一种强韧型高铬耐磨铸球及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及耐磨金属材料技术领域，尤其涉及一种强韧型高铬耐磨铸球及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 球磨机作为矿山、水泥工业中物料粉磨的主要设备，得到广泛的普及应用，其中的 研磨体是球磨机运行工作的重要消耗性材料，其性能的好坏直接关系到球磨机的产量及运 转效率。
[0003] 高铬铸铁是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。具有相比较合金钢更高的 耐磨性，比普通白口铸铁更高的韧性和强度，同时还兼有良好的耐高温和耐腐蚀性能。高铬 铸铁工艺简单、成本适中，是目前国内外使用最为广泛的耐磨材料之一。对高铬铸球的大量 失效分析表明，铸球在使用过程中的主要失效形式为由疲劳及腐蚀共同作用产生的表层开 裂或者脱落，而其根源往往是铸球在淬火过程中形成的微裂纹，尤其是大尺寸高铬铸球在 淬火及后续使用过程中产生开裂是其主要失效形式。为了保证其低的开裂倾向，往往需要 较高的回火温度，随之而来的是硬度和耐磨性能的降低。
[0004] 因此，对于大尺寸高铬耐磨铸球需要在保证其强硬度和耐磨性的基础上进一步改 善其韧性，降低铸球在淬火过程中的开裂倾向，进一步提高其使用性能。
【发明内容】
[0005] 基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种强韧型高铬耐磨铸球及其制备 方法，通过微量合金元素的复合添加，在保证高硬度、高耐磨性的基础上，具有更低的淬火 和使用过程的开裂倾向，制备工艺简单，成本较低，同时本发明工艺适应性强，不改变原有 的熔炼、铸造和热处理工艺，实现提高耐磨性和降低开裂倾向的良好配合，并可在不增加开 裂倾向的前提下降低铸球的回火温度，应用于水泥、电力等领域大型球磨机械上可获得良 好的应用效果和经济效益。
[0006] 本发明提出的一种强韧型高铬耐磨铸球，其组分按重量百分比包括：C:2~ 2. 2wt%，Cr :10 ~12wt%，Si :0· 4 ~0· 6wt%，Mn :0· 5 ~0· 7wt%，Nd :0· 5 ~2wt%，Si : 1~2. 5wt%，Ti :0. 5~2wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。
[0007] 优选地，Nd和Cr的重量比为1~1. 5 :10~12。
[0008] 优选地，Si和Cr的重量比为1~2 :10~12。
[0009] 优选地，Ti与Cr的重量比为0· 8~L 5 :10~12。
[0010] 优选地，其组分按重量百分比包括：C :2. 15wt%，Cr :llwt%，Si :0· 5wt%，Mn : 0· 6wt%，Nd :lwt%，Si :lwt%，Ti :1%，其余为 Fe 及不可避免杂质。
[0011] 本发明还提出的上述强韧型高铬耐磨铸球的制备方法，包括：熔炼，铸造，热处理。
[0012] 优选地，熔炼的具体操作为：将原料在中频感应炉中熔炼均匀得到合金液，熔炼温 度为 1550 ~1600°C。
[0013] 优选地，铸造的具体操作为：将熔炼得到的合金液送入模具中恒温浇铸，浇铸温度 为1400~1450°C，冷却，脱模得到铸球球坯。
[0014] 优选地，热处理包括淬火和回火；淬火的具体操作为：将铸造得到的铸球球坯加 热至920~980°C，保温2~4h，送入淬火介质中冷却，取出清洗得到淬火球坯。
[0015] 优选地，回火的具体操作为：将淬火得到的淬火球坯送入炉中进行回火，回火温度 为200~350°C，保温4~8h，随炉冷却至90~110°C，出炉，缓冷至室温得到强韧型高铬耐 磨铸球。
[0016] 本发明在常规高铬铸球的基础上，添加微量Nd、Si和Ti成分，大幅提高了耐磨性 能，降低了开裂倾向。其中Nd可细化晶粒、净化晶界，减小高铬铸球在生产及使用过程中的 开裂倾向；Si可提高铸球的淬透性，并在碳化物边界形成局部石墨化，进一步减小开裂倾 向；添加金属Ti在热处理过程中形成细小弥散的TiC，从而提高铸球的耐磨性。本发明通 过微量合金元素的复合添加，在保证高硬度、高耐磨性的基础上，具有更低的淬火和使用过 程的开裂倾向，制备工艺简单，成本较低。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0018] 1、通过少量添加 Nd和Si，可有效减小高铬铸球的开裂倾向，尤其是大尺寸高铬铸 球在淬火和使用过程中的开裂倾向，因而回火过程中可降低回火温度，保持较高硬度而不 增加其开裂倾向；
[0019] 2、少量添加 Ti，形成高硬度、高弥散分布的TiC，提高铸球耐磨性；
[0020] 3、工艺适应性强，无需改变原有的熔炼、铸造和热处理工艺及设备。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例5的强韧型高铬耐磨铸球的铸态金相照片。
[0022] 图3为未添加 Nd、Si、Ti的常规高铬铸球的铸态金相照片。
[0023] 图2为本发明实施例5的强韧型高铬耐磨铸球的热处理态金相照片。
[0024] 图4为未添加 Nd、Si、Ti的常规高铬铸球的热处理态金相照片。
【具体实施方式】
[0025] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0026] 实施例1
[0027] 本发明提出的一种强韧型高铬耐磨铸球，其组分按重量百分比包括：C:2wt%， Cr : 12wt %，Si :0· 4wt %，Mn :0· 7wt %，Nd :0· 5wt %，Si :2. 5wt %，Ti :0· 5wt %，其余为 Fe 及 不可避免的杂质。
[0028] 本发明还提出的上述强韧型高铬耐磨铸球的制备方法，包括：将原料在中频感应 炉中熔炼均匀得到合金液，熔炼温度为1600°C ;将熔炼得到的合金液送入模具中恒温浇铸， 浇铸温度为1400°C，冷却，脱模得到铸球球坯；将铸造得到的铸球球坯加热至980°C，保温 2h，送入淬火介质中冷却，取出清洗得到淬火球坯；将淬火得到的淬火球坯送入炉中进行回 火，回火温度为350°C，保温4h，随炉冷却至IKTC，出炉，缓冷至室温得到强韧型高铬耐磨 铸球。
[0029] 实施例2
[0030] 本发明提出的一种强韧型高铬耐磨铸球，其组分按重量百分比包括：C :2. 2wt%， Cr : IOwt %，Si :0· 6wt %，Mn :0· 5wt %，Nd :2wt %，Si : Iwt %，Ti :2wt %，其余为 Fe 及不可 避免的杂质。
[0031] 本发明还提出的上述强韧型高铬耐磨铸球的制备方法，包括：将原料在中频感应 炉中熔炼均匀得到合金液，熔炼温度为1550°C ;将熔炼得到的合金液送入模具中恒温浇铸， 浇铸温度为1450Γ，冷却，脱模得到铸球球坯；将铸造得到的铸球球坯加热至920°C，保温 4h，送入淬火介质中冷却，取出清洗得到淬火球坯；将淬火得到的淬火球坯送入炉中进行回 火，回火温度为200°C，保温8h，随炉冷却至90°C，出炉，缓冷至室温得到强韧型高铬耐磨铸 球。
[0032] 实施例3
[0033] 本发明提出的一种强韧型高铬耐磨铸球，其组分按重量百分比包括：C: 2. 05wt%, Cr ：11. 5wt%, Si ：0. 45wt%, Mn ：0. 65wt%, Nd ：lwt%, Si ：2wt%, Ti ：0. 8wt%, 其余为Fe及不可避免的杂质。
[0034] 本发明还提出的上述强韧型高铬耐磨铸球的制备方法，包括：将原料在中频感应 炉中熔炼均匀得到合金液，熔炼温度为1580°C ;将熔炼得到的合金液送入模具中恒温浇铸， 浇铸温度为1420Γ，冷却，脱模得到铸球球坯；将铸造得到的铸球球坯加热至960°C，保温 2. 5h，送入淬火介质中冷却，取出清洗得到淬火球坯；将淬火得到的淬火球坯送入炉中进行 回火，回火温度为300°C，保温5h，随炉冷却至105°C，出炉，缓冷至室温得到强韧型高铬耐 磨铸球。
[0035] 实施例4
[0036] 本发明提出的一种强韧型高铬耐磨铸球，其组分按重量百分比包括：C :2. lwt%， Cr : 10. 5wt %，Si :0· 55wt %，Mn :0· 55wt %，Nd : I. 5wt %，Si : Iwt %，Ti : I. 5wt %，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
[0037] 本发明还提出的上述强韧型高铬耐磨铸球的制备方法，包括：将原料在中频感应 炉中熔炼均匀得到合金液，熔炼温度为1560°C ;将熔炼得到的合金液送入模具中恒温浇铸， 浇铸温度为1440Γ，冷却，脱模得到铸球球坯；将铸造得到的铸球球坯加热至940°C，保温 3. 5h，送入淬火介质中冷却，取出清洗得到淬火球坯；将淬火得到的淬火球坯送入炉中进行 回火，回火温度为250°C，保温7h，随炉冷却至95°C，出炉，缓冷至室温得到强韧型高铬耐磨 铸球。
[0038] 实施例5
[0039] 本发明提出的一种强韧型高铬耐磨铸球，其组分按重量百分比包括：C: 2. 15wt %，Cr : Ilwt %，Si :0· 5wt %，Mn :0· 6wt %，Nd :lwt %，Si : Iwt %，Ti : 1 %，其余为 Fe 及不可避免杂质。
[0040] 本发明还提出的上述强韧型高铬耐磨铸球的制备方法，包括：将原料在中频感应 炉中熔炼均匀得到合金液，熔炼温度为1550°c ;将熔炼得到的合金液送入模具中恒温浇铸， 浇铸温度为1450Γ，冷却，脱模得到铸球球坯；将铸造得到的铸球球坯加热至950°C，保温 2h，送入淬火介质中冷却，取出清洗得到淬火球坯；将淬火得到的淬火球坯送入炉中进行回 火，回火温度为350°C，保温5h，随炉冷却至KKTC，出炉，缓冷至室温得到强韧型高铬耐磨 铸球。
[0041] 对实施例5所得强韧型高铬耐磨铸球和未添加 Nd、Si、Ti的常规高铬铸球在铸态、 热处理态进行显微摄像得到金相照片，如图1~4所示。将图1和图2相对比，将图3和图 4相对比，可以看出：相对于未添加 Nd、Si