CN115852269A - 一种球磨机用高硬度耐磨球及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球磨机用高硬度耐磨球及其制备工艺，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体，所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成。将物料按比例加入后升温至熔融状态下搅拌，随后进行脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体，将耐磨球坯体经过淬火后升温并在其表面激光熔覆形成熔覆层，之后进行退火及清洗之后得到成品。本发明能够改善现有耐磨球的晶体组织粗糙，硬度比较低，耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等性能欠佳的缺陷，工艺流程简单，工件使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料领域，尤其涉及一种球磨机用高硬度耐磨球及其制备工艺。
背景技术
球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，球磨机广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装各种规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。随着我国工业近年来的迅速发展，对于耐磨球的需求不断增加，因此改善耐磨球性能，降低耐磨球磨耗，提高其使用寿命，是球磨机技术发展的主要方向之一。
发明内容
本发明的发明目的在于：提供一种球磨机用高硬度耐磨球及其制备工艺，先将各组分原料进行熔炼后，浇注成型，得到含有钨、钼、铼、锰等元素的合金球体，在制备过程中加入熔覆粉末与陶瓷粉末进行高温熔覆使得所述耐磨球表面形成熔覆层以提高所述耐磨球的强度、硬度和耐磨性等，所述熔覆粉末采用性能优良的钴基合金粉末，陶瓷粉末中加入了Al2O3作耐磨陶瓷相，具有强度高、硬度大、抗氧化性与耐腐蚀性好、磨耗低、使用寿命长等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体。
为了更好地实施该发明，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.4～1.3％、Si：0.55～0.78％、Mn：1.1～1.42％、Cr：10.1～13.42％、Ni：0.65～0.75％、Cu：0.4～0.6％、Zr：0.05～0.15％、Nb：0.02～0.045％、Mo：0.4～0.7％、W：0.3～0.8％、Re：0.1～0.25％、V：0.05～0.15％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
为了更好地实施该发明，所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末是粒径为100-180nm的钴基合金粉末，包括以质量分数计的Cr：22.3～28.0％、Mo：5.0～10.0％、W：4.9～9.7％、Si：0.3～0.8％、C：0.009～0.01％、N：0.0784～0.1734％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
为了更好地实施该发明，所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:0.3～5％、Cr:8～16％、Co:0.5～2.5％、Mo:1～4％、V:0.5～1.0％、Si:0.5～3.5％、Mn：0.5～1％、Ni:1.5～8％、B:0.5～4％、P:0.05～0.1％,余量为Fe，并加入质量分数为:3～5％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
所述的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将制备原料加入感应炉中进行熔炼，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌，随后保温状态下静止一段时间，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至880-930℃，保温3-3.5小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为4-8℃/s，当降温至700-750℃时，再升温至900-950℃，保温1-2小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为15-25℃/s，降温至600-650℃，保温1-1.5小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为40～55μm，激光功率为1350～1550W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为240～360mm/min；同步送粉，且送粉速度为30～42mg/s；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球以分段升温方式加热，加热至570～600℃后保温一段时间，随后将耐磨球空冷至室温以实现回火工艺；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
为了更好地实施该发明，在S1中，具体步骤如下：按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1550-1650℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌30-40分钟，随后保温状态下静止1-1.5小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体。
为了更好地实施该发明，在S3中，所述喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末的方式为同步送粉，送粉速度为30～42mg/s。
为了更好地实施该发明，在S4中，具体步骤如下：将初级耐磨球升温至200～240℃，保温25～35min，升温至270～280℃，保温30～45min，升温至300～320℃，保温40～60min，升温至400～410℃，保温60～70min，升温至570～600℃，保温120～200min，空冷至室温，再加热至200～250℃，保温2～4h，得到球磨机用高硬度耐磨球。
本发明的有益效果：
本发明创新性的设计一种球磨机用高硬度耐磨球及其制备工艺，在制备耐磨球坯体过程中加入钢、锰合金、铬合金和钨铼合金，能够细化组织晶粒，提高耐磨球冲击韧性、抗蠕变性及耐磨性能，使耐磨球坯体在硬度、强度、韧性等力学性能方面有一定提升；
在对耐磨球坯体进行激光熔覆工艺前，选择钴基合金粉末和陶瓷粉末作为熔覆层，钴基合金粉末中含有Cr、Mo、W、Si、Co元素，作为基体元素的钴起到固溶其他合金的作用；在所述合金粉末中含有铬，其作用主要是增强合金的耐腐蚀性和强度；在所述合金粉末中含有钼，其作用在于与钨协同作用，有助于稳定合金的线膨胀系数；经过热处理后，等重量百分比的钨与钼形成第二相强化相，增强钴基合金基体的强度、硬度；在所述合金粉末中含有微量的氮可以消耗易使基体钴从塑性相向脆性相转变中所产生的过量的铬元素，使得加工后得到合金材料塑性增强，硬度不至于升高。钴基合金具有较低的层错能及基体组织在应力作用或温度影响下由面心立方转变为六方密排晶体结构，能够提升其耐磨性能；由于铬、钨和钼的合金碳化物分布于富钴的基体中以及部分铬、钨和钼原子固溶于基体，使合金得到强化，从而改善耐磨性，同时能够提高耐磨球表层的强度、硬度与冲击韧性。
陶瓷粉末使得整个熔覆层转变为等轴晶结构，改善了熔覆层中合金粉末本身枝晶偏析的形态，通过弥散强化、固溶强化以及激光快速加热快速冷却的工艺方法，使熔覆层的组织形态明显改变，晶粒明显细化，显著提高耐磨球的硬度、耐高温性能、抗氧化性能、耐腐蚀性能、耐高温性能等；
经过激光熔覆处理后将耐磨球进行逐步升温回火，消除其内部残余应力，以防止出现变形和开裂等现象，使残留的奥氏体部分转变为马氏体、托氏体与索氏体，提高其耐磨性能及强度、硬度和冲击韧性。
具体实施方式
实施例1：
本发明提出了一种球磨机用高硬度耐磨球，包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.4％、Si：0.55％、Mn：1.1％、Cr：13.42％、Ni：0.75％、Cu：0.6％、Zr：0.15％、Nb：0.02％、Mo：0.4％、W：0.3％、Re：0.1％、V：0.15％、P：0.011％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为100nm，包括以质量分数计的Cr：22.3％、Mo：10.0％、W：4.9％、Si：0.8％、C：0.009％、N：0.1734％，余量为Co，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中Mo和W的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C：5％、Cr：8％、Co：2.5％、Mo：1％、V：1.0％、Si：0.5％、Mn：1％、Ni：8％、B：0.5％、P：0.05％，余量为Fe，并加入质量分数为:5％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
所述的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1550℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌30分钟，随后保温状态下静止1小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至930℃，保温3小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为4℃/s，当降温至700℃时，再升温至900℃，保温1小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为25℃/s，降温至600℃，保温1小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为40μm，激光功率为1550W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为240mm/min；同步送粉，且送粉速度为30mg/s；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球经低温回火后得到所述高硬度耐磨球，其具体工艺为：将初级耐磨球升温至240℃，保温25min，升温至280℃，保温45min，升温至320℃，保温60min，升温至410℃，保温70min，升温至570℃，保温120min，空冷至室温，再加热至250℃，保温2h，得到球磨机用高硬度耐磨球；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
实施例2：
本发明提出了一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：1.3％、Si：0.78％、Mn：1.42％、Cr：10.1％、Ni：0.65％、Cu：0.4％、Zr：0.05％、Nb：0.045％、Mo：0.7％、W：0.8％、Re：0.25％、V：0.05％、P：0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为180nm，包括以质量分数计的Cr：28.0％、Mo：5.0％、W：9.7％、Si：0.3％、C：0.01％、N：0.0784％，余量为Co，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中Mo和W的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:0.3％、Cr:16％、Co:0.5％、Mo:4％、V:0.5％、Si:3.5％、Mn：0.5％、Ni:1.5％、B:4％、P:0.1％,余量为Fe，并加入质量分数为:3％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
所述球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1650℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌35分钟，随后保温状态下静止1.5小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至880℃，保温3.5小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为8℃/s，当降温至750℃时，再升温至950℃，保温2小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为15℃/s，降温至650℃，保温1.5小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为55μm，激光功率为1350W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为360mm/min；同步送粉，且送粉速度为42mg/s；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球经低温回火后得到所述高硬度耐磨球，其具体工艺为：将初级耐磨球升温至200℃，保温35min，升温至270℃，保温30min，升温至300℃，保温40min，升温至400℃，保温60min，升温至600℃，保温200min，空冷至室温，再加热至200℃，保温4h，得到球磨机用高硬度耐磨球；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球经低温回火后得到所述高硬度耐磨球，其具体工艺为：将初级耐磨球升温至240℃，保温25min，升温至280℃，保温45min，升温至320℃，保温60min，升温至400℃，保温60min，升温至570℃，保温120min，空冷至室温，再加热至250℃，保温2h，得到球磨机用高硬度耐磨球；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
实施例3：
本发明提出了一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.6％、Si：0.61％、Mn：1.21％、Cr：11.39％、Ni：0.68％、Cu：0.5％、Zr：0.1％、Nb：0.035％、Mo：0.5％、W：0.4％、Re：0.15％、V：0.1％、P：0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为120nm，包括以质量分数计的Cr：24.2％、Mo：6.0％、W：5.1％、Si：0.4％、C：0.009％、N：0.083％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:1.3％、Cr:10％、Co:1.0％、Mo:2％、V:0.06％、Si:1.0％、Mn：0.6％、Ni:2％、B:1.0％、P:0.06％,余量为Fe，并加入质量分数为:3.7％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
所述球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1600℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌40分钟，随后保温状态下静止1小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至910℃，保温3小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为6℃/s，当降温至720℃时，再升温至910℃，保温1.5小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为20℃/s，降温至620℃，保温1小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为45μm，激光功率为1400W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为280mm/min；同步送粉，且送粉速度为36mg/s；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球经低温回火后得到所述高硬度耐磨球，其具体工艺为：将初级耐磨球升温至220℃，保温30min，升温至275℃，保温35min，升温至310℃，保温50min，升温至408℃，保温65min，升温至600℃，保温200min，空冷至室温，再加热至220℃，保温3h，得到球磨机用高硬度耐磨球；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
实施例4：
本发明提出了一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.8％、Si：0.65％、Mn：1.37％、Cr：12.1％、Ni：0.71％、Cu：0.58％、Zr：0.12％、Nb：0.032％、Mo：0.6％、W：0.5％、Re：0.2％、V：0.12％、P：0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为140nm，包括以质量分数计的Cr：25.4％、Mo：7.0％、W：6.2％、Si：0.5％、C：0.009％、N：0.1396％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:3.6％、Cr:14％、Co:2％、Mo:3％、V:0.9％、Si:2.5％、Mn：0.8％、Ni:6.2％、B3.1％、P:0.07％,余量为Fe，并加入质量分数为3.6％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
一种球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1620℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌37分钟，随后保温状态下静止1小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至925℃，保温3小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为5℃/s，当降温至730℃时，再升温至920℃，保温1小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为18℃/s，降温至630℃，保温1.5小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为52μm，激光功率为1450W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为330mm/min；同步送粉，且送粉速度为40mg/s；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球经低温回火后得到所述高硬度耐磨球，其具体工艺为：将初级耐磨球升温至210℃，保温25min，升温至275℃，保温45min，升温至300℃，保温45min，升温至408℃，保温60min，升温至600℃，保温180min，空冷至室温，再加热至240℃，保温3.5h，得到球磨机用高硬度耐磨球；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
对比例1：
本对比例提供一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体。
如权利要求1所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：2％、Si：1.2％、Mn：1.42％、Cr：14％、Ni：0.65～0.75％、Cu：0.6％、Zr：0.17％、Nb：0.055％、Mo：0.7％、W：0.8％、Re：0.35％、V：0.05％、P：0.017％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为100nm，包括以质量分数计的Cr：28.0％、Mo：10.0％、W：4.9％、Si：0.8％、C：0.01％、N：0.1734％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:5％、Cr:8％、Co:0.5％、Mo:4％、V:0.5％、Si:3.5％、Mn：1％、Ni:8％、B:0.5％、P:0.1％,余量为Fe，并加入质量分数为:3％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
本对比例提供的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺同实施例1。
对比例2：
本对比例提供一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体。
所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.35％、Si：0.4％、Mn：1.08％、Cr：8.4％、Ni：0.53％、Cu：0.35％、Zr：0.04％、Nb：0.015％、Mo：0.35％、W：0.25％、Re：0.08％、V：0.05％、P：0.013％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为200nm，包括以质量分数计的Cr：22％、Mo：4％、W：4.5％、Si：0.2％、C：0.009％、N：0.05％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:3％、Cr:10％、Co:1.5％、Mo:2％、V:0.7％、Si:3％、Mn：0.8％、Ni:6％、B:1.3％、P:0.08％,余量为Fe，并加入质量分数为:2％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
本对比例提供的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺同实施例1。
对比例3：
本对比例提供一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体。
所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.6％、Si：0.65％、Mn：1.32％、Cr：12.1％、Ni：0.7％、Cu：0.5％、Zr：0.1％、Nb：0.03％、Mo：0.5％、W：0.6％、Re：0.15％、V：0.1％、P：0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为200nm，包括以质量分数计的Cr：25.1％、Mo：6.0％、W：8.2％、Si：0.5％、C：0.01％、N：0.1628％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:0.2％、Cr:7.5％、Co:0.4％、Mo:5％、V:1.2％、Si:0.4％、Mn：0.37％、Ni:1.42％、B:0.46％、P:0.13％,余量为Fe，并加入质量分数为:4％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
本对比例提供的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺同实施例1。
对比例4：
一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：1.2％、Si：0.64％、Mn：1.29％、Cr：12.13％、Ni：0.74％、Cu：0.52、Zr：0.06％、Nb：0.039％、Mo：0.63％、W：0.71％、Re：0.11％、V：0.08％、P：0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为100-180nm，包括以质量分数计的Cr：22.3％、Mo：10.0％、W：9.7％、Si：0.3％、C：0.009％、N：0.0823％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:4.2％、Cr:12％、Co:2.1％、Mo:3％、V:0.8％、Si:2.5％、Mn：0.7％、Ni:5.2％、B:3.1％、P:0.08％,余量为Fe，并加入质量分数为:3％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
所述的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1500℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌25分钟，随后保温状态下静止1小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至870℃，保温2.5小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为9℃/s，当降温至670℃时，再升温至950℃，保温1小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为26℃/s，降温至570℃，保温1小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为60μm，激光功率为1550W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为360mm/min；同步送粉，且送粉速度为42mg/s；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球经低温回火后得到所述高硬度耐磨球，其具体工艺为：将初级耐磨球升温至200℃，保温20min，升温至290℃，保温30min，升温至320℃，保温30min，升温至410℃，保温70min，升温至600℃，保温210min，空冷至室温，再加热至180℃，保温1.5h，得到球磨机用高硬度耐磨球；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
表1耐磨球经过回火并清洗烘干后，表面硬度和冲击韧性测试结果
通过表1可知，实施例1-4在符合物料配比和工艺流程要求的情况下力学性能较为稳定且表面硬度和冲击韧性均高于对比例1-4，在耐磨球基体材料中加入多种合金以改善铁球性能，增加其强度和韧性，高温熔覆有利于减少涂层和基体中的疏松孔隙结构,而且使晶粒细化、组织均匀化,提高耐磨球的强韧性，分段回火方式有利于耐磨球进一步去应力防止开裂变形。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (8)
1.一种球磨机用高硬度耐磨球，其包括耐磨球熔覆层与耐磨球基体。
2.如权利要求1所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，所述耐磨球基体包括以质量分数计的C：0.4～1.3％、Si：0.55～0.78％、Mn：1.1～1.42％、Cr：10.1～13.42％、Ni：0.65～0.75％、Cu：0.4～0.6％、Zr：0.05～0.15％、Nb：0.02～0.045％、Mo：0.4～0.7％、W：0.3～0.8％、Re：0.1～0.25％、V：0.05～0.15％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，所述熔覆层包括合熔覆粉末和陶瓷粉末组成，其中，所述熔覆粉末粒径为100-180nm，包括以质量分数计的Cr：22.3～28.0％、Mo：5.0～10.0％、W：4.9～9.7％、Si：0.3～0.8％、C：0.009～0.01％、N：0.0784～0.1734％，余量为钴，其中，制备所述熔覆粉末的金属原料中钼和钨的重量百分比相同。
4.如权利要求3所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，所述陶瓷粉末包括以质量分数计的C:0.3～5％、Cr:8～16％、Co:0.5～2.5％、Mo:1～4％、V:0.5～1.0％、Si:0.5～3.5％、Mn：0.5～1％、Ni:1.5～8％、B:0.5～4％、P:0.05～0.1％,余量为Fe，并加入质量分数为:3～5％的Al2O3作耐磨陶瓷相。
5.如权利要求1～4中任一项所述的球磨机用高硬度耐磨球制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将制备原料加入感应炉中进行熔炼，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌，随后保温状态下静止一段时间，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体；
S2，将耐磨球坯体置于固定位置，通过喷雾冷却作为淬火方式，将冷却后的铸件加热至880-930℃，保温3-3.5小时后，喷水蒸气降温，通过控制蒸汽射速以保持降温速度为4-8℃/s，当降温至700-750℃时，再升温至900-950℃，保温1-2小时后，增大水蒸气喷射速度，控制降温速度为15-25℃/s，降温至600-650℃，保温1-1.5小时后，在空气中冷却至室温，得到耐磨球基体；
S3，将所得的耐磨球基体表面喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末同时激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速在其表面凝固后形成表面涂层。所述激光熔覆技术工艺参数为：激光熔覆粉末的粒度为40～55μm，激光功率为1350～1550W，设有氩气保护激光池；光斑直径为2mm；熔覆速度为240～360mm/min；
S4、将经过S3步骤得到的耐磨球以分段升温方式加热，加热至570～600℃后保温一段时间，随后将耐磨球空冷至室温以实现回火工艺；
S5、将经过S4步骤的高硬度耐磨球进行研磨抛光、超声波清洗、烘干。
6.如权利要求5所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，在S1中，具体步骤如下：按照所述耐磨球中各化学成分重量配比，将钢、锰铁合金、铬铁合金、钨铼合金、稀土合金、生铁、钒铁合金、镍铜合金、镍铬合金加入感应炉中进行熔炼，熔炼温度为1550-1650℃，待原料完全高温溶解后，对熔融状的物料进行搅拌30-40分钟，随后保温状态下静止1-1.5小时，得到质量合格的铁液，随后将铁液经脱氧、扒渣、浇注后，得到耐磨球坯体。
7.如权利要求5所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，在S3中，所述喷涂熔覆粉末和陶瓷粉末的方式为同步送粉，送粉速度为30～42mg/s。
8.如权利要求5所述的一种球磨机用高硬度耐磨球，其特征在于，在S4中，具体步骤如下：将初级耐磨球升温至200～240℃，保温25～35min，升温至270～280℃，保温30～45min，升温至300～320℃，保温40～60min，升温至400～410℃，保温60～70min，升温至570～600℃，保温120～200min，空冷至室温，再加热至200～250℃，保温2～4h，得到球磨机用高硬度耐磨球。
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| CN115852269B (zh) | 2024-04-09 |
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