一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料及其制备方法

一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料及其制备方法
【专利摘要】一种含硼高硬度低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2.2-2.5、硅0.9-1.2、锰1.4-1.7、铜0.07-0.09、铬2.5-2.7、铌0.17-0.19、硼0.5-0.6、Zr0.06-0.09、P≤0.07、S≤0.07、余量为铁。本发明合金通过添加硼、Zr、铌、铜等元素，合理控制铸后处理温度，增加了合金的硬度、耐磨性、高温强度和耐酸碱和空气腐蚀，芯部硬度与表面硬度基本一致；通过使用废铁作为原料，使合金品质均一，不易产生裂纹；本发明冲击韧性好，碎球率低，降低了运行成本。本发明精炼剂用于铸造生产，能使铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右，明显提高成品率。
【专利说明】一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铸造磨球材料领域，尤其涉及一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，铸造磨球被广泛应用在水泥建材、陶瓷、矿山冶选、电厂磨煤、氧化铝等行业。要求磨球具有硬度高、耐研磨、不破碎、不失圆、磨机综合效率高等良好的物理机械性能。目前磨球的种类主要有中锰球磨铸铁磨球、低碳白口铸铁磨球，以及高铬铸铁磨球等。高铬铸铁磨球性能优良，表面硬度和体积硬度较高，但冲击韧性较低，随着铬的价格走高，高铬铸铁磨球的价格也一路走高；低铬磨球的表面硬度和体积硬度较低，使用寿命短；中锰球磨铸铁磨球不耐腐蚀，原始硬度低，易破碎。由此可见，现有技术还存在很多不足，需要根据生产情况不同，研究兼具高硬度、高冲击韧性、低破碎率、低磨耗和低成本的性价比高的磨球。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于提供一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料及其制备方法，该磨球材料具有硬度高、耐磨性好、高温强度高和耐酸碱和空气腐蚀的优点。
[0004]本发明的技术方案如下:
一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料，其特征在于:其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 2.2-2.5、硅 0.9-1.2、锰 1.4-1.7、铜 0.07-0.09、铬 2.5-2.7、铌 0.17-0.19、硼 0.5-0.6、Zr0.06-0.09、P ≤ 0.07、S ≤ 0.07、余量为铁。
[0005]所述的含硼高硬度低铬多元合金铸球材料的生产方法，其特征在于:
(1)、准备生铁与废铁按1:1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(I)硅、铜、Zr；(2)锰、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为21-25分钟，投料后搅拌均匀。
[0006]所述的铸后热处理是:先由室温以180_200°C /小时速率升温至730_740°C，再以150-1600C /小时速率降温至600-610°C，再以140_150°C /小时速率升温至920_940°C，保温3-4小时；再以150-160 V /小时速率降温至500-510 °C，保温40-50分钟，再以150-1600C /小时速率降温至230-250°C，保温2_3小时；再以80-90°C /小时速率升温至350-360°C，保温50-60分钟，再以80_90°C /小时速率升温至520_530°C，保温2_3小时，取出空冷即得。
[0007]所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉12-15、二氧化硅4-5、白云石3-5,Na2TiF6 8-10,乙烯基三乙氧基硅烷2_3、纳米三氧化二铝1_2、苦菱土 4_8、粘土 30-35、氟硅酸钠3-4、钛白粉2-3、莹石6-8、玉石粉3-4、蒙脱石1_2 ;其制备方法粘土放入煅烧炉中在1200-1240°C下煅烧3-4小时，取出粉碎，加入12-15%的盐酸水溶液中浸泡1_2小时，过滤，再用清水洗涤，烘干，与乙烯基三乙氧基硅烷混合、研磨分散成粉体；将其它剩余成分混合，加热至1600-2300°C，搅动45-60分钟后，倒入冷水中，冷却后，用清水洗涤，过滤、烘干，粉碎成100-150目粉末，与前述所得的粉体混合均匀，即得。
[0008]本发明的有益效果
本发明合金通过添加硼、Zr、铌、铜等元素，合理控制铸后处理温度，增加了合金的硬度、耐磨性、高温强度和耐酸碱和空气腐蚀，芯部硬度与表面硬度基本一致；通过使用废铁作为原料，使合金品质均一，不易产生裂纹；本发明冲击韧性好，碎球率低，降低了运行成本。本发明精炼剂用于铸造生产，能使铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右，明显提闻成品率。
【具体实施方式】
[0009]一种含硼高硬度低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 2.2-2.5、硅 0.9-1.2、锰 1.4-1.7、铜 0.07-0.09、铬 2.5-2.7、铌 0.17-0.19、硼
0.5-0.6、Zr0.06-0.09、P ≤ 0.07、S ≤ 0.07、余量为铁。
[0010]所述的含硼高硬度低铬多元合金铸球材料的生产方法如下:
(1)、准备生铁与废铁按1:1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、铜、Zr; (2)锰、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为23分钟，投料后搅拌均匀。
[0011]所述的铸后热处理是:先由室温以190°C /小时速率升温至735°C，再以155°C /小时速率降温至605°C，再以145°C /小时速率升温至930°C，保温3.5小时；再以155°C /小时速率降温至505°C，保温45分钟，再以155°C /小时速率降温至240°C，保温2.5小时；再以85°C /小时速率升温至355°C，保温55分钟，再以85 °C /小时速率升温至525°C，保温
2.5小时，取出空冷即得。
[0012]所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成:工具钢粉12、二氧化硅5、白云石3、Na2TiF6 8、乙烯基三乙氧基硅烷2、纳米三氧化二铝2、苦菱土 4、粘土 30、氟硅酸钠3、钛白粉2、莹石8、玉石粉4、蒙脱石I ;其制备方法粘土放入煅烧炉中在1200-1240°C下煅烧3-4小时，取出粉碎，加入12-15%的盐酸水溶液中浸泡1-2小时，过滤，再用清水洗涤，烘干，与乙烯基三乙氧基硅烷混合、研磨分散成粉体；将其它剩余成分混合，加热至1600-2300°C，搅动45-60分钟后，倒入冷水中，冷却后，用清水洗涤，过滤、烘干，粉碎成100-150目粉末，与前述所得的粉体混合均匀，即得。
[0013]本发明含硼高硬度低铬多元合金铸球材料的机械性能为:冲击韧性(J/CM2)≥2.7、硬度(HRC)≥56、球体冲击疲劳寿命(次)≥13500、破碎率(%) ≤0.4、球耗(G/ 吨矿)≤115。
【权利要求】
1.一种含硼高硬度低铬多元合金铸球材料，其特征在于:其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 2.2-2.5、硅 0.9-1.2、锰 1.4-1.7、铜 0.07-0.09、铬 2.5-2.7、铌0.17-0.19、硼 0.5-0.6、Zr0.06-0.09、P ≤ 0.07、S ≤ 0.07、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的含硼高硬度低铬多元合金铸球材料的生产方法，其特征在于:(1)、准备生铁与废铁按1:1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、铜、Zr; (2)锰、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为21-25分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的含硼高硬度低铬多元合金铸球材料的生产方法，其特征在于:所述的铸后热处理是:先由室温以180-200°C /小时速率升温至730-740°C，再以150-1600C /小时速率降温至600-610°C，再以140_150°C /小时速率升温至920_940°C，保温3-4小时；再以150-160 V /小时速率降温至500-510 °C，保温40-50分钟，再以150-1600C /小时速率降温至230-250°C，保温2_3小时；再以80-90°C /小时速率升温至350-360°C ，保温50-60分钟，再以80_90°C /小时速率升温至520_530°C，保温2_3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的含硼高硬度低铬多元合金铸球材料的生产方法，其特征在于:所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉12-15、二氧化硅4-5、白云石3-5、Na2TiF6 8-10、乙烯基二乙氧基硅烷2-3、纳米二氧化二招1_2、苦菱土 4-8、粘土 30-35、氣娃酸钠3-4、钛白粉2-3、莹石6-8、玉石粉3-4、蒙脱石1_2 ;其制备方法粘土放入煅烧炉中在1200-1240°C下煅烧3-4小时，取出粉碎，加入12-15%的盐酸水溶液中浸泡1-2小时，过滤，再用清水洗涤，烘干，与乙烯基三乙氧基硅烷混合、研磨分散成粉体；将其它剩余成分混合，加热至1600-2300°C，搅动45-60分钟后，倒入冷水中，冷却后，用清水洗涤，过滤、烘干，粉碎成100-150目粉末，与前述所得的粉体混合均匀，即得。
【文档编号】C22C37/06GK103757519SQ201310677486
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】韦中祥 申请人:芜湖金鹰机械科技开发有限公司