CN104164614A - 一种具有良好力学性能的耐磨球 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：2.95—3.0％、Si：1.2—1.24％、Mn：0.7—0.8％、Cr：21—21.5％、B：0.1—0.2％、Mo：0.4—0.45％、Re：0.04—0.06％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。本发明通过合理配方设计，合理熔炼、浇铸、热处理工艺，提高了磨铸球的整体机械性能，通过浇铸时间、浇铸时长的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了耐磨铸球的韧性和耐磨性，淬火态邵氏A型硬度≥62度，冲击值≥8.2J/cm²，落球冲击疲劳寿命≥20000次，芯部硬度与表面硬度基本一致，破碎率低于7％。

Description

一种具有良好力学性能的耐磨球

技术领域

本发明涉及耐磨球技术领域，具体涉及一种具有良好力学性能的耐磨球。 

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。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机由给料部、出料部、回转部、减速机、小传动齿轮、电机、电控等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。 

耐磨铸球是指用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料。目前有两种形式：一是以铬为主要合金元素的白口铸铁简称铬合金铸铁，以铬合金铸铁为材料的铸造磨球称为铬合金铸铁磨球；二是以球墨铸铁为材料的铸造磨球称为球墨铸铁磨球，其中通过热处理获得的基体组织主要是贝氏体的球墨铸铁磨球简称贝氏体球铁磨球；通过热处理获得的基体组织主要是马氏体的球墨铸铁磨球简称马氏体球铁磨球。 

在中国专利申请号：201310569196中公开了一种高铬七元高合金耐磨球，各化学成分按重量百分比为：C:3.4～3.7％、Si:1.2～1.6％、Mn：0.5～1.0％、P≤0.03％、S≤0.03％、Cu:0.5～1.2％、Cr:11.0～12.0％、Ti:0.05～0.1％、余量为Fe。热处理将室温状态下的耐磨球装入热处理炉中，在500℃以下时， 升温速度不高于80℃/h；升温达到500℃时保温2～3小时；再加热从500℃到920℃时的升温速度为100～110℃/h；达到920℃后保温1～2小时，此时温度控制在910～930℃；转入油中淬火至150℃～室温，重装入热处理炉，炉温控制在300～360℃，保温2～6小时后空冷。该技术方案中的耐磨球，其耐磨性先是随含碳量增加而提高，当含碳量达到3.0—3.2％时耐磨性最佳，进一步提高含碳量耐磨性逐渐降低，机械性能不足，该技术方案有待改进。 

在中国专利申请号：201310677162中公开了一种耐磨铸球材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.6-1.8、硅1.2-1.5、锰2.4-2.7、硼0.4-0.6、铬13.2-14.5、钛5.8-6.5、Be0.7-0.9、La0.03-0.05、P≤0.07、S≤0.07、余量为铁。在中国专利申请号：201310677484中公开了一种耐磨中铬多元合金铸球材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.6-2.9、硅1.6-1.8、锰3.2-3.5、镍0.3-0.6、钒2.1-2.3、硼0.7-0.9、钨0.6-0.8、钛1.6-1.8、铬6-7、Lu0.05-0.08、Zr0.06-0.09、P≤0.07、S≤0.07、余量为铁。以上两个技术方案中的稀有元素含量过多，导致成本增加，同时有害元素P、S含量较多，耐磨材料的实际成分离共晶点较远，液固两相区域过宽，导致凝固时离金属型磨球型腔外表面区域稍远区域，易呈现糊状凝固特点，易堵住补缩通道，容易产生缩松、缩孔的现象，以上两个技术方案有待改进。 

在中国专利申请号：201210291075中公开了一种高碳高铬高锰合金铸球的制造方法，原料为废钢：轴承边角料：C：0.3-1.0％；Si：≤0.4％；Mn：≤0.3％；Cr：0.5-1.5％；高碳铬铁：Cr：60％；Si：≤1.5；Fe：≤38％；高碳锰铁：Mn：58％；S：≤2％；Fe：≤40％。该技术方案使用寿命低，硬度、耐磨性均不足。 

在中国专利申请号：201010226728.8中公开了一种高硅中铬磨球及其二次变质加工工艺,所述高硅中铬磨球按重量百分比由2.2～3.3％的C、1.7～2.2％的Si、0.8～1.5％的Mn、0～0.05％的P、0～0.05％的S、6.0～9.0％的Cr、0.003～0.008％的B、0.01～0.025％的Ti以及余量的Fe组成,其中,所述Ti和B的重量比大于3。该技术方案的浇铸时间过长，容易衰退至初始状态，该技术方案有待改进。 

发明内容

针对上述问题，本发明型提供了一种具有良好力学性能的耐磨球，耐磨性、韧性、硬度好，使用寿命长。 

为了解决上述问题，本发明型提供的技术方案为： 

一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：2.95—3.0％、Si：1.2—1.24％、Mn：0.7—0.8％、Cr：21—21.5％、B：0.1—0.2％、Mo：0.4—0.45％、Re：0.04—0.06％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。 

优选的，各成分及重量百分比为：C：2.97—3.0％、Si：1.2—1.23％、Mn：0.73—0.8％、Cr：21—21.4％、B：0.13—0.2％、Mo：0.4—0.44％、Re：0.045—0.06％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。 

优选的，各成分及重量百分比为：C：2.97％、Si：1.23％、Mn：0.73％、Cr：21.4％、B：0.15％、Mo：0.44％、Re：0.045％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。 

优选的，各成分及重量百分比为：C：2.98％、Si：1.22％、Mn：0.75％、Cr：21.2％、B：0.13％、Mo：0.42％、Re：0.055％、S：0.01％、P：0.02％；余量为 Fe。 

耐磨球的生产方法，包括以下步骤： 

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1520—1530℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1560—1570℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理； 

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.0—1.2mm，在50—55％的铁水倒入钢水包时随铁液加入； 

(3)浇铸；温度为：1360—1380℃； 

(4)开箱、打磨，开箱温度330—340℃； 

(5)淬火处理：以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为900—920℃时，保温3.4—3.8小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温； 

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为430—440℃时，保温2.8—3.0小时，然后冷却至室温。 

优选的，完成步骤(2)后6—8分钟进行步骤(3)。防止铁液衰退至初始状态。 

优选的，进行步骤(3)时，浇铸时长为6—8分钟。 

优选的，进行步骤(5)时，在160—180℃装炉进行淬火处理。 

对高铬铸铁而言，其耐磨性先是随含碳量增加而提高，当含碳量达到3.0％左右时耐磨性最佳，进一步提高含碳量耐磨性逐渐降低。铬量决定碳化物类型,高铬铸铁具有优越的耐磨性主要是显微组织中含有较多的M7C3碳化物所致。在碳化物与耐磨性关系中，耐磨性也是先随碳化物量增加而提高，当碳化物量增加到30％时,耐磨性的提高就不明显了。 

铬除与碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奥氏体中提高淬透性，当碳量不变增加铬量，或铬量不变降低碳量,均能使淬透性提高。当共晶碳化物不变，且Cr/C为6.5—8时，高铬铸铁的断裂纹扩展能力最强，综合分析，C：2.95—3.0％、Cr：21—21.5％。 

与现有技术相比，本发明型的有益效果为： 

本发明通过合理配方设计，合理熔炼、浇铸、热处理工艺，提高了磨铸球的整体机械性能，通过浇铸时间、浇铸时长的控制，防止缩松、缩孔的产生，也提高了耐磨铸球的韧性和耐磨性，淬火态邵氏A型硬度≥62度，冲击值≥8.2J/cm²，落球冲击疲劳寿命≥20000次，芯部硬度与表面硬度基本一致，破碎率低于7％。 

具体实施方式

下面对本发明型做进一步说明： 

实施例1： 

一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：2.95％、Si：1.24％、Mn：0.7％、Cr：21.5％、B：0.1％、Mo：0.45％、Re：0.04％、S：0.02％、P：0.02％；余量为Fe。 

耐磨球的生产方法，包括以下步骤： 

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1520℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1570℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理； 

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.0mm，在55％的铁水倒入钢水包时随铁 液加入； 

(3)浇铸；完成步骤(2)后6分钟进行浇铸，温度为：1380℃，浇铸时长为6分钟； 

(4)开箱、打磨，开箱温度340℃； 

(5)淬火处理：在160℃装炉，以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为920℃时，保温3.4小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温； 

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为440℃时，保温2.8小时，然后冷却至室温。 

实施例2： 

一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：3.0％、Si：1.2％、Mn：0.8％、Cr：21％、B：0.2％、Mo：0.4％、Re：0.06％、S：0.01％、P：0.01％；余量为Fe。 

耐磨球的生产方法，包括以下步骤： 

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1530℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1560℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理； 

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.2mm，在50％的铁水倒入钢水包时随铁液加入； 

(3)浇铸；完成步骤(2)后8分钟进行浇铸，温度为：1360℃，浇铸时长为8分钟； 

(4)开箱、打磨，开箱温度330℃； 

(5)淬火处理：在180℃装炉，以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为900℃时，保温3.8小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温； 

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为430℃时，保温3.0小时，然后冷却至室温。 

实施例3： 

一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：3.0％、Si：1.2％、Mn：0.75％、Cr：21.3％、B：0.15％、Mo：0.45％、Re：0.05％、S：0.016％、P：0.015％；余量为Fe。 

耐磨球的生产方法，包括以下步骤： 

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1525℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1565℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理； 

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.1mm，在52％的铁水倒入钢水包时随铁液加入； 

(3)浇铸；完成步骤(2)后7分钟进行浇铸，温度为：1370℃，浇铸时长为7分钟； 

(4)开箱、打磨，开箱温度335℃； 

(5)淬火处理：在170℃装炉，以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为910℃时，保温3.6小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温； 

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为435℃时，保温2.9小时，然后冷却至室温。 

实施例4： 

一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：2.97％、Si：1.23％、Mn：0.73％、Cr：21.4％、B：0.15％、Mo：0.44％、Re：0.045％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。 

耐磨球的生产方法，包括以下步骤： 

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1524℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1568℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理； 

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.15mm，在54％的铁水倒入钢水包时随铁液加入； 

(3)浇铸；完成步骤(2)后6.5分钟进行浇铸，温度为：1375℃，浇铸时长为7.5分钟； 

(4)开箱、打磨，开箱温度336℃； 

(5)淬火处理：在165℃装炉，以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为900℃时，保温3.7小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温； 

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为430℃时，保温3.0小时，然后冷却至室温。 

实施例5： 

一种具有良好力学性能的耐磨球，各成分及重量百分比为：C：2.98％、Si：1.22％、Mn：0.75％、Cr：21.2％、B：0.13％、Mo：0.42％、Re：0.055％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。 

耐磨球的生产方法，包括以下步骤： 

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1528℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1562℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理； 

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.05mm，在52％的铁水倒入钢水包时随铁液加入； 

(3)浇铸；完成步骤(2)后7.5分钟进行浇铸，温度为：1375℃，浇铸时长为6.5分钟； 

(4)开箱、打磨，开箱温度335℃； 

(5)淬火处理：在160℃装炉，以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为900℃时，保温3.8小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温； 

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为440℃时，保温2.8小时，然后冷却至室温。 

对上述5个实施例的耐磨球的机械性能进行检测，每个实施例随机选取3种不同直径的耐磨球进行检测，结果如下： 

以上显示和描述了本发明型的基本原理、主要特征和本发明型的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明型的原理，在不脱离本发明型精神和范围的前提下，本发明型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明型范围内。本发明型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (8)

1.一种具有良好力学性能的耐磨球，其特征在于：各成分及重量百分比为：C：2.95—3.0％、Si：1.2—1.24％、Mn：0.7—0.8％、Cr：21—21.5％、B：0.1—0.2％、Mo：0.4—0.45％、Re：0.04—0.06％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的具有良好力学性能的耐磨球，其特征在于：各成分及重量百分比为：C：2.97—3.0％、Si：1.2—1.23％、Mn：0.73—0.8％、Cr：21—21.4％、B：0.13—0.2％、Mo：0.4—0.44％、Re：0.045—0.06％、S：≤0.02％、P：≤0.02％；余量为Fe。

3.根据权利要求1或2所述的具有良好力学性能的耐磨球，其特征在于：各成分及重量百分比为：C：2.97％、Si：1.23％、Mn：0.73％、Cr：21.4％、B：0.15％、Mo：0.44％、Re：0.045％、S：0.02％、P：0.01％；余量为Fe。

4.根据权利要求1或2所述的具有良好力学性能的耐磨球，其特征在于：各成分及重量百分比为：C：2.98％、Si：1.22％、Mn：0.75％、Cr：21.2％、B：0.13％、Mo：0.42％、Re：0.055％、S：0.01％、P：0.02％；余量为Fe。

5.根据权利要求1或2所述的具有良好力学性能的耐磨球的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)加入废钢、生铁、硅铁，采用中频炉进行熔炼，温度为1520—1530℃时加入已经预热的锰铁，并进行成分分析、调整；温度为1560—1570℃时加入铝条进行脱氧处理，并进行扒渣处理；

(2)加入Re进行变质处理：粒度1.0—1.2mm，在50—55％的铁水倒入钢水包时随铁液加入；

(3)浇铸；温度为：1360—1380℃；

(4)开箱、打磨，开箱温度330—340℃；

(5)淬火处理：以80℃/h的速率加热至900℃，在温度为900—920℃时，保温3.4—3.8小时，然后再以120℃/h的速率冷却至室温；

(6)回火处理：以60℃/h的速率加热至430℃，在温度为430—440℃时，保温2.8—3.0小时，然后冷却至室温。

6.根据权利要求5所述的具有良好力学性能的耐磨球的生产方法，其特征在于：完成步骤(2)后6—8分钟进行步骤(3)。

7.根据权利要求5所述的具有良好力学性能的耐磨球的生产方法，其特征在于：进行步骤(3)时，浇铸时长为6—8分钟。

8.根据权利要求5所述的具有良好力学性能的耐磨球的生产方法，其特征在于：进行步骤(5)时，在160—180℃装炉进行淬火处理。