分按质量百分比如下：Ni：80-85％、Mg：15-20％；所述镍镁合金的粒度为10-20mm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述盐浴由KNO₃和NaNO₂按重量比1:1组成。

9.根据权利要求1-8任一项所述的低磨耗合金化耐磨铸球的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，熔炼温度为1500-1540℃；所述步骤S3中，浇注温度为1340-1360℃。

10.一种低磨耗合金化耐磨铸球，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述制备方法得到。