本发明涉及一种铜矿用cadi磨球及其制备方法。
背景技术：
：耐磨材料中，磨球与衬板占到其总量的80%，而磨球又在其中占到80%。磨球作为研磨体，主要用于矿山、水泥、电力、化工等行业。国内磨球消耗超过260万吨/年，其中矿山磨球消耗总量约在160万吨/年。在矿山应用方面其消耗量与矿山选矿、磨矿及矿山性质不一样而有所不同，大约每吨矿料消耗磨球0.5-1.2kg左右。铜矿用球主要以低cr铸铁磨球为主，其硬度在42-45hrc，冲击韧度为3-5j/cm²。磨球因耐磨性和韧性的原因经常出现失圆和破碎现象，需要经常停机补球，制约了生产，增加了成本。因此，研制一种具有高耐磨性和高韧性的新型材料（含碳化物的等温淬火球墨铸铁，简称cadi）来替代传统的cr系合金铸铁材料，用其制造磨球将是很好的选择，对降低磨球失圆和破碎，降低球耗，实现磨球产品更新换代具有很现实的意义。技术实现要素：为解决上述问题和不足，本发明提供一种铜矿用cadi磨球及其制备方法，所制得的磨球具有较好的耐磨性和冲击韧性。本发明提供的技术方案是：一种铜矿用cadi磨球，由下法制得：1、铁液的熔炼及试样浇注选用q12球铁生铁，按铸件需求的化学成分配入废钢、硅铁、锰铁、铜、钼铁、铬铁及钒铁，孕育剂选用fesi75，球化剂选用fesimg8re3；采用中频感应电炉进行冶炼，金属型模具，堤坝式球化处理包，同时在铁水冲入一侧安放预处理剂（来净化铁液，减少杂质含量）。铁液温度达到1500℃-1520℃出炉，冲入法球化孕育处理。球化处理完毕，转入浇包进行样品浇注，浇注时采用多次孕育处理。化学成分控制为：c:3.4%～3.9%，si：2.4%～2.9%，mn：1.4%～1.9%，s≤0.02%，p≤0.02%，cu：0.3%～0.7%，mo：0.1～0.4%，cr：0.2%～0.6%，v≤0.2%，mg：0.045～0.055%，re：0.02～0.04%。2、试样热处理工艺将步骤1得到的试样热处理，热处理工艺为：奥氏体化温度为890℃—940℃，保温时间为1.0—3.0h。等淬温度为230℃—270℃,等温时间为1.0—3.0h。等温淬火介质为50%kno3+40%nano2+10%nano3混合硝酸盐。本发明采用q12生铁，为普通生产球铁用生铁，原材料采购方便。合金元素采取后期配料时加入铬铁、锰铁及少量钒铁，通过多元素复合强化，合金元素一方面固溶强化基体，一方面形成碳化物提高材料硬度，提高材料的综合性能。另外，本发明配方形成的以cr、mn等元素为主碳化物，其碳化物形式主要为（cr7c3）、（cr3c）、（fe，mn）3c等。按此配方和工艺，操作简单易行，材料化学元素稳定，不靠生铁的残留合金元素，靠后期加入合金元素，保证了材料的稳定性，磨球性能的稳定性。再者，本发明在球化孕育处理时，在铁水包中加入一定量的预处理剂（预处理剂为inoculin390，加入量为0.35%），净化铁液，减少杂质的含量。附图说明图1为本发明材料未腐蚀时的金相图，测定球化率和球化级别。图2为本发明材料热处理后的金相组织图。具体实施方式本发明铜矿用cadi磨球的制备方法，包括以下步骤：1）铁液的熔炼及试样浇注选用q12球铁生铁，按铸件需求的化学成分配入废钢、硅铁、锰铁、铜、钼铁、铬铁及钒铁，孕育剂选用fesi75，球化剂选用fesimg8re3；采用中频感应电炉进行冶炼，金属型模具，堤坝式球化处理包，同时在铁水冲入一侧安放预处理剂（预处理剂为inoculin390，加入量为铁水质量的0.35%）；铁液温度达到1500℃-1520℃出炉，冲入法球化孕育处理。球化处理完毕，转入浇包进行样品浇注，浇注时采用多次孕育处理得到试样。所述铸件需求的化学成分（质量百分比）控制为：c:3.4%～3.9%，si：2.4%～2.9%，mn：1.4%～1.9%，s≤0.02%，p≤0.02%，cu：0.3%～0.7%，mo：0.1～0.4%，cr：0.2%～0.6%，v≤0.2%，mg：0.045～0.055%，re：0.02～0.04%；2）将步骤1得到的试样热处理得到铜矿用cadi磨球，热处理工艺为：奥氏体化温度为890℃—940℃，保温时间为1.0—3.0h，等淬温度为230℃—270℃,等温时间为1.0—3.0h，等温淬火介质为50%kno3+40%nano2+10%nano3混合硝酸盐。3）试样检测对铜矿用cadi磨球进行金相组织、力学性能及使用性能检测。检测结果如下：铜矿用cadi磨球球化情况如图1：由图1可知（通过此图按国家标准图谱对比，可得出球化率及球径大小等级），球化率2级，球径6级。铜矿用cadi磨球金相组织如图2：由图2可知，热处理后，其金属基体组织为下贝氏体+残余奥氏体+碳化物+石墨球。2铜矿用cadi磨球综合性能：磨球表面硬度为54-58hrc，冲击韧度值≥8j/cm²，冲击疲劳寿命（落球次数）≥15000次。实施例一：铁液熔炼和试样浇注：选用q12球铁生铁，按化学成分（质量百分比）c:3.75%，si：2.4%，s≤0.02%，p≤0.02%，mn：1.8%，cu：0.4%，mo：0.2%，cr：0.35%，v：0.1%，mg：0.05%，re：0.03%，剩余的是fe及不可避免的杂质，配入废钢、硅铁、锰铁、铜、钼铁、铬铁及钒铁，孕育剂选用fesi75，球化剂选用fesimg8re3；采用中频感应电炉进行冶炼，金属型模具，堤坝式球化处理包，同时在铁水冲入一侧安放预处理剂（预处理剂为inoculin390，加入量为铁水质量的0.35%）；铁液温度达到1500℃-1520℃出炉，冲入法球化孕育处理。球化处理完毕，转入浇包进行样品浇注，浇注时采用多次（球化处理包中存放一部分孕育剂，铁水由电炉倒入球化处理包达到1/3-2/3量时，加入一部分孕育剂，球化包倒入浇注包时铁水随流一部分孕育剂，浇注包内存放一次，因此以上孕育过程称为多次孕育）孕育处理得到铸态磨球。然后进行热处理，得到等温淬火磨球。等温淬火工艺为：奥氏体化温度为910℃，保温时间为2.0h。等淬温度为270℃,等温时间为2.0h。石墨球化率2级，球径大小为6级。磨球金相组织为：下贝氏体+残余奥氏体+碳化物+石墨球。磨球硬度为54hrc，冲击韧度值为16j/cm²，冲击疲劳寿命（落球次数）≥15000次，具有良好的耐磨性，冲击韧性和较好的综合力学性能。实施例二：按化学成分c:3.65%，si：2.5%，s≤0.02%，p≤0.02%，mn：1.6%，cu：0.4%，mo：0.2%，cr：0.5%，v：0.15%，mg：0.05%，re：0.03%，剩余的是fe及不可避免的杂质，来进行配料，按实施例一的方法进行冶炼及球化处理并浇注成型样品。等温淬火工艺为：奥氏体化温度为910℃，保温时间为2.0h。等淬温度为230℃,等温时间为2.0h。石墨球化率2级，球径大小为6级。磨球金相组织为：下贝氏体+残余奥氏体+碳化物+石墨球。磨球硬度为58hrc，冲击韧度值为8j/cm²，冲击疲劳寿命（落球次数）≥15000次，具有良好的耐磨性，冲击韧性和较好的综合力学性能。实施例三：按化学成分c:3.75%，si：2.5%，s≤0.01%，p≤0.02%，mn：1.7%，cu：0.4%，mo：0.2%，cr：0.43%，v：0.1%，mg：0.05%，re：0.03%，剩余的是fe及不可避免的杂质，来进行配料，按实施例一的方法进行冶炼及球化处理并浇注成型样品。等温淬火工艺为：奥氏体化温度为910℃，保温时间为2.0h。等淬温度为250℃,等温时间为2.0h。石墨球化率2级，球径大小为6级。磨球金相组织为：下贝氏体+残余奥氏体+碳化物+石墨球。磨球硬度为56.5hrc冲击韧度值为12j/cm²，冲击疲劳寿命（落球次数）≥15000次，具有良好的耐磨性，冲击韧性和较好的综合力学性能。4、cadi磨球与现有低cr铸铁磨球指标对比磨球材质硬度（hrc）冲击韧度（j/cm²）疲劳寿命（次数）球耗（kg/t）低cr铸铁42-463-5≤70000.95-1.20cadi54-588-16≥15000≤0.65、该铜矿用cadi磨球的优点及意义（1）cadi磨球材料的综合力学性能比低cr铸铁磨球好。相对低cr磨球，cadi磨球的球耗大幅降低。（2）冲击疲劳寿命（落球次数）≥15000次，远大于低cr磨球，抗疲劳性和断裂韧性优于低cr铸铁磨球，使用中不破碎、无剥落、不失圆。（3）球磨机的利用率增加，减少了停机补球的频率，降低了电耗，降低了生产成本。（4）该种工艺在生产过程中易操作和控制，产品性能稳定，便于推广应用。(5)本发明制备的磨球用于有色矿（铜矿）。代替现铜矿用低cr磨球，将节约大量的能源和资源。当前第1页12