本发明涉及耐磨球
技术领域：
，尤其涉及一种可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球及其制备方法。
背景技术：
耐磨球，一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，研磨球主要分为两大类，一种是以铬为主要合金元素的白口铸铁简称铬合金铸铁，以铬合金铸铁为材料的铸造磨球称为铬合金铸铁磨球；另一种是以球墨铸铁为材料的铸造磨球称为球墨铸铁磨球，其中通过热处理获得的基体组织主要是贝氏体的球墨铸铁磨球简称贝氏体球铁磨球；通过热处理获得的基体组织主要是马氏体的球墨铸铁磨球简称马氏体球铁磨球。专利号为cn104099531b公布了的一种高强度耐磨球及其制备方法，该发明其组成按质量分数包括：c:0.02-0.06％、mn:0.38-0.86％、w:0.01-0.03％、si：0.53-0.81％、ni：0.21-0.45％、cr：5-9.8％、mo：0.11-0.15％、v：0.7-1.0％、nb:0.2-0.5％、ca：0.01-0.038％、zr：0.01-0.015％、cu：0.01-0.03％、zn：0.01-0.035％、s≤0.028％、p≤0.033％，余量为fe和不可避免的杂质，该高强度耐磨球的制备方法分为熔炼、热处理、预处理反应氮弧熔覆四大步骤，该发明利用ticn作为一种综合性能优异的涂层材料使耐磨材料硬度强度性能得到进一步改进。然后耐磨球广泛应用于冶金矿山、水泥建材、火力发电、烟气脱硫、磁性材料、化工、水煤浆、球团矿、矿渣、超细粉、粉煤灰、碳酸钙、石英砂等行业球磨机，有些待研磨的材料含有强氧化性，市场上常用的研磨球在空气中研磨时容易被氧化，表面的铁的氧化层耐磨性差，使研磨球在研磨强氧化性材料时，材料损耗大，使用寿命短。如何解决在研磨强氧化性材料时的损耗大，使用寿命短的问题是一项待解决的技术难关。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球及其制备方法，本发明通过以下技术方案予以实现：一种可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球，包括耐磨球基体和合金涂层，耐磨球基体的成分由以下质量分数组成：cr16.5-19.0％、c2.3-3.5％、mn1.2-1.8％、si0.63-0.80％、mo0.11-0.15％、cu0.01-0.03％、ni0.25-0.48％、v0.13-0.28％、al0.4-1.2％、nb0.28-0.46％、bi0.08-0.14％、s≤0.028％、p≤0.033％，余量为fe和不可避免的杂质。进一步地，其制备方法包括以下步骤：(1)原料熔炼：取上述质量分数组成的成分原料，将原料加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1620℃-1640℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1440℃-1460℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至950℃-980℃时，放入保温炉中进行人工时效处理4-5小时，人工时效处理后将耐磨球基体进行淬火处理，淬火冷却至140℃-160℃，然后第一次回火加热至480℃-500℃，空冷至160℃-190℃后二次回火至430℃-440℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥；(4)制备喷射合金液：取高硅铝合金放入喷射沉积中频感应炉内中，加热至2080℃-2230℃将高硅铝合金融化；(5)喷射合金层：将熔化的高硅铝合金熔液注入导液管内，采用高压纯氮气将从导液管流出的高硅铝合金熔液进行粉碎、雾化，高速沉积到热处理后的耐磨球基体上；(6)涂层热处理：将喷射涂层完毕后的耐磨球放入保温炉中，在温度为220-240℃时效处理3-4小时后淬火即得到可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球。进一步地，步骤2所述孕育剂为75sife孕育剂、ca-ba孕育剂、ca-ba-sb孕育剂其中的一种。进一步地，步骤3所述淬火介质为质量分数为6％-8％硝酸钠盐溶液，其淬火前温度为40℃，平均淬火温度为680-720℃/s。进一步地，所述高硅铝合金的由以下质量分数成分组成：22％si、4.5％fe、4.5％cu、1.5％mg以及余量的al。进一步地，步骤5所述喷射沉积是在高真空高温喷射成形设备上完成，雾化气体为高压纯氮气，雾化压力为1.5-2.5mpa，接收距离为350-450mm，涂层厚度为0.3-1.2mm。进一步地，步骤6所述淬火的淬火介质为3号锭子油，平均冷却速度为120-160℃/s。本发明通过将耐磨球进行变质处理和淬火处理，减少耐磨球铸铁晶界有害夹杂的偏聚，改善夹杂物的形态、大小和分布，减少应力集中和裂纹源，提高晶界的结合强度，达到晶界强化的作用，然后通过时效处理和两次回火，使被细化的晶粒得到热能而长大，发生局部屈服，使晶体内部产生微观的滑移，引起微量的塑性变形，促使大量错位一部分钉扎在分散的杂质上，另一部分聚集到晶粒界面上，使得细化的晶界间结合作用更强。从宏观上看不仅使研磨球基体具备了高强度、高硬度的性质，而且其韧性得到极大的改善。再通过高压氮喷射高硅铝合金到耐磨球基体上形成一层致密的高硅铝合金层，该合金层不仅有效的阻止了研磨球内部基体在研磨强氧化性材料的时候，被氧化而导致材料过快损耗的弊端，而且经过热处理后的合金层也具有较强的耐磨性和高硬度，在对合金层表面进行时效处理的同时，也使内部基体得到一个低温回火的过程，使耐磨球的强度和韧性得到更进一步的提高。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1：(1)原料熔炼：按以下重量组成成分cr16.5％、c2.3％、mn1.2％、si0.63％、mo0.11、cu0.01％、ni0.25％、v0.138％、al0.4％、nb0.28％、bi0.08％、s0.028％、p0.033％，取废铁、增碳剂、废铬铁、废锰铁、金属铜等原料成分加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1620℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入75sife孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1440℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至950℃时，放入保温炉中进行人工时效处理4小时，人工时效处理后将耐磨球基体用40℃，质量分数为6％硝酸钠盐溶液进行淬火，控制平均淬火温度为680℃/s，淬火冷却至140℃，然后第一次回火加热至480℃，空冷至160℃后二次回火至430℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥；(4)制备喷射合金液：取质量分数为22％si、4.5％fe、4.5％cu、1.5％mg以及余量的al的高硅铝合金放入喷射沉积中频感应炉内中，加热至2080℃将高硅铝合金融化；(5)喷射合金层：将熔化的高硅铝合金熔液注入导液管内，采用高压纯氮气将从导液管流出的高硅铝合金熔液进行粉碎、在雾化压力为1.5mpa下雾化，喷射口离研磨球基体的距离为350mm下，进行高速沉积到热处理后的耐磨球基体上，得到厚度为0.3mm的合金涂层；(6)涂层热处理：将喷射涂层完毕后的耐磨球放入保温炉中，在温度为220℃时效处理3小时后用3号锭子油进行淬火，控制平均冷却速度为120℃/s，即得到可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球。实施例2：(1)原料熔炼：按以下重量组成成分cr19％、c3.5％、mn1.8％、si0.8％、mo0.15％、cu0.03％、ni0.48％、v0.28％、al1.2％、nb0.46％、bi0.14％、s0.020％、p0.030％，取废铁、增碳剂、废铬铁、废锰铁、金属铜等原料成分加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1620℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入75sife孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1440℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至950℃时，放入保温炉中进行人工时效处理4小时，人工时效处理后将耐磨球基体用40℃，质量分数为6％硝酸钠盐溶液进行淬火，控制平均淬火温度为680℃/s，淬火冷却至140℃，然后第一次回火加热至480℃，空冷至160℃后二次回火至430℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥；(4)制备喷射合金液：取质量分数为22％si、4.5％fe、4.5％cu、1.5％mg以及余量的al的高硅铝合金放入喷射沉积中频感应炉内中，加热至2080℃将高硅铝合金融化；(5)喷射合金层：将熔化的高硅铝合金熔液注入导液管内，采用高压纯氮气将从导液管流出的高硅铝合金熔液进行粉碎、在雾化压力为1.5mpa下雾化，喷射口离研磨球基体的距离为350mm下，进行高速沉积到热处理后的耐磨球基体上，得到厚度为0.3mm的合金涂层；(6)涂层热处理：将喷射涂层完毕后的耐磨球放入保温炉中，在温度为220℃时效处理3小时后用3号锭子油进行淬火，控制平均冷却速度为120℃/s，即得到可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球。实施例3：(1)原料熔炼：按以下重量组成成分cr16.5％、c2.3％、mn1.2％、si0.63％、mo0.11、cu0.01％、ni0.25％、v0.138％、al0.4％、nb0.28％、bi0.08％、s0.028％、p0.033％，取废铁、增碳剂、废铬铁、废锰铁、金属铜等原料成分加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1640℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入75sife孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1460℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至980℃时，放入保温炉中进行人工时效处理5小时，人工时效处理后将耐磨球基体用40℃，质量分数为8％硝酸钠盐溶液进行淬火，控制平均淬火温度为720℃/s，淬火冷却至160℃，然后第一次回火加热至500℃，空冷至190℃后二次回火至440℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥；(4)制备喷射合金液：取质量分数为22％si、4.5％fe、4.5％cu、1.5％mg以及余量的al的高硅铝合金放入喷射沉积中频感应炉内中，加热至2230℃将高硅铝合金融化；(5)喷射合金层：将熔化的高硅铝合金熔液注入导液管内，采用高压纯氮气将从导液管流出的高硅铝合金熔液进行粉碎、在雾化压力为2.5mpa下雾化，喷射口离研磨球基体的距离为350mm下，进行高速沉积到热处理后的耐磨球基体上，得到厚度为1.2mm的合金涂层；(6)涂层热处理：将喷射涂层完毕后的耐磨球放入保温炉中，在温度为240℃时效处理4小时后用3号锭子油进行淬火，控制平均冷却速度为160℃/s，即得到可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球。实施例4：(1)原料熔炼：按以下重量组成成分cr16.5％、c2.3％、mn1.2％、si0.63％、mo0.11、cu0.01％、ni0.25％、v0.138％、al0.4％、nb0.28％、bi0.08％、s0.028％、p0.033％，取废铁、增碳剂、废铬铁、废锰铁、金属铜等原料成分加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1640℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入75sife孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1460℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至980℃时，放入保温炉中进行人工时效处理5小时，人工时效处理后将耐磨球基体用40℃，质量分数为8％硝酸钠盐溶液进行淬火，控制平均淬火温度为720℃/s，淬火冷却至160℃，然后第一次回火加热至500℃，空冷至190℃后二次回火至440℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥；(4)制备喷射合金液：取质量分数为22％si、4.5％fe、4.5％cu、1.5％mg以及余量的al的高硅铝合金放入喷射沉积中频感应炉内中，加热至2230℃将高硅铝合金融化；(5)喷射合金层：将熔化的高硅铝合金熔液注入导液管内，采用高压纯氮气将从导液管流出的高硅铝合金熔液进行粉碎、在雾化压力为2.5mpa下雾化，喷射口离研磨球基体的距离为450mm下，进行高速沉积到热处理后的耐磨球基体上，得到厚度为0.3mm的合金涂层；(6)涂层热处理：将喷射涂层完毕后的耐磨球放入保温炉中，在温度为240℃时效处理3小时后用3号锭子油进行淬火，控制平均冷却速度为160℃/s，即得到可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球。实施例5：(1)原料熔炼：按以下重量组成成分cr16.5％、c2.3％、mn1.2％、si0.63％、mo0.11、cu0.01％、ni0.25％、v0.138％、al0.4％、nb0.28％、bi0.08％、s0.028％、p0.033％，取废铁、增碳剂、废铬铁、废锰铁、金属铜等原料成分加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1640℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入75sife孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1460℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至980℃时，放入保温炉中进行人工时效处理4小时，人工时效处理后将耐磨球基体用40℃，质量分数为6％硝酸钠盐溶液进行淬火，控制平均淬火温度为680℃/s，淬火冷却至160℃，然后第一次回火加热至500℃，空冷至190℃后二次回火至440℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥；(4)制备喷射合金液：取质量分数为22％si、4.5％fe、4.5％cu、1.5％mg以及余量的al的高硅铝合金放入喷射沉积中频感应炉内中，加热至2230℃将高硅铝合金融化；(5)喷射合金层：将熔化的高硅铝合金熔液注入导液管内，采用高压纯氮气将从导液管流出的高硅铝合金熔液进行粉碎、在雾化压力为2.5mpa下雾化，喷射口离研磨球基体的距离为350mm下，进行高速沉积到热处理后的耐磨球基体上，得到厚度为1.2mm的合金涂层；(6)涂层热处理：将喷射涂层完毕后的耐磨球放入保温炉中，在温度为220℃时效处理3小时后用3号锭子油进行淬火，控制平均冷却速度为120℃/s，即得到可用于研磨强氧化性材料的多层耐磨球。对比组1：(1)原料熔炼：按以下重量组成成分cr16.5％、c2.3％、mn1.2％、si0.63％、mo0.11、cu0.01％、ni0.25％、v0.138％、al0.4％、nb0.28％、bi0.08％、s0.028％、p0.033％，取废铁、增碳剂、废铬铁、废锰铁、金属铜等原料成分加入中频电炉中熔炼，控制炼熔炼温度在1620℃；(2)浇铸成型：待原料全部熔融后，将熔融的钢水倒入钢包中，并加入75sife孕育剂，充分反应后至铁水温度降低至1440℃时，将钢包中的铁水注入耐磨球模具进行浇铸，得到耐磨球基体；(3)基体热处理：浇铸完成后空冷至950℃时，放入保温炉中进行人工时效处理4小时，人工时效处理后将耐磨球基体用40℃，质量分数为6％硝酸钠盐溶液进行淬火，控制平均淬火温度为680℃/s，淬火冷却至140℃，然后第一次回火加热至480℃，空冷至160℃后二次回火至430℃，然后空冷至室温，再用砂纸打磨后用丙酮和乙醇清洗，取出干燥得到耐磨球基体。取实施例1至实施例5以及对比组1的耐磨球各20粒，对各20粒耐磨球进行称重，先将每组的耐磨球放入球磨机中对高锰酸钾固体进行60次研磨，每次研磨40min，实验结束后取出每组的耐磨球，清洗并烘干后再对20粒研磨球进行称重并记录，再取相同状况的实施例1至实施例5以及对比组1的耐磨球20粒，对其进行称重后放入球磨机中对球团矿固体进行60次研磨，每次研磨40min，实验结束后取出每组的耐磨球，清洗并烘干后再对20粒研磨球进行称重并记录，该耐磨球磨损率数据如下表1。表1实验号\参考量磨损率％(高锰酸钾)磨损率％(球团矿)实施例10.210.20实施例20.220.23实施例30.170.20实施例40.230.26实施例50.260.14对比文件12.470.24通过上述实验结果可以看出，没有对合金涂层的耐磨球其研磨强氧化性材料时，磨损率较高，而研磨球团矿(非强氧化性材料)时，磨损率和多层耐磨球相同，故本发明的多层耐磨球可用于研磨强氧化性材料。从以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12