一种高韧性耐磨球及其制备方法与流程

本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种高韧性耐磨球及其制备方法。

背景技术：

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，其中的球磨机钢球是球磨机运行工作的重要消耗性材料，其原理是利用耐磨球与物料的冲击和研磨作用使物料粉碎，耐磨球的质量直接影响待粉碎物料的粉碎质量，耐磨球的使用寿命直接影响劳动生产率，所以对耐磨球的要求是既要具有足够的强度和硬度，又要有较好的抗冲击韧性。现有技术中，球磨机的磨介钢球主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，在使用的过程中，存在冲击韧性不是很好、耐磨性能欠佳的缺陷。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高韧性耐磨球及其制备方法，所述高韧性耐磨球的制备方法，其过程简单，条件温和，得到的耐磨球韧性高、耐磨性能好。

本发明提出的一种高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.65-0.7％、Si：0.25-0.35％、Mn：2-2.5％、Al：0.03-0.04％、Cr：0.98-1.1％、B：0.003-0.005％、Mg：0.03-0.06％、V：0.02-0.04％、Ti：0.01-0.03％、Zr：0.02-0.04％、Nb：0.01-0.03％、Mo：0.1-0.35％、S：0.01-0.02％、P：0.01-0.02％、其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，其化学成分中，Cr、Mn、Mo的重量百分比满足以下关系式：Mn≥10×Mo，且Cr+Mn≥3.2％。

优选地，其化学成分中，Nb、B、Ti的重量百分比满足以下关系式：Ti＝kB+Nb，且k取3-5。

优选地，其化学成分按重量百分比包括：C：0.68％、Si：0.31％、Mn：2.3％、Al：0.034％、Cr：1％、B：0.004％、Mg：0.045％、V：0.03％、Ti：0.027％、Zr：0.028％、Nb：0.011％、Mo：0.13％、S：0.014％、P：0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出的一种所述高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铬钢、钼铁、生铁、废钢置于真空感应炉中，升温至1400-1450℃，保温8-13min，然后加入硅铁、锰铁、铝锭、镁、钒铁、钛铁、锆铁，待原料熔化后加入硼铁和铌铁，升温至1550-1570℃，保温10-30min，将炉渣捞出后得到合金液；

S2、待合金液冷却至1430-1450℃后浇注入金属模具型腔中，待合金液温度降至900-950℃时取出，冷却至室温得到耐磨球坯体；

S3、将耐磨球坯体升温至850-900℃，保温20-35min，降温至室温后回火得到所述高韧性耐磨球。

优选地，在S3中，升温的过程中，升温速率为A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取50-100，K₂取30-50，C_Cr、C_Mn分别为Cr和Mn的重量百分比。

优选地，在S3中，降温至室温的过程中，降温速度为B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取100-200，K₄取30-80，C_Cr、C_Mn分别为Cr、Mn的重量百分比。

优选地，在S3中，所述回火的温度为350-365℃，回火的时间为45-65min。

本发明所述高韧性耐磨球，其化学成分中适当提高了C的含量，在防止材料淬火后工件开裂的前提下，提高了材料的冲击韧性，同时加入了Mn和Cr，并适当提高了Mn和Cr的含量，同时降低了Mo的含量，显著提高了材料的淬透性和回火稳定性，同时使加入的Mn与B相配合，在防止硼脆的前提下，抑制了多边形铁素体的转变，同时凸出贝氏体转变区，在较大范围内得到贝-马组织；Nb和B加入体系中，降低了贝氏体的转变温度，进一步细化了组织，提高了基体中位错密度，并加入了一定量的Ti，并使Nb、B、Ti的重量百分比满足以下关系式：Ti＝kB+Nb，且k取3-5，从而使Nb、B、Ti具有最优的协同性能，避免N与B的结合同时形成了TiN，显著提高了材料的韧性，同时防止了粗大夹杂物的形成。在制备方法中，具体选择了淬火的温度为850-900℃，保温20-35min，以保证充分奥氏体化，另外，控制了淬火过程中升温的速率和降温的速率，使升温速率A满足A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，K₁取50-100，K₂取30-50，降温速率B满足B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，K₃取100-200，K₄取30-80，使珠光体析出减少，马氏体组织逐渐增多，硬度增大，增加了过冷奥氏体转变为马氏体的稳定性，增强了材料的淬透性，提高了淬透层的硬度。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.7％、Si：0.25％、Mn：2.5％、Al：0.03％、Cr：1.1％、B：0.003％、Mg：0.06％、V：0.02％、Ti：0.03％、Zr：0.02％、Nb：0.03％、Mo：0.1％、S：0.02％、P：0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出的一种所述高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铬钢、钼铁、生铁、废钢置于真空感应炉中，升温至1450℃，保温8min，然后加入硅铁、锰铁、铝锭、镁、钒铁、钛铁、锆铁，待原料熔化后加入硼铁和铌铁，升温至1570℃，保温10min，将炉渣捞出后得到合金液；

S2、待合金液冷却至1450℃后浇注入金属模具型腔中，待合金液温度降至900℃时取出，冷却至室温得到耐磨球坯体；

S3、将耐磨球坯体升温至900℃，保温20min，降温至室温后回火得到所述高韧性耐磨球。

实施例2

本发明提出的一种高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.65％、Si：0.35％、Mn：2％、Al：0.04％、Cr：0.98％、B：0.005％、Mg：0.03％、V：0.04％、Ti：0.01％、Zr：0.04％、Nb：0.01％、Mo：0.35％、S：0.01％、P：0.02％、其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出的一种所述高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铬钢、钼铁、生铁、废钢置于真空感应炉中，升温至1400℃，保温13min，然后加入硅铁、锰铁、铝锭、镁、钒铁、钛铁、锆铁，待原料熔化后加入硼铁和铌铁，升温至1550℃，保温30min，将炉渣捞出后得到合金液；

S2、待合金液冷却至1430℃后浇注入金属模具型腔中，待合金液温度降至950℃时取出，冷却至室温得到耐磨球坯体；

S3、将耐磨球坯体升温至850℃，保温35min，降温至室温后回火得到所述高韧性耐磨球。

实施例3

本发明提出的一种高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.68％、Si：0.27％、Mn：2.2％、Al：0.038％、Cr：1.05％、B：0.0036％、Mg：0.035％、V：0.036％、Ti：0.029％、Zr：0.024％、Nb：0.011％、Mo：0.2％、S：0.018％、P：0.012％、其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出的一种所述高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铬钢、钼铁、生铁、废钢置于真空感应炉中，升温至1470℃，保温9min，然后加入硅铁、锰铁、铝锭、镁、钒铁、钛铁、锆铁，待原料熔化后加入硼铁和铌铁，升温至1560℃，保温13min，将炉渣捞出后得到合金液；

S2、待合金液冷却至1440℃后浇注入金属模具型腔中，待合金液温度降至910℃时取出，冷却至室温得到耐磨球坯体；

S3、将耐磨球坯体升温至890℃，保温24min，降温至室温后回火得到所述高韧性耐磨球，其中，回火的温度为350℃，回火的时间为65min；

其中，升温至890℃的过程中，升温速率为A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取50，K₂取50，C_Cr、C_Mn分别为Cr和Mn的重量百分比，即A＝2.925℃/s；

在S3中，降温至室温的过程中，降温速度为B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取100，K₄取80，C_Cr、C_Mn分别为Cr、Mn的重量百分比，即B＝3.61℃/s。

实施例4

本发明提出的一种高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.66％、Si：0.32％、Mn：2.3％、Al：0.033％、Cr：0.98％、B：0.0035％、Mg：0.055％、V：0.026％、Ti：0.0255％、Zr：0.036％、Nb：0.015％、Mo：0.18％、S：0.012％、P：0.017％、其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出的一种所述高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铬钢、钼铁、生铁、废钢置于真空感应炉中，升温至1410℃，保温11min，然后加入硅铁、锰铁、铝锭、镁、钒铁、钛铁、锆铁，待原料熔化后加入硼铁和铌铁，升温至1560℃，保温27min，将炉渣捞出后得到合金液；

S2、待合金液冷却至1438℃后浇注入金属模具型腔中，待合金液温度降至940℃时取出，冷却至室温得到耐磨球坯体；

S3、将耐磨球坯体升温至870℃，保温32min，降温至室温后回火得到所述高韧性耐磨球，其中，回火的温度为365℃，回火的时间为45min；

其中，升温至870℃的过程中，升温速率为A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取100，K₂取30，C_Cr、C_Mn分别为Cr和Mn的重量百分比；即A＝2.97℃/s；

降温至室温的过程中，降温速度为B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取200，K₄取30，C_Cr、C_Mn分别为Cr、Mn的重量百分比，即B＝3.45℃/s。

实施例5

本发明提出的一种高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.68％、Si：0.31％、Mn：2.3％、Al：0.034％、Cr：1％、B：0.004％、Mg：0.045％、V：0.03％、Ti：0.027％、Zr：0.028％、Nb：0.011％、Mo：0.13％、S：0.014％、P：0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出的一种所述高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将铬钢、钼铁、生铁、废钢置于真空感应炉中，升温至1420℃，保温10min，然后加入硅铁、锰铁、铝锭、镁、钒铁、钛铁、锆铁，待原料熔化后加入硼铁和铌铁，升温至1560℃，保温20min，将炉渣捞出后得到合金液；

S2、待合金液冷却至1440℃后浇注入金属模具型腔中，待合金液温度降至920℃时取出，冷却至室温得到耐磨球坯体；

S3、将耐磨球坯体升温至880℃，保温28min，降温至室温后回火得到所述高韧性耐磨球，其中，回火的温度为355℃，回火的时间为50min；

其中，升温至880℃的过程中，升温速率为A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取80，K₂取40，C_Cr、C_Mn分别为Cr和Mn的重量百分比，即A＝3.02℃/s；

降温至室温的过程中，降温速度为B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取150，K₄取60，C_Cr、C_Mn分别为Cr、Mn的重量百分比，即B＝2.33℃/s。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。