CN113174526B - 一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法及磨球 - Google Patents

一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法及磨球 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法及耐磨球，所述方法包括：1)、按重量百分比计的化学成分称取原料：C:2.00～2.95％，Cr:8.5～14.9％，Si:0.30～0.90％，Mn:0.10～0.65％，S:0.01～0.06％，P:0.015～0.065％，Cu:0.85～2.10％，余量为铁；2)、将上述原料熔化后浇铸成磨球，自然冷却到40摄氏度以下；3)、对浇铸后的磨球进行热处理。应用本发明，可以提高铸造磨球的耐腐蚀性。

Description

一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法及磨球
技术领域
本发明涉及磨球铸造技术领域，更具体涉及一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法及磨球。
背景技术
铸造磨球作为最常用的研磨材料广泛应用于各种球磨机中，其中，性能最好的就是高铬合金铸造磨球。高铬铸造磨球其含铬量大于10％，磨球的硬度和韧性均比较高，其淬火态硬度可以达到HRc58-66。
虽然，高铬铸造磨球虽然得到了广泛的应用，但是，铬铁矿是中国的短缺矿种，储量少，产量低，每年消费量的80％以上依靠进口。再加上高铬铸造磨球的生产设备投入较大，生产工艺较为复杂，导致高铬铸造磨球的成本持续增长，给磨球的制造企业与使用企业都带来相当大的压力；另一方面在湿法研磨行业，也希望磨球的耐腐蚀性更好，磨耗更低，以创造更好的经济、社会效益。
因此，如何生产出耐腐蚀性更好的高铬铸造磨球是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何生产出耐腐蚀性更好的高铬铸造磨球。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供了一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，所述方法包括：
1)、按重量百分比计的化学成分称取原料：C:2.00～2.95％，Cr:8.5～14.9％，Si:0.30～0.90％，Mn:0.10～0.65％，S:0.01～0.06％，P:0.015～0.065％，Cu:0.85～2.10％余量为铁；
2)、将上述原料熔化后浇铸成磨球，自然冷却到40摄氏度以下；
3)、对浇铸后的磨球进行热处理：将磨球升温至340-360摄氏度，并保温 0.4-0.7小时；然后在0.4-0.7小时内均匀升温至540-560摄氏度，并保温1.8-2.2 小时；然后在0.4-0.7小时升温至840-860摄氏度，并保温0.8-1.2小时；然后经过0.4-0.6小时升温至960-1000摄氏度，保温1.8-2.2小时进行热处理；然后经过0.4-0.6小时将耐磨球升温至200-220摄氏度，保温5.8-6.2小时进行热处理。
可选的，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.28％，Si:0.62％，Mn:0.36％，Cr:10.22％，S:0.025％，P:0.021％，Cu:1.32％，余量为铁。
可选的，所述对浇铸后的磨球进行热处理，包括：
将磨球升温至350摄氏度，并保温0.4小时；然后在0.4小时内均匀升温至 550摄氏度，并保温2小时；然后在0.4小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980，保温2小时再进行正火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
可选的，所述对浇铸后的磨球进行热处理，包括：
将磨球升温至350摄氏度，并保温0.7小时；然后在0.7小时内均匀升温至 550摄氏度，并保温2小时；然后在0.7小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980，保温2小时再进行淬火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温4小时进行回火处理。
本发明还提供了根据上述方法制备的湿磨专用耐腐蚀铸造磨球。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明实施例加长中温区的热处理时间，促进铜在低温阶段的析出，使其尽可能富集在基体和碳化物界面处，提升腐蚀电位，改善耐腐蚀性能。
另外，本发明热处理过程中延长中温区(540-560摄氏度)的时间，有助于铜在界面富集的同时，还可以通过铜的析出，防止基体晶粒的过分长大，进而避免后续淬火阶段的淬火裂纹。
附图说明
图1为对比例2制备的磨球的扫描电镜图；
图2为对比例1和对比例2的磨球金相图；
图3为本发明实施例1与对比例3制备的磨球金相图的对比图；
图4为本发明实施例2与对比例4制备的磨球金相图的对比图；
图5为对比例1和对比例2的磨球扫描电镜图；
图6为本发明实施例1与对比例3制备的磨球扫描电镜图的对比图；
图7为本发明实施例2与对比例4制备的磨球扫描电镜图的对比图；
图8为实施例1制备的淬火态耐蚀磨球(含Cu)相对于对比例2制备的普通磨球(不含Cu)极化曲线示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明实施例提供了一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，所述方法包括：
1)、按重量百分比计的化学成分称取原料：C:2.00～2.95％，Cr:8.5～14.9％，Si:0.30～0.90％，Mn:0.10～0.65％，S:0.01～0.06％，P:0.015～0.065％，Cu:0.85～2.10％，余量为铁；
2)、将上述原料熔化后浇铸成磨球，自然冷却到40摄氏度以下；
3)、对浇铸后的磨球进行热处理：将磨球升温至340-360摄氏度，并保温0.4-0.7小时；然后在0.4-0.7小时内均匀升温至540-560摄氏度，并保温1.8-2.2 小时；然后在0.4-0.7小时升温至840-860摄氏度，并保温0.8-1.2小时；然后经过0.4-0.6小时升温至960-1000摄氏度，保温1.8-2.2小时进行热处理；然后经过0.4-0.6小时将耐磨球升温至200-220摄氏度，保温5.8-6.2小时进行热处理。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.28％，Si:0.62％，Mn:0.36％，Cr:10.22％，S:0.025％，P:0.021％，Cu:1.32％，余量为铁。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对浇铸后的磨球进行热处理，包括：
将磨球升温至350摄氏度，并保温0.4-0.7小时；然后在0.4-0.7小时内均匀升温至550摄氏度，并保温2小时；然后在0.4-0.7小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980，保温2小时进行正火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对浇铸后的磨球进行热处理，包括：
将磨球升温至350摄氏度，并保温0.4-0.7小时；然后在0.4-0.7小时内均匀升温至550摄氏度，并保温2小时；然后在0.4-0.7小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980，保温2小时进行淬火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
本发明实施例还提供了根据上述方法制备的湿磨专用耐腐蚀铸造磨球。
实施例1
1、一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，所述方法包括：
1)、按重量百分比计的化学成分如下：C:2.28％，Si:0.32％，Mn:0.36％，Cr:9.22％，S:0.035％，P:0.021％，Cu:0.92％，余量为铁。
2)、将上述原料熔化后浇铸成磨球，自然冷却到40摄氏度以下；
3)、对浇铸后的磨球进行热处理：将磨球升温至350摄氏度，并保温0.4小时；然后在0.4小时内均匀升温至550摄氏度，并保温2小时；然后在0.4小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980，保温2小时进行正火处理然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
实施例2
1、一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，所述方法包括：
1)、按重量百分比计的化学成分如下：C:2.78％，Si:0.72％，Mn:0.56％， Cr:14.22％，S:0.025％，P:0.061％，Cu:2.02％，余量为铁。
2)、将上述原料熔化后浇铸成磨球，自然冷却到40摄氏度以下；
3)、对浇铸后的磨球进行热处理：将磨球升温至350摄氏度，并保温0.7小时；然后在0.7小时内均匀升温至550摄氏度，并保温2小时；然后在0.7小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980，保温2小时进行淬火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
对比例1
使用实施例1的配方，其工艺使用申请号为201710681527.9的发明专利。
对比例2
使用实施例1的配方，区别仅在于不含铜，其工艺使用申请号为 201710681527.9的发明专利。
图1为对比例2制备的磨球的扫描电镜图，如图1所示，磨球的腐蚀过程主要沿着碳化物和基体，或者淬火组合截面及微裂纹进行、
对比例3
使用实施例1的配方、工艺相同，区别仅在于不含铜。
对比例4
使用实施例2的配方、工艺相同，区别仅在于不含铜。
并使用GB/T 17445-2009铸造磨球国家标准进行检验，表2为不同实施例制备的磨球的性能，如表1 所示，
表1
Figure BDA0003039842850000061
对比例1与对比例2的工艺参数完全相同，区别仅在于是否含有铜元素，从表2可以看出，Cu的加入对现有技术制备的磨球韧性和硬度均无明显影响。且从对比例3与对比例4可以看出，含Cu磨球正火态与淬火态韧性相差不大，且与不含Cu磨球正火态基本一致；且对比例中不含Cu磨球淬火态韧性小于正火态。综合比较可以得出结论，含Cu磨球最佳韧性、硬度组合优于不含Cu磨球，该最佳性能在淬火态获得，因此，从综合性能上考虑，采用目前的含Cu合金设计结合淬火加回火工艺，是比较理想的工艺组合。
为了对本发明实施例的技术效果进行说明，申请人对上述实施例1、实施例 2、对比例1-4制备磨球进行了金相检测：
第一方面，图2为对比例1和对比例2的磨球金相图；图3为本发明实施例1与对比例3制备的磨球金相图的对比图；图4为本发明实施例2与对比例4 制备的磨球金相图的对比图；图5为对比例1和对比例2的磨球扫描电镜图；图6为本发明实施例1与对比例3制备的磨球扫描电镜图的对比图；图7为本发明实施例2与对比例4制备的磨球扫描电镜图的对比图。
如图6所示，实施例1制备的正火态磨球组织由层片状珠光体、马氏体和细小颗粒状碳化物组成，含Cu与否组织差别不大；如图7所示，实施例2制备的淬火态组织则由马氏体基体和颗粒状碳化物组成，看不到明显的层片状珠光体，含Cu磨球碳化物颗粒相对较大。
第二方面，为了对本发明实施例制备的磨球硬度效果进行说明，本发明实施例在不同状态下的测试了磨球中的显微硬度：
对磨球中基体和碳化物分别进行了显微硬度测试，两种组织采用不同的载荷，前者为200g，后者为500g。表2为实施例1、实施例2以及对比例1-4制备的磨球的显微硬度测试结果，如表2所示：
表2
Figure BDA0003039842850000071
从表2可以看出，不同状态下基体的显微硬度与表1所示的磨球洛氏硬度的趋势是一致的，即正火态硬度最低，淬火态最高。正火态基体硬度最低，说明在980℃保温时，基体内的合金元素以析出为主，合金元素析出导致基体过饱和度相比铸态有所下降。淬火态基体硬度最高，一方面是由于马氏体组织的形成，另一方面是因大量二次碳化物的析出。
第三方面，为了对本发明实施例制备的磨球硬度效果进行说明，本发明实施例在不同状态下的测试了磨球中的显微硬度：
图8为实施例1制备的淬火态耐蚀磨球(含Cu)相对于对比例2制备的普通磨球(不含Cu)极化曲线示意图，如图8所示，耐蚀磨球的自腐蚀电位约 -0.454V，普通磨球约-0.711V，前者明显高于后者。这表明Cu的添加确实有助于提高磨球的耐蚀性能。此外，在电位0.1V附近，耐蚀磨球随外加电位增加，即腐蚀程度加剧，电流密度曲线出现一定的下降，表明耐蚀磨球的腐蚀产物可在一定程度上缓解腐蚀现象的加剧。
综上所述，应用本发明实施例可以达到以下效果：
(1)加Cu对原高Cr铸铁磨球韧性和硬度没有明显降低，但可明显提高磨球的耐蚀性。
(2)淬火与正火相比，磨球基体及整体硬度更高，但组织中有大量微裂纹存在。这些微裂纹有可能在磨球使用过程中扩展、汇合从而导致磨球局部剥落或破碎。淬火态虽然综合力学性能最好，但因大量微裂纹的存在，引起腐蚀介质与材料交互作用加剧，使磨球耐蚀性下降。因此，在实际应用中，可以根据对硬度或者耐腐蚀性的取舍确定具体的热处理工艺。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，其特征在于，所述方法包括：
1)、按重量百分比计的化学成分称取原料：C:2.00～2.95％，Cr:8.5～14.9％，Si:0.30～0.90％，Mn:0.10～0.65％，S:0.01～0.06％，P:0.015～0.065％，Cu:0.85～2.10％，余量为铁；
2)、将上述原料熔化后浇铸成磨球，自然冷却到40摄氏度以下；
3)、对浇铸后的磨球进行热处理：将磨球升温至340-360摄氏度，并保温0.4-0.7小时；然后在0.4-0.7小时内均匀升温至540-560摄氏度，并保温1.8-2.2小时；然后在0.4-0.7小时升温至840-860摄氏度，并保温0.8-1.2小时；然后经过0.4-0.6小时升温至960-1000摄氏度，保温1.8-2.2小时进行热处理；然后经过0.4-0.6小时将耐磨球升温至200-220摄氏度，保温4.5-6.5小时进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，其特征在于，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.28％，Si:0.62％，Mn:0.36％，Cr:10.22％，S:0.025％，P:0.021％，Cu:1.32％，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，其特征在于，所述对浇铸后的磨球进行热处理，包括：
将磨球升温至350摄氏度，并保温0.4小时；然后在0.4小时内均匀升温至550摄氏度，并保温2小时；然后在0.4小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980摄氏度，保温2小时进行正火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
4.根据权利要求1所述的一种湿磨专用耐腐蚀铸造磨球的生产方法，其特征在于，所述对浇铸后的磨球进行热处理，包括：
将磨球升温至350摄氏度，并保温0.7小时；然后在0.7小时内均匀升温至550摄氏度，并保温2小时；然后在0.7小时升温至850摄氏度，并保温1小时；然后经过0.5小时升温至980摄氏度，保温2小时进行淬火处理；然后经过0.5小时将耐磨球升温至210摄氏度，保温6小时进行回火处理。
5.根据权利要求1-4任一项所述方法制备的湿磨专用耐腐蚀铸造磨球。
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