一种低铬耐磨磨球及其加工工艺的制作方法

本发明涉及磨球铸件领域，具体是一种低铬耐磨磨球及其加工工艺。

背景技术：

磨球主要用于矿山、水泥、获利发电等领域，国内年消耗据专家预计在160万吨左右，目前以铸造磨球即铬球为主，目前国内cadi铸造磨球国家标准硬度≥50hrc，对冲击韧性指标没有规定，国内个别生产厂家及研究部门认为，冲击韧度值为≥8j/cm²，就可以满足使用要求，传统的铸造磨球即铬球的冲击韧度指标为4-5j/cm²，因而有一定的破碎率，使用时不是很理想；国内个别cadi磨球生产厂家的冲击韧度指标在8j/cm²左右，但是性能不稳定，材料的配方及热处理工艺、装备均不是很理想，因而生产能力也无法达到预想目标；国外目前还都是以铸造磨球即铬球为主，与cadi磨球相比，属于低档产品，铬含量较高，而铬对环境污染比较严重，而且高铬磨球的生产成本较高，因此，需要对现有技术的铸造磨球及其加工工艺进行改进改良。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铬含量少、环保安全、加工工艺简单稳定、产品性能高的低铬耐磨磨球及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低铬耐磨磨球，包括以下质量分数的化学成分：

c：3.60～3.70%；si：3.05～3.15%；mn：1.48～1.53%；

p：0～0.05%；s：0.005～0.009%；re残（y）：0.02～0.03%；

mg残0.03～0.043%；cr：0～0.15%；v：0～0.28%；

ti：0～0.10%；b：0～0.005%；cu：0～0.40%；

余量为fe。

作为本发明进一步的方案：所述c元素来自石墨球，石墨球的球化率≥85%；组成石墨球的石墨大小为6-8级；石墨球数≥100个/mm²。

作为本发明再进一步的方案：所述低铬耐磨磨球含cr、v、ti的一次碳化物和夹杂物总量为13%～18%。

作为本发明再进一步的方案：所述低铬耐磨磨球的表面硬度≥50hrc，芯部硬度与表面硬度相差±3hrc。

作为本发明再进一步的方案：所述低铬耐磨磨球的冲击韧度≥10j/cm²，冲击疲劳寿命≥8000次。

作为本发明再进一步的方案：所述低铬耐磨磨球的加工工艺，其淬火工艺包括以下步骤：

（1）预热阶段：预热温度650℃，时间120～150min；

（2）一级加热阶段：加热温度800℃，时间35～44min；

（3）二级加热阶段：加热温度850℃，时间54～66min；

（4）奥化均温阶段：恒温890℃，时间60～75min；

（5）预冷均温阶段：恒温840℃，时间84～105min；

（6）等温冷却阶段：降温至240℃，时间96～120min

（7）空冷阶段：冷却至室温。

作为本发明再进一步的方案：采用cadi磨球连续式等温淬火油冷专机线制备所述低铬耐磨磨球，所述cadi磨球连续式等温淬火油冷专机线包括淬火槽、等温炉、运行系统、液压系统、预热炉、油冷却系统、流量盘、加热炉、缓冷炉和控制柜；淬火槽连接等温炉，等温炉通过运行系统与预热炉连接，运行系统通过液压系统驱动，预热炉依次与加热炉和缓冷炉通过传动机构连接成线，缓冷炉通过油冷却系统实现冷却降温，油冷却系统设置流量盘，整个设备通过控制柜控制。

作为本发明再进一步的方案：制备得到的低铬耐磨磨球经内部无损检测及外部铸造缺陷检测合格后入库，外部铸造缺陷检测标准为表面无气孔、砂眼、缩孔、缩松、夹渣、冷隔、裂纹；所述低铬耐磨磨球硬度平均值为52.6hrc，冲击韧度平均值为ak12.5j/cm²。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的低铬耐磨磨球表面硬度≥50hrc，芯部硬度与表面硬度相差±3hrc，冲击韧度值≥10j/cm²，可保证使用时磨球基本无破碎，在保证硬度值的同时，其冲击韧度值也保持在较高的水平，冲击疲劳寿命≥8000次，使用寿命长；铬含量低，环保安全，是一种理想的抗磨磨球；本发明的低铬耐磨磨球生产工艺步骤简单、工艺稳定，各个阶段加热冷却温度及时间严格控制，淬火过程采用油冷技术，保证产品的加工性能，生产效率高、产品质量好。

附图说明

图1为本发明实施例1加工工艺中淬火工艺曲线图。

图2为本发明中cadi磨球连续式等温淬火油冷专机线的结构示意图。

其中，1-淬火槽；2-等温炉；3-运行系统；4-液压系统；5-预热炉；6-油冷却系统；7-流量盘；8-加热炉；9-缓冷炉；10-控制柜。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，一种低铬耐磨磨球，包括以下质量分数的化学成分：

c：3.60～3.70%；si：3.05～3.15%；mn：1.48～1.53%；

p：0～0.05%；s：0.005～0.009%；re残（y）：0.02～0.03%；

mg残0.03～0.043%；cr：0～0.15%；v：0～0.28%；

ti：0～0.10%；b：0～0.005%；cu：0～0.40%；

余量为fe。

所述c元素来自石墨球，石墨球的球化率≥85%；组成石墨球的石墨大小为6-8级；石墨球数≥100个/mm²；原料中含cr、v、ti的一次碳化物和夹杂物总量为13%～18%。

所述低铬耐磨磨球的表面硬度≥50hrc，芯部硬度与表面硬度相差±3hrc；所述低铬耐磨磨球的冲击韧度≥10j/cm²，冲击疲劳寿命≥8000次。

实施例1

所述低铬耐磨磨球的直径为100mmm，其淬火加工工艺包括以下步骤：

（1）预热阶段：预热温度650℃，时间120min；

（2）一级加热阶段：加热温度800℃，时间35min；

（3）二级加热阶段：加热温度850℃，时间54min；

（4）奥化均温阶段：恒温890℃，时间60min；

（5）预冷均温阶段：恒温840℃，时间84min；

（6）等温冷却阶段：降温至240℃，时间96min。

（7）空冷阶段：冷却至室温。

实施例2

所述低铬耐磨磨球的直径为130mmm，其淬火加工工艺包括以下步骤：

（1）预热阶段：预热温度650℃，时间150min；

（2）一级加热阶段：加热温度800℃，时间44min；

（3）二级加热阶段：加热温度850℃，时间66min；

（4）奥化均温阶段：恒温890℃，时间75min；

（5）预冷均温阶段：恒温840℃，时间105min；

（6）等温冷却阶段：降温至240℃，时间120min。

（7）空冷阶段：冷却至室温。

本发明采用cadi磨球连续式等温淬火油冷专机线制备所述低铬耐磨磨球，所述cadi磨球连续式等温淬火油冷专机线包括淬火槽1、等温炉2、运行系统3、液压系统4、预热炉5、油冷却系统6、流量盘7、加热炉8、缓冷炉9和控制柜10；淬火槽1连接等温炉2，等温炉2通过运行系统3与预热炉5连接，运行系统3通过液压系统4驱动，预热炉5依次与加热炉8和缓冷炉9通过传动机构连接成线，缓冷炉9通过油冷却系统6实现冷却降温，油冷却系统6设置流量盘7，整个设备通过控制柜10控制。

制备得到的低铬耐磨磨球经内部无损检测及外部铸造缺陷检测合格后入库，外部铸造缺陷检测标准为表面无气孔、砂眼、缩孔、缩松、夹渣、冷隔、裂纹；所述低铬耐磨磨球硬度平均值为52.6hrc，冲击韧度平均值为ak12.5j/cm²。

1）所述预热炉5作为前处理设备，将工件分段阶梯式加热，减少工件继续加热时产生的热应力；为加热提供均匀一致的环境和条件，使热处理后零件的形变小，质量得到明显改善；使加热炉加热一区保温，加热二区温度、碳势稳定；所述预热炉5包括炉体、加热元件、侧出料机构、进出料炉门及提升机构；所述预热炉5炉体包括炉壳、炉衬、导轨，炉壳采用厚度为8mm钢板焊接而成，并用不同规格的型钢加固焊成整体气密结构，炉衬从外到内依次设置为硅钙板、硅酸铝钎维毯、高长度轻质砖，导轨采用1cr18ni9ti奥式体型不锈钢导轨；所述加热元件采用24根裸式辐射管制成；所述侧出料机构采用与主炉侧推料相同的形式，采用不锈钢材料制成的软链条在减速机驱动下将零件沿横导轨推出预热炉5，进入加热炉8前室；所述进出料炉门均用钢板焊接，内衬保温砖，炉门的升降通过链条由油缸驱动，炉门下降后通过滚轮斜块机构与门框压紧；

2）所述加热炉8包括炉体、加热元件、风扇总成、进料前室、侧出料机构、前后炉门及事故检修门；全炉共分三个区段，根据功能分为加热一区、加热二区和加热三区，加热二区与加热三区之间用双拱墙分隔；所述炉体包括炉壳、炉衬、导轨，炉壳由8mm钢板焊接而成，并用不同规格的型钢加固焊成整体气密结构；炉衬采用轻质抗渗碳砖做内衬，中间为轻质高铝保温砖，外层为硅钙板和硅酸铝纤维毯；导轨采用cr25ni20材料精铸而成；所述加热元件采用鼠笼式电辐射管制备而成，外套管材料为cr25ni20，电热材料为含稀土的铁铬铝合金及高铝质骨架。所述加热炉采用两种联线方式：一区、二区和三区各使用12支，三区是4支串联后角形连接，一区、二区是2支串联后星形连接；所述风扇总成的风扇和风扇轴均采用cr25ni20耐热钢材料制成，设置冷却水套，轴承使用寿命≥30000h；工件进入加热炉8前先进入进料前室，待进料前室空气排净达到与加热炉8气氛一致时，工件进入加热炉8的加热区，进料前室用8mm钢板焊接而成，其上设防爆盖，防爆盖与座体之间涂以mos2密封，进料前室的前端装有窥视孔以在内炉门开启时观察加热炉8内的情况；所述前室门与门框采用铸铁材料支撑，其接触表面配对刮研，间隙≤0.05mm;送气之前，门与框接触表面涂抹mos2，以保证炉门的密封性；进料前室的侧面开有排气孔，通过管道与水封相连，加热炉8内的废气通过水封排气管排出并烧掉，前室门的下方设有电点火器，正常情况下，前室门开启前，点火器通电点火，前室门开启，工序正常运行，前室门开启时点火器失灵时，进料前室内的气体与空气混合发生鸣爆，为避免此类现象发生，在进料前室开启与进料前室点火的plc程序中设有联锁保护措施，当点火装置失灵时，前室门打不开并报警，以保证系统的安全性；所述侧出料机构与主炉出料结构相同，采用软链条机构，软链条由电机带动的减速机驱动，软链条箱安装于主炉侧部，通过料盘限位器行程开关准确控制推头位置，软链条导轨槽、推头均采用cr25ni20耐热钢制造；所述进出料炉门均为非密封式，以隔热为主，通过油缸拉动软链条实现炉门升降；所述检修炉门位于主炉末端，料盘限位器安装在检修炉门上，检修炉门上开有三个窥视孔；

3）所述缓冷炉9包括炉体、加热元件、风扇总成、侧出料机构、前后炉门及事故检修门；缓冷炉9按功能分为加热一区、加热二区，加热一区与加热二区之间用双拱墙分隔；所述炉体包括炉壳、炉衬、导轨，炉壳由8mm钢板制成，并用不同规格的型钢加固组焊成整体气密结构，炉衬采用轻质抗渗碳砖做内衬，中间为轻质高铝保温砖，外层为硅钙板、硅酸铝纤维毯，导轨采用cr25ni20材料精铸而成，加热一区为了保证工件降到所需要的温度，设有一套长冷装置；所述加热元件为6支鼠笼式电辐射管，设置在加热二区；所述风扇总成、侧出料机构与加热炉中结构相同，进出料炉门为非密封式，以隔热为主，通过油缸拉动链条实现炉门升降；所述检修炉门位于缓冷炉末端，料盘限位器安装在检修炉门上，检修门上开有三个窥视孔；

4）所述淬火槽1包括槽体、淬火密封室、移动式淬火升降台、淬火油搅拌器、过滤器、导流装置、淬火油冷却循环系统、副油箱和自动补油装置，槽体由厚度为8mm的钢板气密性焊接而成，容积为11.3m³，上半部外侧装保温填料，淬火油搅拌器安装于槽体的一侧，导流装置的出口设置在移动式淬火升降台的下部，通过变频电机驱动淬火油搅拌器运转，淬火油冷却循环系统包括螺旋板式换热器、齿轮油泵及管路；

5）所述等温炉2包括炉体、加热元件、循环风扇总成、炉门及提升机构，等温炉2炉体以槽钢为骨架，内外用钢板封闭焊接，其间填充保温材料，导轨直接敷设于炉底，两侧导向焊在侧壁上；用φ4.0㎜的电阻丝绕制成螺旋形加热元件安装在炉盖支架上并均匀分布在炉顶的风道内，采用离芯式循环风扇，风扇运转时，空气直接吹到加热元件上，沿着导流风道实现炉内热风循环，以提高炉膛内有效区的温度均匀性，夹层内填充保温材料，通过油缸驱动实现升降。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。