专利名称：：超耐磨铸钢磨球及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种水泥、火电、选矿等行业用耐磨材料，具体地说是一种超耐磨铸钢磨球及其制备方法。
背景技术：
：铬系合金铸造磨球是广泛应用于冶金选矿、水泥建材、火力发电等行业的主要消耗材料。目前，磨球均为碳含量较高的铸铁磨球，以重量百分比计的化学成分为C:23.6，Si:0.301.50，Mn:0.401.50，Cr:1.0028，P<0.10，S<0.06，余量为Fe。其铸造工艺大多为手工金属模造型，热处理工艺多为风冷淬火，部分为油冷淬火。目前国内磨球市场除锻打球以外基本上全是铸铁磨球，按铬合金含量区分主要有低铬(ZQCr2)、中铬(ZQCr5)、高铬(ZQCrl2)、超高铬(ZQCrl5、ZQCr20、ZQCr26)等六种产品，前两种均为非淬火磨球，硬度低、耐磨性差、资源浪费严重；后四种虽然耐磨性较好但成本较高，尤其是随着近几年铬铁价格的飞涨，生产成本愈来愈高，其性价比的优势正在逐渐丧失。基于上述原因，现有产品均为铸铁材质，致密度低，韧性差，耐磨性有待进一步提高；手工生产劳动强度大，生产效率低，难于实现清洁生产和机械化生产。而消失模铸造是一项创新的铸造工艺方法，其工艺流程包括预发泡、模型成型、模型簇组合、模型簇浸涂、浇注、落砂清理。采用该铸造工艺，在技术、经济、环保等方面具有很大的优势，可降低劳动强度，生产效率高，可有效地克服现有手工生产所存在的弊病；此外，铬合金含量低的产品不耐磨，铬合金含量高的虽然耐磨性有所提高，但成本较高，性价比较低。因此，加快磨球产品技术更新、换代步伐，开发性价比更高的替代产品，已经成为耐磨材料企业的重要责任和当务之急。
发明内容本发明要解决的技术问题，是提供一种超耐磨铸钢磨球及其制备方法，降低C含量，在不增加铬合金含量的前提下提高铬碳比，所制备的铸钢磨球产品的致密度、冲击韧性和耐磨性均有较大的提高。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是—种超耐磨铸钢磨球，由以下重量百分比的化学成分制成C:0.801.10，Si:0.401.20，Mn:0.501.00，Cr:6.508.50，Ti:0.150.20，Re:0.020.03，P<0.03，S<0.03，余量为Fe。作为优选配比，所述磨球由以下重量百分比的化学成分制成C:1.10，Si:1.14，Mn:0.81，Cr:8.11，Ti:0.18，Re:0.025，P:0.028，S:0.025，余量为Fe。本发明同时提供了上述超耐磨铸钢磨球的制备方法，该制备方法按照以下步骤顺序进行(1)铸造成型将含有权利要求1或2所述化学成分的金属熔液经铸造成型后，清理，得铸件；(2)加热、油淬将上步得铸件加热至96098(TC，保温3-3.5小时，然后进行油淬，在油中冷却至20(TC以下，出油；(3)回火升温到250-28(TC进行回火，保温34小时，出炉，放入缓冷坑缓慢冷却到室温，即得成品超耐磨铸钢磨球。作为上述制备方法的优化，所述铸造成型为机械化消失模铸造成型。采用本技术方案，其效果如下①碳为生成共晶碳化物的主要元素，共晶碳化物在耐磨性方面起着重要作用。碳含量决定碳化物的数量。但碳量过高，则韧性降低。基于综合考虑，本发明的主要技术手段通过降低碳含量，由铸铁球改为铸钢球，在不增加铬合金含量的前提下提高铬碳比(Cr/C)，进而进一步提高致密度、冲击韧性和耐磨性。因此，本发明磨球的C含量为O.08%1.10%，优选配比1.10%。②添加适量的钛(Ti)和稀土(Re):Ti不仅有强烈的细化晶粒作用，而且还可以形成一定比例的TiC硬质基点弥散分布于基体中，从而明显提高磨球的综合机械性能，特别是硬度、耐磨性和冲击韧性；Re能起到净化钢液、去除夹杂、细化晶粒的作用，可实现对磨球的孕育处理，使磨球的晶粒细化，夹杂物均匀弥散分布，形状以球形为主，减弱了夹杂物对磨球基体的割裂作用，从而提高磨球的综合机械性能，特别是冲击韧性。但加入过量后，虽然磨球的晶粒可进一步细化，但磨球中夹杂物数量增加过多，导致磨球的韧性反而降低。因此，Ti的含量为0.15%0.20%;Re的含量为0.02%0.03%。③Cr是碳化物形成元素，Cr熔于奥氏体中强化基体且不降低韧性，推迟过冷奥氏体转变，增加磨球的淬透性，Cr使磨球的强度和硬度明显提高，此外Cr还能细化晶粒，提高回火稳定性。随着Cr含量的增高会牺牲冲击韧性，冲击韧性会大大降低而且势必增加磨球的成本，如果减少铬合金的加入量，使铬含量降低4%，就可降低成本7.6%，产品的性价比进一步提高；但如果Cr含量过低，则铬、碳比太低，耐磨性较差。因此，本发明磨球中Cr含量为6.50%8.50%，优选8.11%。④锰是提高淬透性、扩大奥氏体区的一种有效元素。其作用一是脱氧，二是强化基体和碳化物。含锰量过高，增加了奥氏体的稳定性，降低了Ms点，不利于铸态奥氏体转变；少量的锰对于屈氏体有细化作用。考虑脱氧和脱硫的需要，锰含量应控制在0.50%1.00%，优选含量为0.81%。⑤采用机械化消失模铸造工艺，可实现磨球的机械化批量生产，大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，实现清洁生产。综上所述，采用本发明技术方案的超耐磨铸钢磨球，其耐磨性比高铬铸铁磨球(ZQCrl2)提高30%以上，洛氏硬度HRC58.8，高于ZQCrl2国标规定的HRC56;冲击韧性6.5J/cm2，高于ZQCr12的4J/cm2;耐磨性与高铬铸铁磨球(ZQCrl2)之比为2.0563/1.6852;其制备方法可实现产品机械化批量生产，大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，实现清洁生产。本发明的超耐磨铸钢磨球可作为耐磨材料应用于水泥、火电、选矿等行业，进行粉料加工。本发明下面将结合具体实施例作进一步详细说明。具体实施例方式以下实施例用于补充说明本发明，而不是本发明的限定。实施一—种超耐磨铸钢磨球，由以下重量百分比的化学成分制成C:1.10，Si:1.14，Mn:0.81，Cr:8.11，Ti:0.18，Re:0.025，P:0.028，S:0.025，余量为Fe。其铸造工艺为机械化消失模铸造成型金属熔液一发泡成型一烘干一浸刷涂料一烘干一组型一装箱浇铸一出箱清理，得铸件。其热处理工艺(12)加热、油淬将上步得铸件装入高温电阻炉加热至96(TC，保温3小时，然后进行油淬，在油中冷却至20(TC以下，出油；(13)回火装入回火炉，重新升温到25(TC保温3小时，出炉，放入缓冷坑缓慢冷却到室温，即得成品超耐磨铸钢磨球。实际试验中，对含上述化学成分并经上述铸造工艺和热处理工艺所制得的超耐磨铸钢磨球磨球进行了测试，相关内容如下①试验条件和方法用线切割切取试验用试样，用金相显微镜分析金相组织，用冲击试验机进行冲击试验测定材料的冲击韧度。试样为10mmX10mmX55mm无缺口试样，用HR-150A型硬度计测定球表面硬度及磨球内部的硬度分布。用MLD-10型动载磨料磨损试验机测定磨球的耐磨性。②试验结果i.硬度测定球表面三个点其平均硬度值为HRC58.8，再用线切割经球心部切割出10mmX10mmX80mm试块测定球内部硬度分布，结果如下表所示(R为球半径)。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>球体积硬度AVH=0.009X57.2+0.063X57.5+0.203X57.7+0.437X58.2+0.289X58.8=58.3ii.金相组织分析热处理后金相组织为M+M7C3+Ar，M7C3碳化物为断网状分布。iii.冲击韧度测定试样尺寸10mmX10mmX55mm无缺口试样。结果如下表试样编号冲击韧度ak(J/cm2)S-16.5S-210.0iv.耐磨性试验a、试验设备MLD-IO型动载磨料磨损试验机b、试验参数试样尺寸10mmX10mmX40mm冲击功4J冲击次数150次/min对磨试样淬火45钢硬度HRC58圆环试样，转速为200r/min磨料1.01.5mm石英砂，流量为100kg/h耐磨试验在上述参数下，开动磨损试验机，先予磨20min使试样磨损面与对磨环形试样吻合，卸下试样清洗干净烘干，用德国塞利斯电子天枰(分度值为0.01mg)测定出试前试样重量，将称重后的试样装上试验机进行磨损试验，试验时间为30min，卸下试样洗净烘干，用电子天枰测定出磨损试验后的重量。以磨损失重来表示材料的耐磨性，磨损试验结果下表试样编号试前重(g)试后重(g)失重(g)磨损率w(g/h)耐磨性e(h/g)M-131.735731.52540.21030.42062.3776M-229.632229.39930.23290.46582.1468平均值30.684030.46240.22160.44322.2563③本发明涉及的磨球与传统ZQCrl2性能指标比较磨球品种Cr(%)表面硬度(HRC)冲击韧性(J/cm2)耐磨性(h/g)ZQCrl211-13574.51.6825本发明6.5-8.558.86.52.0563与在实验室相同工况条件下ZQCrl2的性能指标相比，本发明铸钢球硬度比传统ZQCrl2高3.1%，冲击韧性高44%，耐磨性高22%，成本下降7.6%。综上所述，结论如下1、试验结果表明用消失模生产的磨球表面光滑，浇口小，无合模缝2、本实施例的磨球其耐磨性为2.0563h/g，是ZQCrl2的1.22倍。3、本实施例的磨球冲击韧度与ZQCr26相当，是ZQCrl2的1.45倍，因此破碎机率会大大降低。4、尽管铬含量减少4%，成本降低7.6%，耐磨性反而提高22%，是一种性价比极高、值得大力推广的新型磨球。实施例二一实施例六实施例二一实施例六分别为一种超耐磨铸钢磨球，各自的化学成分如下表所示。实施例二一实施例六的超耐磨铸钢磨球按照以下方法步骤制备(1)铸造成型将含有权利要求1或2所述化学成分的金属熔液经机械化消失模铸造成型后，清理，得铸件；(2)加热、油淬将上步得铸件装入高温电阻炉加热至相应温度，保温相应时间，然后进行油淬，在油中冷却至20(TC以下，出油；(3)回火装入回火炉，升温到至相应回火温度，保温相应时间，出炉，放入缓冷坑缓慢冷却到室温，即得成品超耐磨铸钢磨球，测得的相应的机械性能如下表所示。7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求一种超耐磨铸钢磨球，其特征在于它由以下重量百分比的化学成分制成C0.80～1.10，Si0.40～1.20，Mn0.50～1.00，Cr6.50～8.50，Ti0.15～0.20，Re0.02～0.03，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的超耐磨铸钢磨球，其特征在于它由以下重量百分比的化学成分制成C:1.10，Si:1.14，Mn:0.81，Cr:8.11，Ti:0.18，Re:0.025，P:0.028，S:0.025，余量为Fe。3.—种如权利要求1或2所述的超耐磨铸钢磨球的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤顺序进行(1)铸造成型将含有权利要求1或2所述化学成分的金属熔液经铸造成型后，清理，得铸件；(2)加热、油淬将上步得铸件加热至96098(TC，保温3-3.5小时，然后进行油淬，在油中冷却至20(TC以下，出油；(3)回火升温到250-28(TC进行回火，保温34小时，出炉，放入缓冷坑缓慢冷却到室温，即得成品超耐磨铸钢磨球。4.根据权利要求3所述的超耐磨铸钢磨球的制备方法，其特征在于所述铸造成型为机械化消失模铸造成型。全文摘要本发明涉及一种超耐磨铸钢磨球及其制备方法，该磨球由以下重量百分比的化学成分制成C0.80～1.10，Si0.40～1.20，Mn0.50～1.00，Cr6.50～8.50，Ti0.15～0.20，Re0.02～0.03，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe；其制备方法采用机械化消失模铸造成型，铸件经加热、保温后油淬，再进行回火即得成品，可实现磨球的机械化批量生产，大幅度提高生产效率，减轻劳动强度，实现清洁生产。本发明所制备的超耐磨铸钢磨球，其耐磨性、洛氏硬度、冲击韧性均高于现有Cr12高铬铸铁磨球。本发明的超耐磨铸钢磨球可作为耐磨材料应用于水泥、火电、选矿等行业，进行粉料加工。文档编号C22C38/28GK101748332SQ20101003337公开日2010年6月23日申请日期2010年1月14日优先权日2010年1月14日发明者武庆存申请人:河北豪特耐磨材料有限公司