專利名稱：礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種水泥、火電、選礦等行業用的耐磨材料，具體地說是ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加工エ藝。
背景技術：
鉻系合金鑄球是廣泛應用于冶金選礦、水泥、火力發電等行業的主要磨耗材料，在全國毎年磨球消耗中，礦山行業消耗占64%，因此降低礦山業中磨球的消耗意義尤為重大。目前國際礦業采用的大型磨機，大多為直徑8m以上，選用的磨球為高鉻磨球，含鉻量為18%以上的超高鉻白ロ鑄球。而由于使用上述的大型磨機時鑄球的沖擊韌性較大，鑄球易碎，并且鉻屬于貴重金屬，鉻含量增加時就會使生產成本相應增加。國內礦用磨機直徑較小，一般為2. 5-5m，采用低鉻(ZQCr2)鑄球，鉻含量為2%。低鉻鑄球為非淬火磨球，硬度低，沖擊韌性低，耐磨差，碎球率高，生產效率低，資源浪費嚴重。基于上述原因，礦山行業急需要研究開發ー種高硬度、高耐磨性、高沖擊韌度的磨球來替代目前礦山業普遍使用的低鉻鑄球。中國發明專利說明書CN101705435A公開了ー種“超硬高鉻鑄造磨球的生產エ藝方法”，其磨球含鉻量10-10. 5%，鑄球經四個階段的加熱保溫，再經油淬、回火而成，使高鉻磨球硬度達到HRC64-66，顯著提高高鉻磨球的韌性和耐磨性。但是，該生產エ藝方法從エ程材料學的角度來說，因為鉻(Cr)含量較低，該エ藝不能用于生產直徑大于IOOmm的磨球，否則所生產的直徑大于100_的磨球，球心部淬不透，心部得不到全馬氏體基體，從而使得表面和心部硬度差超過國家和行業標準規定(規定的洛氏硬度差為3);另一方面，該エ藝選用210-240°C的低溫回火溫度，使得產品淬火應カ消除不徹底，成品球保持較大的淬火應力。這兩點使得鑄球在使用的過程中出現早期表面剝落或者碎球的現象，大大增加了球耗，增加生產成本,造成資源的浪費，降低生產效率。申請號為2010102267269中國發明專利申請，公開了ー種“高鉻磨球及其二次變質加工エ藝”，其磨球含鉻量10-13%，通過特殊的二次變質處理工藝加工而成。但是，該生產エ藝存在著鉻(Cr)含量偏低，碳(C)含量偏高的現象，鉻碳比(Cr/C)較低；另外，其回火溫度為340-360°C，偏低，造成產品淬火應カ不能徹底消除，使得鑄球的硬度、沖擊韌性和耐磨性能達不到最佳的組合，最終使得在使用過程中造成鑄球的磨耗大，早期表面易剝落和碎球率高，這些問題都會導致生產效率降低、生產成本増加和資源的浪費。
發明內容
本發明要解決的技術問題，是提供ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加エエ藝，針對我國礦山所用磨機一般為中型直徑的國情，選擇含鉻量適中、含碳量較低的金屬材料，保證鉻碳比在7左右，以獲得最高耐磨的金相組織馬氏體(M)合金碳合物(M7C3)殘 余奧氏體(Aa)，且三者的比例合理，保證了產品獲得表面硬度、心部硬度、沖擊韌性的最佳組合，最終使得產品的使用性能，耐磨性能達到最高，使用時的碎球率低、球耗低，從而實現礦山生產降低生產成本、提高生產效率的目的。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是
ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，其化學成分及百分比含量如下
C :2.00 2. 30,Si :0· 30 O. 80,Mn :0· 40 I. 00,
Cr :12· 50 14. 00， Re :0· 02 O. 03，P :彡 O. 10，
S :彡 O. 06，Mo:彡 O. 20，余量為 Fe。本發明還提供了上述高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球的加工エ藝，它按照以下步驟順序進行·
(1)鑄造成型
將含有上述化學成分的物質熔煉成的金屬液，澆注到預制好的金屬鐵模內成型，然后開箱取出鑄球，再進行清理，磨澆ロ，得到毛坯球；
(2)油淬
將毛坯球在爐內加熱到960-970°C，保溫2-2. 5h，然后進行油淬；在油中冷卻至鑄球溫度為200°C，出油；
(3)回火
將淬火后的球在回火爐內加熱回火，回火溫度為410-420°C，保溫6-6. 5h，出爐，放入緩冷坑；緩慢冷卻至200°C出坑，空冷至室溫，得成品，即礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球。由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，所取得的技術進步在于 ⑴碳是形成合金碳化物主要元素，合金碳化物M7C3在耐磨性方面起著重要作用。碳含
量決定碳化物的數量和鉻碳比。如果含碳量過高則韌性相對降低，碳鉻比下降則M7C3數量減少，耐磨性降低。基于綜合考慮，本發明通過嚴格控制碳的含量和鉻的含量，保證鉻碳比(Cr/C)在6. 5-7. 5之間，進而保證本發明的產品獲得最佳的耐磨性、韌性及綜合性能的配合。因此本發明高耐磨高鉻合金鑄球的C含量為2. 00 2. 30%，Cr含量為12. 50 14. 00%。(2) Cr是碳化物形成元素，它易熔于奧氏體中以強化基體增加淬透性，使鑄球的強度和硬度明顯增加。研究表明高鉻球中的Cr/C大于5就能獲得大部分是高硬度M7C3型碳化物的金相組織；同時，鉻碳比越高，其淬透性越好。化學成分中的鉻，除了一部分形成合金碳化物外，還有一部分熔解到基體里。鉻對淬透性的影響主要是固溶在機體中的鉻。本發明以“機體中固溶的鉻含量重量百分數W(Cr)=L 95X鉻碳比-2. 47”、“鉻碳比為7左右時能夠獲得最佳綜合性能(耐磨性、硬度和韌性)”為理論依據，以保證實現發明目的為目標，確定鑄球Cr含量為12. 50-14. 00%ο⑶所添加的微量Mo和Re中,Mo不僅能提聞洋透性，而且能細化晶粒，具有提聞耐磨性的作用；Re作為孕育劑，將稀土硅合金加入鐵水包中，其作用是凈化鐵水，去除雜質，以減弱碳化物對鑄球基體產生的割裂作用，從而提高磨球的綜合性能。由于鑰鐵價格昂貴，用量過高使得成本増加，本發明經綜合考慮，最終確定鑰的加入量< O. 20%，稀土硅加入量為鐵水的O. 30%。⑷硅(Si)是促使石墨化，降低淬透性的一種脫氧元素，一般要嚴格控制在O. 30-0. 80%O(5)錳(Mn)是提高淬透性、擴大奧氏體區的一種有效元素，其作用一是脫氧，ニ是強化基體和形成碳化物。Mn含量過高時會增加奧氏體的穩定性，從而增加殘余奧氏體量,因此降低硬度。所以含量不宜太高，控制在O. 40%-0. 80%。(6)本發明的加工エ藝中，鑄球采用了機械化鑄造エ藝，可實現機械化批量生產，大幅度提高生產效率，減輕勞動強度，并達到清潔生產的目的。(7)本發明與背景技術中所述的的中國發明專利、中國發明專利申請相比，其成分設計更加科學，生產エ藝先進，能夠生產直徑為100-140mm的礦山用合金鑄球，而且能夠獲得最佳組合的金相組織，即馬氏體(M) +合金碳化物(M7C3) +殘余奧氏體(Aa)，保證了產品的表面硬度、心部硬度、沖擊韌性，具有最優的綜合性能，從而使礦山生產中磨球的球耗低、碎球率低，延長補球周期，從而降低生產成本，提高生產效率。申請人:對本發明所提供的磨球進行了實驗室試驗和エ業性試驗，結果如下 ①實驗室測得本發明所提供磨球表面硬度是低鉻球ZQCr2的I. 29倍，沖擊韌性是低鉻
球ZQCr2的2. 55倍，耐磨性是低鉻球ZQCr2的2. 25倍。②エ業性實驗與實驗室實驗耐磨性結果是相吻合的，エ業性試驗證明本發明磨球的耐磨性是低鉻球ZQCr2的2. 44倍。本發明的加工エ藝可實現產品機械化批量生產礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，使用本發明的磨球可大幅度提高礦山生產中的生產效率，減輕勞動強度，實現清潔生產；本發明的磨球適用于冶金選礦行業的直徑為2. 5-5m的磨機,用于對礦石進行粉碎。本發明下面將結合說明書附圖與具體實施例作進ー步詳細說明。
圖I、圖2分別為本發明實施例I沖擊試驗后磨球的兩不同觀測點在500倍顯微鏡下的金相組織(m+m7c3+a殘)。
具體實施例方式實施例I
ー種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，球徑140mm,以百分比計,其化學成分如下 C-2. 10，Si—O. 57，Mn — O. 60，Cr—3. 30，Re—O. 02，P—O. 070，S-O. 035，Mo—O. 15，
余量為Fe。該磨球的加工エ藝如下
(11)鑄造、磨澆ロ
取上述的化學成分熔煉成的金屬液，澆注到預制好的金屬鐵模內成型，然后開箱取出 鑄球；再進行清理，磨澆ロ，得到毛坯球；
(12)熱處理
將毛坯球裝框，在推桿式全自動淬火線爐內加熱到960°C，保溫2. 5小時(四區960°C，5框，30min推ー框)然后進行油淬，油溫70°C，在油池中浸搖約lOmin，在油中冷卻至鑄球溫度為200°C，出油；
(13)回火將淬火后表面硬度合格的淬火球裝框，在回火爐內加熱回火，回火溫度為420°C，保溫6小時，出爐，放入緩冷坑，緩慢冷卻至200°C出坑，空冷至室溫，即得成品礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球。用最佳的試驗條件進行實驗室試驗與檢測并進行エ業化生產實驗，以驗證試驗確定的最佳成分配比與エ藝條件
一、實驗室試驗與檢測
實際試驗中，對含上述化學成分并經上述鋳造エ藝和熱處理工藝所制得的高耐磨高鉻合金鑄球進行了測試,相關內容如下
①沖擊實驗用線切割機通過燒ロ，切割出IOmmX IOmmX 140mm試樣，再從試樣中間切成IOX IOmmX55mm的無缺ロ標準試樣,用150型沖擊實驗機做沖擊實驗,其沖擊實驗結果為α κ=5· lj/cm2。②球的心部硬度測定將做完沖擊實驗的試樣兩對面磨平，用HR-150A型洛氏硬度計測定心部硬度，其測定結果如下
權利要求
1.一種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，其特征在于其化學成分及百分比含量如下C :2.00 2. 30,Si :0· 30 O. 80,Mn :0· 40 I. 00,Cr : 12. 50 14. 00， Re :0· 02 O. 03，P ≤O. 10,S :≤ O. 06，Mo:≤ O. 20，余量為 Fe。
2.一種如權利要求I所述的礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球的加工工藝，其特征在于該加工工藝按照以下步驟順序進行(1)鑄造成型將含有所述化學成分熔煉成的金屬液澆注到預制好的金屬鐵模內成型，然后開箱取出鑄球，再進行清理，磨澆口，得到毛坯球；然后(2)油淬將毛坯球在爐內加熱到960°C _970°C，保溫2-2. 5h，然后進行油淬；在油中冷卻至鑄球溫度為200°C以下時，出油；(3)回火將淬火后的球在回火爐內加熱回火，回火溫度為410-420°C，保溫6-6. 5h后，出爐放入緩冷坑；緩慢冷卻至200°C出坑，空冷至室溫，得成品磨球，即礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球。
全文摘要
本發明公開了一種礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球及其加工工藝，針對我國的國情和相應的礦磨機直徑，選擇含鉻量適中、含碳量較低使鉻碳比在6以上的材料，以合適的熱處理工藝獲得最高耐磨性能的金相組織——馬氏體、合金碳合物與殘余奧氏體，同時它們占基體的比例最合理，為60%、20%、20%。本發明所制備的鑄球產品致密度高，實驗表明其表面硬度、沖擊韌性與耐磨性均高于低鉻磨球ZQCr2。本發明的加工工藝可實現產品機械化批量生產礦山專用高耐磨高鉻合金鑄鐵磨球，使用本發明的磨球可大幅度提高礦山生產中的生產效率，減輕勞動強度，實現清潔生產；本發明的磨球適用于冶金選礦行業的直徑為2.5-5m的磨機，用于對礦石進行粉碎。
文檔編號C22C37/06GK102703796SQ20121020418
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者趙文亮 申請人:石家莊市誠達耐磨材料有限公司