一种大型耐磨空心磨球的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型耐磨空心磨球的制备方法，属于金属耐磨材料【技术领域】。其步骤为：步骤一、铸造造型的准备，泡沫塑料模样的心部内预设有抽气支撑机构，抽气支撑机构包括支撑件和抽气支管；步骤二、熔炼过程，控制浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成：C：0.3～0.5%、Si：0.5～1.5%、Mn：0.5～2%、Cr：1.0～3.0%、Ni：1.0～3.0、Mo：0.5～2%、B：0.24～0.32%、V：0.28～0.35%、Ti：0.08～0.13%、稀土：0.8～1.2%、P：≤0.02%、S：≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质，其中：C%=1.2×B%+（0.06～0.13）；步骤三、浇注过程；步骤四、热处理。本发明解决了空心磨球韧性不足和传统砂型铸造砂芯偏移，球壁不均匀的问题。
【专利说明】一种大型耐磨空心磨球的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属耐磨材料【技术领域】，更具体地说，涉及一种大型耐磨空心磨球的制备方法。
【背景技术】
[0002]EM型中速磨机是英国B&W公司生产的中速球式磨机，六十年代初由国外引进我国，九十年代末我国在引进基础上开发国产的EM型中速磨机,现已成为我国电力和矿山行业的主要粉磨设备。其主要粉磨原理是磨球在上、下磨环间滚动，将进入磨道间的矿物粉碎，因此磨球和磨环是其主要的易损件。根据设备的大小通常放置5?10个磨球，我国在七十年代在国外引进磨球的基础上开发了自主的EM型中速磨机磨球,但当时的磨球直径较小(一般直径小于500mm),且磨球材质以高碳CrNiMo钢为主。随着设备的大型化，其磨球尺寸也增大，外径由0600mm至01150mm。为了减轻重量,这些磨球均设置为空心的，其壁厚由IOOmm至150mm，重量由0.62吨至3.6吨，并设置5个工艺孔，孔径从090mm到0100mm，磨球的剖面示意图如图1所示，图中:1、空心磨球本体,2、工艺孔。由于空心磨球在运转过程中承受较大的冲击载荷，而高碳CrNiMo钢的冲击韧性较低(一般为lOJ/cm2左右)，难以承受较大的冲击载荷，而造成磨球使用过程中的脆性剥落，甚至碎裂。为了提高空心磨球的韧性，现有技术中一般采用中碳CrNiMo钢，但是其硬度和韧性的综合性能指标很难同时满足大型空心磨球的使用性能要求，导致使用寿命较短，究其原因在于磨球的成分和热处理工艺不尽合理。
[0003]此外，关于大型空心磨球的铸造工艺，其最大的难点在于如何控制磨球的薄厚均勻性。在铸造过程中，砂芯一般通过芯骨固定，但是对于外径为lOGOOmm至.01150mm的大型空心磨球，其钢水对砂芯的浮力达几顿重，现有技术中通过从砂芯中直接引出抽气管，通过对砂芯抽真空来控制砂芯的位置，但是这种方式仍无法很好解决大型空心磨球的壁厚不均匀问题。现有技术中，对于壁厚为150mm的大型空心磨球，其壁厚的偏差可达±10%左右，即砂芯向上漂浮约15mm，导致空心磨球的上部分壁厚为135mm，空心磨球的下部分壁厚为165mm。大型空心磨球的壁厚不均匀对其使用性能影响重大，具体包括如下几个方面:
(I)空心磨球的壁厚不均匀，会导致空心磨球在上、下磨环间滚动时对下磨环产生瞬间的震动冲击力，下磨环容易产生脆裂，从而影响设备的正常运行，维护费用随之增大；(2)空心磨球的壁厚不均匀，会导致空心磨球在滚动过程中相邻的磨球之间发生撞击，从而影响磨球的使用寿命，甚至出现爆球现象；(3)磨球的壁厚不均匀，会导致设备在运行过程中振动和噪声大，且加重了磨机的能源消耗。综上所述，空心磨球壁厚不均匀性的原因为:空心磨球铸造过程中，砂芯固定不牢靠，导致浇注过程中砂芯移位，造成空心磨球的壁厚偏差较大。如何使得大型空心磨球壁厚的偏差在±3%以内，是现有技术中困扰大型空心磨球铸造企业的技术难题。
[0004]现有技术中关于空心磨球的铸造技术方案，已有类似公开。其中:中国专利号ZL201120342871.3的专利文件中公开了一种中速磨机空心球的消失模铸造模具，它由若干套模具单元组合而成，每套模具单元对应于空心球的其中一块，每套模具单元均包括上模、下模、模片，上模模腔的形状对应于空心球的外表面形状，下模模腔的形状对应于空心球的内表面形状，上下模组合在一起形成的空腔正好对应于空心球其中一块的形状，模片放置在上下模之间，其上下面与上下模的模腔相配合；若干套模具单元得到的铸件合并在一起为一个完整的空心球。在铸造的过程中，通过每套模具单元的模片消失使消失模成型机生产空心球的一部分，在组合时虽然可以通过组模模具来保证空心球的同心度和圆整度，但是该申请案无法解决空心磨球壁厚偏差较大的问题。
[0005]此外，中国专利申请号201210119692.2的专利文件公开了一种大型磨机空心球的消失模铸造工艺，该申请案的步骤为:(1)、设计磨机空心球各分块模片:根据空心磨球的设计图纸将磨球分成若干分块，设计并制作各分块金属发泡模具；(2)、制作各分块模片:选用铸造专用EPS泡沫珠粒，制作各分块泡沫模片；(3)、组装模片:制作磨机空心球泡沫模型，模片粘接缝要用热熔胶把缝隙勾好；用样板检查模片的圆整度，误差不能大于5毫米；(4)、造型:将组装好的磨球泡沫模型放入砂箱；在下箱与中圈处，中圈与上箱联接处放置抽气管；5个工艺清砂孔用铬铁矿砂堵实；(5)、浇注:砂箱四周用耐火泥封堵，防止漏气，真空度大于0.65MPa ;采用漏包浇注，出炉温度1580~1650°C，浇注温度1530~1580°C。该申请案通过分片制模和负压消失模铸造工艺，在一定程度上解决了空心磨球壁厚不均匀的问题，但是该申请案关键要解决的技术问题是如何在小工作台上生产大型磨机空心球，采用上述方案砂型的漂浮现象较为严重，仍无法控制大型空心磨球壁厚的偏差在±3%以内。
【发明内容】
[0006]1.发明要解决的技术问题
[0007]本发明的目的在于克服现有技术中大型空心磨球的硬度和韧性的综合性能指标较差，且无法很好控制大型空心磨球壁厚偏差较大的问题，提供了一种大型耐磨空心磨球的制备方法，采用本发明的技术方案，能够改善大型空心磨球的韧性，保证其使用性能，且大型空心磨球壁厚的偏差可以成功地控制在±3%以内。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0010]本发明的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其步骤为:
[0011]步骤一、铸造造型的准备
[0012]根据空心磨球成品的尺寸要求制作泡沫塑料模样，并将该泡沫塑料模样刷涂料后烘干；烘干后的泡沫塑料模样放入砂箱，该泡沫塑料模样的底部放置有与泡沫塑料模样弧度相同的半球形冷铁，并填充复合型砂，填充后在震动机上震动，使复合型砂充满泡沫塑料模样的周围及心部，复合型砂充满整个砂箱后，在砂箱顶部覆盖塑料薄膜，然后向砂箱接入抽真空装置管道并抽真空，砂箱内真空度保持在0.04~0.06MPa ;所述的复合型砂由如下质量百分比的成分组成:55%铬铁矿砂、15%石英砂、15%宝珠砂和15%天然硅砂，其中:所述的铬铁矿砂由粒径为≤104 μ m、104~140 μ m、140~180 μ m、180~200 μ m、200~400 μ m粉料组成，其中粒径为< 104 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的4%，粒径为104~140 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的27%，粒径为140~180 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的35%，粒径为180~200 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的29%，粒径为200?400 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的5% ；
[0013]所述的泡沫塑料模样的心部内预设有抽气支撑机构，该抽气支撑机构包括支撑件和抽气支管，所述的支撑件为圆环管状结构，所述的抽气支管与支撑件的侧壁相固连，且与支撑件的内部空腔相连通，该支撑件的侧壁上开设有抽气孔，抽气支管穿过工艺孔与抽真空装置相连接，上述的支撑件水平设置在泡沫塑料模样心部的复合型砂中；
[0014]步骤二、熔炼过程
[0015]采用中频感应电炉进行熔融冶炼，将废钢、生铁按照熔化要求依次放入中频感应电炉中熔化，浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:c:0.3?0.5%、S1:0.5?
1.5%、Mn:0.5 ?2%、Cr:1.0 ?3.0%、N1:1.0 ?3.0、Mo:0.5 ?2%、B:0.24 ?0.32%、V:
0.28 ?0.35%,Ti:0.08 ?0.13%、稀土:0.8 ?1.2%、P S 0.02%,S S 0.02%，余量为 Fe 和不可避免的杂质，其中:C%=1.2XB%+(0.06?0.13)，按照上述浇注钢水的成分计算合金加入量，待熔化成钢水后向中频感应电炉内加入合金进行合金化，其中:硼铁、钒铁、钛铁合金破碎至粒度为0.5?1.0mm,且硼铁、钒铁、钛铁合金在合金化过程中分别加入其各自加入量的一半，脱氧后钢水出炉至浇注包，钢水的出炉温度为1600?1650°C ;浇注包中进行底吹氩气搅拌，吹氩流量为200?300NL/min，吹氩时间为3?5min ；
[0016]步骤三、浇注过程
[0017]将步骤二熔炼的钢水向步骤一铸造砂型中浇注，浇注温度为1500?1550°C，浇注包内的钢水从冒口进入前浇道，与此同时，通过合金加入机构向冒口处加入硼铁、钒铁、钛铁合金各自加入量的剩余一半，硼铁、钥;铁和钛铁合金随钢水进入反应室，钢水经过反应室后进入后浇道，之后进入泡沫塑料模样浇注成型，浇注时间为60?90s ;所述的前浇道、反应室和后浇道均设置于砂箱内部，前浇道连通冒口和反应室，后浇道位于反应室下方；
[0018]在浇注成型的过程中，抽真空装置与抽气支管相连接，通过支撑件侧壁的抽气孔将泡沫塑料模样心部的复合型砂抽真空，其真空度控制为0.04?0.06MPa ;浇注结束后待空心磨球铸件冷却至200°C以下，即可打开砂箱并对空心磨球铸件进行清理；
[0019]步骤四、热处理
[0020]将步骤三清理后的空心磨球进行热处理，其过程如下:
[0021](I)、将空心磨球装在箱式电阻炉内，以3°C /min的升温速率控制升温至160°C，保温2小时；再以2V /min的升温速率控制升温至290°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至460°C，保温4小时；再以:TC /min的升温速率控制升温至620°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至790°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至870°C，保温3小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至1020?1050°C，保温6小时后出炉空冷；
[0022](2)、经步骤(I)处理后冷却至室温，再将空心磨球装入箱式电阻炉进行二次回火，第一次回火过程如下:以:TC /min的升温速率控制升温至120°C，保温2小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至230°C，保温3小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至3500C，保温4小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至800?950°C，保温7小时后出炉空冷；第二次回火过程如下:以:TC /min的升温速率控制升温至140°C，保温2小时；再以3°C /min的升温速率控制升温至280°C，保温6小时后出炉空冷，即得空心磨球。
[0023]优选地，步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:0.42%,Si:0.9%、Mn:1.2%,Cr:2.l%、N1:1.9,Mo:1.7%、B:0.28%,V:0.31%,T1:0.11%、稀土:0.95%、P:0.01%、S:0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0024]优选地，步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:
0.35%、Si:0.5%、Mn:2%、Cr:1.0%、Ni:3.0、Mo:0.5%、B:0.24%、V:0.35%、Ti:0.08%、稀土:
1.2%、P:0.02%、S:0.014%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0025]优选地，步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:0.49%、Si:1.5%、Mn:0.5%、Cr:3.0%、Ni:1.0、Mo:2%、B:0.32%、V:0.28%、Ti:0.13%、稀土:
0.8%、P:0.012%、S:0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0026]3.有益效果
[0027]采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果:
[0028](I)本发明的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，通过在空心磨球中添加以S1、Mn,Cr,Ni为主的合金元素和少量的Mo、B、V、T1、稀土等元素，且控制C%=1.2XB%+ (0.06?
0.13)，对空心磨球进行复合强化处理，改善了空心磨球的组织和淬透性，同时采用改进的浇注系统和浇注工艺，硼铁、钒铁和钛铁在浇注过程中起到随流孕育的作用，尤其是反应室的设计，增强了孕育效果，通过浇注过程和热处理过程来充分发挥S1、Mn、Cr、N1、Mo、B、V、T1、稀土的作用，浇注过程中加入的硼铁、钒铁和钛铁可有效阻止晶粒长大，使材质组织更加紧密，从而增加了耐磨性和强冲击韧性，本发明采用多级保温的热处理工艺，使得空心磨球表面硬度为55?58HRC，抗拉强度为1300?1500MPa，冲击韧性大于20J/cm2，达到了空心磨球良好的综合力学性能，提高了使用寿命；
[0029](2)本发明的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其浇注过程中通过支撑件侧壁的抽气孔将泡沫塑料模样心部的复合型砂抽真空，真空度控制为0.02?0.08MPa，本发明支撑件的设计，使得泡沫塑料模样心部的砂芯能够被稳稳固定住，有效控制了浇注过程中砂芯移位，从而使得本发明的空心磨球壁厚的偏差在±3%以内，解决了多年来困扰大型空心磨球铸造企业的技术难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明中空心磨球的剖面示意图；
[0031]图2是本发明中抽气支撑机构的结构示意图；
[0032]图3是本发明中浇注系统的结构示意图；
[0033]图4是实施例1中空心磨球的金相组织图。
[0034]示意图中的标号如下:1、空心磨球本体，2、工艺孔；3、支撑件；4、抽气支管；5、浇注包；6、合金加入机构；71、前浇道；72、后浇道；8、反应室；9、泡沫塑料模样；10、砂箱。
【具体实施方式】
[0035]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0036]实施例1
[0037]结合图1、图2和图3，本实施例的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其具体步骤为:
[0038]步骤一、铸造造型的准备[0039]本实施例空心磨球成品要求的外圆直径为1000mm，壁厚要求为150mm，空心磨球本体1上设置有5个工艺孔2，工艺孔2的孔径为1OOmm (如图1所示)。根据空心磨球成品的尺寸要求制作泡沫塑料模样9，并将该泡沫塑料模样9刷涂料后烘干，本实施例中的涂料由如下组分及其质量百分比组成:6%高炉布袋除尘灰、7%钛白粉、5%无钙铬渣、18%白刚玉、23%石灰石、17%甲基硅油、15%羟基硅油、9%烷基酚聚氧乙烯醚，采用本实施例配置的涂料，能够保证铸件表面的光洁度，提高了铸件产品质量。烘干后的泡沫塑料模样9放入砂箱10，为了改变钢水的凝固速度符合本实施例的消失模要求，泡沫塑料模样9的底部放置有与泡沫塑料模样9弧度相同的半球形冷铁，并填充复合型砂，填充后在震动机上震动，使复合型砂充满泡沫塑料模样9的周围及心部，复合型砂充满整个砂箱10后，在砂箱10顶部覆盖塑料薄膜，然后向砂箱10接入抽真空装置管道并抽真空，本发明中砂箱10内真空度保持在0.04~0.06MPa均可，本实施例中砂箱10内真空度保持在0.05MPa。本实施例中的复合型砂由如下质量百分比的成分组成:55%铬铁矿砂、15%石英砂、15%宝珠砂和15%天然硅砂，其中:所述的铬铁矿砂由粒径为≤104 μ m、104~140 μ m、140~180 μ m、180~200 μ m、200~400 μ m粉料组成，其中粒径为≤ 104 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的4%，粒径为104~140 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的27%，粒径为140~180 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的35%，粒径为180~200 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的29%，粒径为200~400 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的5%。本实施例中特定配置的复合型砂具有很好的透气性和冷却性，对消失模的铸造工艺顺利进行具有重要作用，尤其是其粒度的合理配置，为真空度的控制铺垫了基础，从而有利于浇注过程的控制。
[0040]本实施例中泡沫塑料模样9的心部内预设有抽气支撑机构(如图2所示)，该抽气支撑机构包括支撑件3和抽气支管4，所述的支撑件3为圆环管状结构，所述的抽气支管4与支撑件3的侧壁相固连，且与支撑件3的内部空腔相连通，该支撑件3的侧壁上开设有抽气孔，抽气支管4穿过工艺孔2与抽真空装置相连接，上述的支撑件3水平设置在泡沫塑料模样9心部的复合型砂中。本实施例中抽气孔的孔径为5mm，孔距为10cm，本实施例中为了保证抽气支撑机构起到最好的固定砂芯的效果，支撑件3的外周距离泡沫塑料模样9内壁的距离应为50~150mm。
[0041]步骤二、熔炼过程
[0042]采用中频感应电炉进行熔融冶炼，将废钢、生铁按照熔化要求依次放入中频感应电炉中熔化，其中废钢、生铁要去除其表面的油迹和锈蚀。本发明中浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:c:0.3~0.5%、Si:0.5~1.5%,Mn:0.5~2%、Cr:1.0~3.0%、N1:1.0 ~3.0,Mo:0.5 ~2%、B:0.24 ~0.32%、V:0.28 ~0.35%、Ti:0.08 ~0.13%、稀土:0.8~1.2%、P:≤0.02%、S:≤0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质，其中:C%=1.2XB%+(0.06~0.13)。本实施例中浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:0.42%、Si:0.9%、Mn:1.2%,Cr:2.l%、N1:1.9,Mo:1.7%、B:0.28%,V:0.31%,T1:0.11%、稀土:0.95%、P:0.01%,S:0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。按照上述浇注钢水的成分计算合金加入量，待熔化成钢水后向中频感应电炉内加入合金进行合金化，其中:硼铁、钒铁、钛铁合金破碎至粒度为0.5~1.0mm，且硼铁、钒铁、钛铁合金在合金化过程中分别加入其各自加入量的一半，脱氧后钢水出炉至浇注包5，钢水的出炉温度为1600~1650°C ;浇注包5中进行底吹氩气搅拌，吹氩流量为200~300NL/min，吹氩时间为3~5min。关于本本发明中浇注钢水的部分元素详细说明如下:1) Cr可以固溶强化基体，提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性，在提高硬度和强度的同时不降低冲击韧度，具有较高的回火抵抗能力，含铬量控制在
1.0?3.0% ；2) B在钢中的作用主要是为了提高钢的淬透性，加入量过少，对提高钢的淬透性作用不明显，加入量过多，易形成硼化物，降低钢的韧性；此外，B、V、T1、稀土有利于细化晶粒，提高基体强度和冲击韧性，本发明的组分中B含量应该控制在0.24?0.32%，V含量应该控制在0.28?0.35%，Ti含量应该控制在0.08?0.13%，稀土含量应该控制在0.8?
1.2%，本实施例中的稀土采用钇基重稀土 ；3)本发明中控制C%=1.2XB%+(0.06?0.13)，才能在配合合适的热处理工艺下最大限度的挖掘材料潜力，获得优良综合力学性能的材料。
[0043]步骤三、浇注过程
[0044]将步骤二熔炼的钢水向步骤一铸造砂型中浇注，浇注温度为1500?1550°C均可，本实施例中的浇注温度为1530°C，浇注包5内的钢水从冒口进入前浇道71，与此同时，通过合金加入机构6向冒口处加入硼铁、钒铁、钛铁合金各自加入量的剩余一半，硼铁、钒铁和钛铁合金随钢水进入反应室8，钢水经过反应室8后进入后浇道72，之后进入泡沫塑料模样9浇注成型，浇注时间为80s ;所述的前浇道71、反应室8和后浇道72均设置于砂箱10内部，前浇道71连通冒口和反应室8，后浇道72位于反应室8下方(如图3所示)。本实施例中在烧注过程中随钢水一起加入硼铁、钥;铁、钛铁合金，硼铁、fL铁和钛铁在烧注过程中起到随流孕育的作用，通过反应室8的停留混合，使得B、V、Ti的形核作用得以充分发挥，从而保证空心磨球的硬度和冲击韧性。本实施例中的反应室8增加了钢水的流动速度，避免了铸件形成夹砂、缩孔、韧性小的问题。
[0045]本实施例在浇注成型的过程中，抽真空装置与抽气支管4相连接，通过支撑件3侧壁的抽气孔将泡沫塑料模样9心部的复合型砂抽真空，其真空度控制为0.05MPa，此处的真空度需控制与步骤一中砂箱10内真空度一致；浇注结束后待空心磨球铸件冷却至200°C以下，即可打开砂箱10并对空心磨球铸件进行清理。本实施例中创新地设计了圆环管状结构的支撑件3，通过支撑件3对泡沫塑料模样9心部的复合型砂抽真空，使得泡沫塑料模样9内部的砂芯吸附于一体，且砂芯被牢靠的固定，从而从根本上解决了砂芯移位的问题。现有技术中为了可靠固定砂芯的位置，一般都是从连接砂芯的芯骨强度去考虑，有些技术人员选用高强度的钢管作为芯骨，但是均未能可靠的固定砂芯，原因在于砂芯的漂浮力有几顿重，不可能仅仅通过外界的芯骨来压制住，另由于泡沫塑料模样9在浇温时，高温分解时产生大量的气体，造成泡沫塑料模样9心部的真空度大大降低，通过本发明的抽气支撑机构可以及时有效的把泡沫分解产生的气体抽走，从而保证真空度，保证砂芯有足够的强度，不发生变形及上浮现象。本 申请人:创新得从砂芯的内部着手，巧妙地解决了困扰技术人员多年的技术难题。
[0046]步骤四、热处理
[0047]将步骤三清理后的空心磨球进行热处理，其过程如下:
[0048](I)、将空心磨球装在箱式电阻炉内，以3°C /min的升温速率控制升温至160°C，保温2小时；再以2V /min的升温速率控制升温至290°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至460°C，保温4小时；再以:TC /min的升温速率控制升温至620°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至790°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至870°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至1030°C，保温6小时后出炉空冷；
[0049](2)、经步骤(I)处理后冷却至室温，再将空心磨球装入箱式电阻炉进行二次回火，第一次回火过程如下:以:TC /min的升温速率控制升温至120°C，保温2小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至230°C，保温3小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至350°C，保温4小时；再以2V /min的升温速率控制升温至892°C，保温7小时后出炉空冷；第二次回火过程如下:以:TC /min的升温速率控制升温至140°C，保温2小时；再以3°C /min的升温速率控制升温至280°C，保温6小时后出炉空冷，即得空心磨球。本实施例针对空心磨球的形状结构及其材质，创新地提出了多级保温的热处理工艺，使得热处理过程中整个空心磨球的温度变化均一，从而大大提高了空心磨球的综合力学性能，本实施例制得的空心磨球表面硬度为57HRC，抗拉强度为1450MPa，冲击韧性为24J/cm2，其金相组织如图4所示。
[0050]实施例2
[0051]本实施例的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其基本步骤同实施例1，不同之处在于:步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:c:0.35%、Si:0.5%、Mn:2%、Cr:1.0%、N1:3.0、Mo:0.5%、B:0.24%、V:0.35%、T1:0.08%、稀土:1.2%、P:0.02%、S:
0.014%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例制得的空心磨球表面硬度为58HRC，抗拉强度为1380MPa，冲击韧性为22J/cm2。
[0052]实施例3
[0053]本实施例的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其基本步骤同实施例1，不同之处在于:步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:c:0.49%、Si:1.5%、Mn:0.5%、Cr:3.0%、Ni:1.0、Mo:2%、B:0.32%、V:0.28%、Ti:0.13%、稀土:0.8%、P:0.012%、
S:0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例制得的空心磨球表面硬度为56HRC，抗拉强度为1460MPa，冲击韧性为23J/cm2。
[0054]实施例1?3的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其空心磨球采用特定的成分并结合创新地真空消失模法制造工艺，配合本发明的浇注系统，解决了空心磨球韧性不足和传统砂型铸造砂芯偏移，球壁不均匀的问题，配以合适的热处理工艺，满足了 EM型中速磨机对大型空心磨球的使用要求。使用寿命达2?2.5年，相比于现有技术中普通大型磨球I年的使用寿命而言，具有突出的显著进步。
【权利要求】
1.一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其特征在于，其步骤为: 步骤一、铸造造型的准备 根据空心磨球成品的尺寸要求制作泡沫塑料模样(9)，并将该泡沫塑料模样(9)刷涂料后烘干；烘干后的泡沫塑料模样(9 )放入砂箱(10 ),该泡沫塑料模样(9 )的底部放置有与泡沫塑料模样(9)弧度相同的半球形冷铁，并填充复合型砂，填充后在震动机上震动，使复合型砂充满泡沫塑料模样(9)的周围及心部，复合型砂充满整个砂箱(10)后，在砂箱(10)顶部覆盖塑料薄膜，然后向砂箱(10)接入抽真空装置管道并抽真空，砂箱(10)内真空度保持在0.04~0.06MPa ;所述的复合型砂由如下质量百分比的成分组成:55铁矿砂、15%石英砂、15%宝珠砂和15%天然硅砂，其中:所述的铬铁矿砂由粒径为≤104μm、104~140 μ m、140~180 μ m、180~200 μ m、200~400 μ m粉料组成，其中粒径为≤104 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的4%，粒径为104~140 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的27%，粒径为140~180 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的35%，粒径为180~200 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的29%，粒径为200~400 μ m的粉料铬铁矿砂总质量的5% ； 所述的泡沫塑料模样(9)的心部内预设有抽气支撑机构，该抽气支撑机构包括支撑件(3)和抽气支管(4)，所述的支撑件(3)为圆环管状结构，所述的抽气支管(4)与支撑件(3)的侧壁相固连，且与支撑件(3)的内部空腔相连通，该支撑件(3)的侧壁上开设有抽气孔，抽气支管(4 )穿过工艺孔(2 )与抽 真空装置相连接，上述的支撑件(3 )水平设置在泡沫塑料模样(9)心部的复合型砂中； 步骤二、熔炼过程 采用中频感应电炉进行熔融冶炼，将废钢、生铁按照熔化要求依次放入中频感应电炉中熔化，浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:0.3~0.5%、Si:0.5~1.5%、Mn:0.5 ~2%、Cr:1.0 ~3.0%、N1:1.0 ~3.0、Mo:0.5 ~2%、B:0.24 ~0.32%、V:0.28 ~.0.35%, Ti:0.08 ~0.13%、稀土:0.8 ~1.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.02%，余量为 Fe 和不可避免的杂质，其中:c%=l.2XB%+ (0.06~0.13)，按照上述浇注钢水的成分计算合金加入量，待熔化成钢水后向中频感应电炉内加入合金进行合金化，其中:硼铁、钒铁、钛铁合金破碎至粒度为0.5~1.0mm，且硼铁、钒铁、钛铁合金在合金化过程中分别加入其各自加入量的一半，脱氧后钢水出炉至浇注包(5)，钢水的出炉温度为1600~1650°C;浇注包(5)中进行底吹氩气搅拌，吹氩流量为200~300NL/min，吹氩时间为3~5min ； 步骤三、浇注过程 将步骤二熔炼的钢水向步骤一铸造砂型中浇注，浇注温度为1500~1550°C，浇注包(5)内的钢水从冒口进入前浇道(71)，与此同时，通过合金加入机构(6)向冒口处加入硼铁、钥;铁、钛铁合金各自加入量的剩余一半，硼铁、fL铁和钛铁合金随钢水进入反应室(8 ),钢水经过反应室(8)后进入后浇道(72)，之后进入泡沫塑料模样(9)浇注成型，浇注时间为.60~90s ;所述的前浇道(71)、反应室(8)和后浇道(72)均设置于砂箱(10)内部，前浇道(71)连通冒口和反应室(8)，后浇道(72)位于反应室(8)下方； 在浇注成型的过程中，抽真空装置与抽气支管(4)相连接，通过支撑件(3)侧壁的抽气孔将泡沫塑料模样(9)心部的复合型砂抽真空，其真空度控制为0.04~0.06MPa ;浇注结束后待空心磨球铸件冷却至200°C以下，即可打开砂箱(10)并对空心磨球铸件进行清理；步骤四、热处理将步骤三清理后的空心磨球进行热处理，其过程如下: (1)、将空心磨球装在箱式电阻炉内，以3°C/min的升温速率控制升温至160°C，保温2小时；再以2V /min的升温速率控制升温至290°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至460°C，保温4小时；再以3°C /min的升温速率控制升温至620°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至790°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至870°C，保温3小时；再以2°C /min的升温速率控制升温至1020~1050°C，保温6小时后出炉空冷； (2)、经步骤(1)处理后冷却至室温，再将空心磨球装入箱式电阻炉进行二次回火，第一次回火过程如下:以:TC /min的升温速率控制升温至120°C，保温2小时；再以2V /min的升温速率控制升温至230°C，保温3小时；再以2V /min的升温速率控制升温至350°C，保温4小时；再以2V /min的升温速率控制升温至800~950°C，保温7小时后出炉空冷；第二次回火过程如下:以:TC /min的升温速率控制升温至140°C，保温2小时；再以3°C /min的升温速率控制升温至280°C，保温6小时后出炉空冷，即得空心磨球。
2.根据权利要求1所述的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其特征在于:步骤一熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:0.42%、S1:0.9%、Mn:1.2%、Cr:.2.1%, Ni:1.9、Mo:1.7%、B:0.28%、V:0.31%、Ti:0.11%、稀土:0.95%、P:0.01%、S:0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其特征在于:步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:c:0.35%、Si:0.5%、Mn:2%、Cr:.1.0%, Ni:3.0 、Mo:0.5%、B:0.24%、V:0.35%、T1:0.08%、稀土:1.2%、P:0.02%、S:0.014%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种大型耐磨空心磨球的制备方法，其特征在于:步骤二熔炼的浇注钢水的成分由如下组分及其质量百分比组成:C:0.49%、S1:1.5%、Mn:0.5%、Cr:.3.0%, Ni:1.0、Mo:2%、B:0.32%、V:0.28%、T1:0.13%、稀土:0.8%、P:0.012%、S:0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。
【文档编号】C22C38/58GK103639363SQ201310739722
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】江海燕, 孙爱民 申请人:马鞍山市海天重工科技发展有限公司