CN1944700A - 一种贝氏体球墨铸铁磨球及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种贝氏体球墨铸铁磨球及其生产工艺。该球墨铸铁磨球的成分重量比(wt.％)为：C：3.4～3.8％；Si：2.8～3.3％；Mn：2.9～3.4％；Mg：0.03～0.05％；Re：0.03～0.05％；P≤0.1％；S≤0.04％；余为Fe。其生产工艺是利用中频感应电炉熔炼结合真空实型铸造制备出球墨铸铁磨球；然后采用控制冷却热处理工艺对磨球进行热处理以获得贝氏体复相组织；最后进行低温回火。所制备的磨球组织主要为针状贝氏体及少量马氏体和残余奥氏体，磨球的表面平均硬度HRC56～58，平均体积硬度HRC50～55，冲击韧性αk值在16～20J/cm2，落球次数＞20000次，具有非常好的综合力学性能、耐磨性和冲击疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种贝氏体球墨铸铁磨球及其生产工艺，属于金属材料及其制备技术领域。
背景技术
球磨机广泛应用于矿山、冶金、建材、电力、化工等领域，球磨机内的磨球作为主要消耗件，其需求量是非常巨大的。国内外使用的磨球主要分为锻钢球和铸铁球，其中具有贝氏体复相组织的球墨铸铁磨球由于其优异的综合力学性能特别是耐磨性能而获得了很多的应用，成为抗磨料磨损较为理想的材质，适用于耐磨、耐冲击、高强度、高韧性和耐疲劳等场合。
目前获得具有贝氏体复相组织的球墨铸铁磨球主要有以下方式：(1)采用等温淬火工艺获得，即将磨球奥氏体化后急冷到贝氏体温区等温转变，之后再淬火到马氏体转变点以下温度，以获得贝氏体/马氏体复相组织。在此方法中，当组织奥氏体化进入冷却阶段后，可将工件淬入一定温度的冷却介质(盐浴或油)中，迅速冷却到中温转变区，并在该介质中进行保温，以便大部分组织完成贝氏体转变，随后再急冷到马氏体转变点以下，获得贝氏体/马氏体复相组织。但是等温淬火工艺存在工艺复杂、工序长、耗能大、淬火介质易污染环境等不足，同时还需加入一定量的Cu、Mo、Ni合金元素来提高淬透性，不仅增加了贝氏体球墨铸铁磨球的生产成本，而且质量不稳定；(2)通过合金化在空冷或铸态条件下获得贝氏体球墨铸铁磨球，即通过加入一定量的合金元素如Ni、Mo、B等，改变球墨铸铁的CCT曲线形状，推迟其高温转变，并用适宜的冷却速度使过冷奥氏体连续通过贝氏体转变的中温区，从而在空冷条件下获得贝氏体/马氏体复相组织。这种工艺与上述等温淬火工艺相比，具有节约能源、缩短生产周期、减少污染等优点，但同时存在大断面淬透性不足，且合金元素加入后易形成碳化物或氧化物而导致材料成本上升等缺点。
可以看出，由于现有复相组织贝氏体球墨铸铁磨球存在着生产工艺复杂、时间长、生产成本高、质量不稳定等不足，因而限制了其大规模推广和应用，难以满足市场需要。
发明内容
为克服现有磨球存在的工艺复杂、工序长、耗能大、淬火介质易污染环境、生产成本高、质量不稳定等不足，本发明提供一种具有贝氏体复相组织的球墨铸铁磨球及其生产工艺。
本发明通过下列技术方案实现：一种贝氏体球墨铸铁磨球，其特征在于经过下列工艺步骤制得：
(1)采用中频感应电炉熔炼得下列质量比(wt.％)成分的球墨铸铁：
C：3.4～3.8％ Si：2.8～3.3％
Mn：2.9～3.4％ Mg：0.03～0.05％
Re：0.03～0.05％ P≤0.1％
S≤0.04％ 其余为Fe；
出炉前，在浇包内分别加入球化剂和孕育剂，控制铁水出炉温度在1450℃～1480℃：
(2)将(1)步骤的铁水浇铸成型；
(3)将浇铸成型的球墨铸铁磨球进行下列热处理：
a、将磨球加热到奥氏体区，选择温度为860～880℃，保温1～2h；
b、将水进行雾化，然后连续喷淋在磨球上进行冷却，并控制水流的压力为0.1～0.16MPa，直到磨球温度达到280～340℃范围后，停止喷淋；
c、将喷淋冷却后的磨球堆积在封闭的容器中，利用磨球的余热进行保温2～3小时；
d、将磨球从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁磨球；
(4)将热处理后的磨球低温回火，温度200℃，保温1～2小时。
所述步骤(1)中，球化剂为稀土硅铁镁合金，加入量为铁液质量的1.5％；孕育剂为质量比为75％的硅铁合金，加入量为铁液质量的1％。
所述步骤(2)的铁水浇铸成型采用真空实型铸造，具体是：先将磨球模样粘结成串，然后涂挂上1mm左右厚涂料，在50～60℃的温度下烘烤2～4h；造型时，先将砂箱放在振动台上，填入底砂，振动30s后，刮平底砂，再放入有涂料的模样串；填砂采用人工，从边角地方加砂。填满砂后振动60s，再刮平砂表面，用塑料薄膜覆盖在砂箱表面，放好浇口杯。造型完毕，抽真空，直至浇铸后金属凝固。
所述步骤(3)中b过程的雾化水通过雾化喷淋装置得到，雾化喷淋装置由其上带喷头组的管组，连接管组的其上装有流量计、压力计的供水管，连接供水管的水泵构成。
与传统的贝氏体球墨铸铁磨球相比，由于本发明将特定化学成分的球墨铸铁磨球进行特定的控制冷却热处理，该工艺在热处理过程中能够改变淬火介质的冷却特性，提高其冷却能力，能够在一定程度上提高球墨铸铁的淬透性，并可以细化晶粒，因此在球墨铸铁中无需加入其它贵重合金元素即可获得贝氏体复相组织，不仅能节约大量的能源和昂贵的合金元素，大大降低生产成本，减少热处理过程中的环境污染，而且还能有效提高磨球质量，改善磨球性能。另外采用本发明可以实现大规模工业化生产，生产工艺简单易行，也可以应用于其它钢铁材料耐磨件的制造。
附图说明
图1贝氏体球墨铸铁磨球的控制冷却热处理工艺曲线图。
图2贝氏体球墨铸铁磨球的显微组织图。
图3为雾化喷淋装置结构示意图。
图3中，1为喷头组，2为管组，3为供水管，与水泵相连，4为压力计，5为流量计。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
(1)采用中频感应电炉熔炼得下列质量比(wt.％)成分的球墨铸铁：C 3.4％；Si 3.1％；Mn 3.0％；Mg 0.05％；Re 0.05％；P≤0.1％；S≤0.04％；其余为Fe。出炉前，按铁液质量的1.5％加入稀土硅铁镁合金作为球化剂，再按铁液质量的1％加入质量比为75％的硅铁合金作为孕育剂，控制铁水出炉温度在1450～1480℃；
(2)将(1)步骤的铁水按下列方法浇铸成型：磨球的浇铸采用真空实型铸造(EPC)。先将磨球模样粘结成串，然后涂挂上1mm左右厚的EPC专用涂料，在50～60℃的温度下烘烤2～4h；造型时，先将砂箱放在振动台上，填入底砂，振动30s后，刮平底砂，再放入有涂料的模样串；填砂采用人工，从边角地方加砂；填满砂后振动60s，再刮平砂表面，用塑料薄膜覆盖在砂箱表面，放好浇口杯。造型完毕，抽真空，测得型砂的硬度为90～93，浇注前真空度0.05MPa，浇注后，抽真空直至金属凝固。所制磨球的直径为80mm；
(3)将浇铸成型的球墨铸铁磨球进行下列热处理：
a、将磨球加热到奥氏体区，选择温度为860℃，保温1h；
b、将水进行雾化，然后连续喷淋在磨球上进行冷却，并控制水流的压力为0.1MPa，直到磨球温度达到340℃时，停止喷淋；
c、将喷淋冷却后的磨球堆积在封闭的容器中，利用磨球的余热进行保温2小时；
d、将磨球从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁磨球；
(4)将热处理后的磨球低温回火，温度200℃，保温1小时。
实施例2
(1)采用中频感应电炉熔炼得下列质量比(wt.％)成分的球墨铸铁：C 3.8％；Si 2.8％；Mn 3.3％；Mg 0.03％；Re 0.03％；P≤0.1％；S≤0.04％；其余为Fe。熔炼过程与实施例1相同；
(2)浇铸成型过程与实施例1相同，所制磨球的直径为100mm；
(3)将浇铸成型的球墨铸铁磨球进行下列热处理：
a、将磨球加热到奥氏体区，选择温度为880℃，保温2h；
b、将水进行雾化，然后连续喷淋在磨球上进行冷却，并控制水流的压力为0.16MPa，直到磨球温度达到280℃时，停止喷淋；
c、将喷淋冷却后的磨球堆积在封闭的容器中，利用磨球的余热进行保温3小时；
d、将磨球从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁磨球；
(4)将热处理后的磨球低温回火，温度200℃，保温2小时。
本发明主要考察了经控制冷却热处理后球墨铸铁磨球的组织和性能(包括磨球的硬度、冲击韧性、淬透性、冲击磨料磨损性能、湿料磨损性能和冲击疲劳寿命)。从控制冷却热处理后的磨球上取样分析了其显微组织，根据图2结合X射线衍射分析可以得出结论：所选成分的球墨铸铁磨球经过控制冷却热处理后获得的组织主要为针状贝氏体及少量马氏体和残余奥氏体。
通过进一步的分析检测，本发明的磨球性能如下：磨球的表面平均硬度HRC56～58，平均体积硬度HRC50～55，冲击韧性αk值在16～20J/cm2；淬透性检验表明对于直径为80mm的磨球，其表面硬度与心部硬度最大差在HRC3以内，可见材质具有较高的淬透性；磨球在冲击磨料磨损试验机磨损120min后的重量变化量为0.643g，在湿砂橡胶轮磨损试验机试验周次为1000次时的磨损量为0.44g；将所制备的磨球采用落球试验检验其冲击疲劳寿命，结果表明磨球的落球次数＞20000次。
根据上述磨球组织和性能的研究结果，采用本发明制备的贝氏体球墨铸铁磨球具有非常好的综合力学性能、耐磨性和冲击疲劳寿命。
Claims (4)
1、一种贝氏体球墨铸铁磨球，其特征在于经过下列工艺步骤制得：
(1)采用中频感应电炉熔炼得下列质量比(wt.％)成分的球墨铸铁：
C：3.4～3.8％ Si：2.8～3.3％
Mn：2.9～3.4％ Mg：0.03～0.05％
Re：0.03～0.05％ P≤0.1％
S≤0.04％ 其余为Fe；
出炉前，在浇包内分别加入球化剂和孕育剂，控制铁水出炉温度在1450℃～1480℃；
(2)将(1)步骤的铁水浇铸成型；
(3)将浇铸成型的球墨铸铁磨球进行下列热处理：
a、将磨球加热到奥氏体区，选择温度为860～880℃，保温1～2h；
b、将水进行雾化，然后连续喷淋在磨球上进行冷却，并控制水流的压力为0.1～0.16MPa，直到磨球温度达到280～340℃范围后，停止喷淋；
c、将喷淋冷却后的磨球堆积在封闭的容器中，利用磨球的余热进行保温2～3小时；
d、将磨球从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁磨球；
(4)将热处理后的磨球低温回火，温度200℃，保温1～2小时。
2、根据权利要求1所述的贝氏体球墨铸铁磨球，其特征在于所述步骤(1)中，球化剂为稀土硅铁镁合金，加入量为铁液质量的1.5％；孕育剂为质量比为75％的硅铁合金，加入量为铁液质量的1％。
3、根据权利要求1所述的贝氏体球墨铸铁磨球，其特征在于所述步骤(2)的铁水浇铸成型采用真空实型铸造，具体是：先将磨球模样粘结成串，然后涂挂上1mm左右厚涂料，在50～60℃的温度下烘烤2～4h；造型时，先将砂箱放在振动台上，填入底砂，振动30s后，刮平底砂，再放入有涂料的模样串；填砂采用人工，从边角地方加砂。填满砂后振动60s，再刮平砂表面，用塑料薄膜覆盖在砂箱表面，放好浇口杯。造型完毕，抽真空，直至浇铸后金属凝固。
4、根据权利要求1所述的贝氏体球墨铸铁磨球，其特征在于所述步骤(3)中b过程的雾化水通过雾化喷淋装置得到，雾化喷淋装置由其上带喷头组的管组，连接管组的其上装有流量计、压力计的供水管，连接供水管的水泵构成。
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