一種高韌性耐磨球及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高韌性耐磨球及其制備方法。

背景技術(shù)：

球磨機(jī)作為礦山、水泥工業(yè)中物料粉磨的主要設(shè)備，得到廣泛的普及應(yīng)用，其中的球磨機(jī)鋼球是球磨機(jī)運(yùn)行工作的重要消耗性材料，其原理是利用耐磨球與物料的沖擊和研磨作用使物料粉碎，耐磨球的質(zhì)量直接影響待粉碎物料的粉碎質(zhì)量，耐磨球的使用壽命直接影響勞動(dòng)生產(chǎn)率，所以對(duì)耐磨球的要求是既要具有足夠的強(qiáng)度和硬度，又要有較好的抗沖擊韌性?，F(xiàn)有技術(shù)中，球磨機(jī)的磨介鋼球主要是鉻系合金、錳系合金等球磨鑄鋼件或球磨鑄鐵件，如高鉻鋼球、低鉻鋼球、多元合金鋼球和釩鈦鉻合金鋼球等，在使用的過程中，存在沖擊韌性不是很好、耐磨性能欠佳的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高韌性耐磨球及其制備方法，所述高韌性耐磨球的制備方法，其過程簡單，條件溫和，得到的耐磨球韌性高、耐磨性能好。

本發(fā)明提出的一種高韌性耐磨球，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選地，其化學(xué)成分中，Cr、Mn、Mo的重量百分比滿足以下關(guān)系式：Mn≥10×Mo，且Cr+Mn≥3.2％。

優(yōu)選地，其化學(xué)成分中，Nb、B、Ti的重量百分比滿足以下關(guān)系式：Ti＝kB+Nb，且k取3-5。

優(yōu)選地，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性耐磨球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鉻鋼、鉬鐵、生鐵、廢鋼置于真空感應(yīng)爐中，升溫至1400-1450℃，保溫8-13min，然后加入硅鐵、錳鐵、鋁錠、鎂、釩鐵、鈦鐵、鋯鐵，待原料熔化后加入硼鐵和鈮鐵，升溫至1550-1570℃，保溫10-30min，將爐渣撈出后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1430-1450℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至900-950℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至850-900℃，保溫20-35min，降溫至室溫后回火得到所述高韌性耐磨球。

優(yōu)選地，在S3中，升溫的過程中，升溫速率為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分別為Cr和Mn的重量百分比。

優(yōu)選地，在S3中，降溫至室溫的過程中，降溫速度為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分別為Cr、Mn的重量百分比。

優(yōu)選地，在S3中，所述回火的溫度為350-365℃，回火的時(shí)間為45-65min。

本發(fā)明所述高韌性耐磨球，其化學(xué)成分中適當(dāng)提高了C的含量，在防止材料淬火后工件開裂的前提下，提高了材料的沖擊韌性，同時(shí)加入了Mn和Cr，并適當(dāng)提高了Mn和Cr的含量，同時(shí)降低了Mo的含量，顯著提高了材料的淬透性和回火穩(wěn)定性，同時(shí)使加入的Mn與B相配合，在防止硼脆的前提下，抑制了多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變，同時(shí)凸出貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在較大范圍內(nèi)得到貝-馬組織；Nb和B加入體系中，降低了貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)一步細(xì)化了組織，提高了基體中位錯(cuò)密度，并加入了一定量的Ti，并使Nb、B、Ti的重量百分比滿足以下關(guān)系式：Ti＝kB+Nb，且k取3-5，從而使Nb、B、Ti具有最優(yōu)的協(xié)同性能，避免N與B的結(jié)合同時(shí)形成了TiN，顯著提高了材料的韌性，同時(shí)防止了粗大夾雜物的形成。在制備方法中，具體選擇了淬火的溫度為850-900℃，保溫20-35min，以保證充分奧氏體化，另外，控制了淬火過程中升溫的速率和降溫的速率，使升溫速率A滿足A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，K₁取50-100，K₂取30-50，降溫速率B滿足B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，K₃取100-200，K₄取30-80，使珠光體析出減少，馬氏體組織逐漸增多，硬度增大，增加了過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了材料的淬透性，提高了淬透層的硬度。

具體實(shí)施方式

下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提出的一種高韌性耐磨球，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性耐磨球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鉻鋼、鉬鐵、生鐵、廢鋼置于真空感應(yīng)爐中，升溫至1450℃，保溫8min，然后加入硅鐵、錳鐵、鋁錠、鎂、釩鐵、鈦鐵、鋯鐵，待原料熔化后加入硼鐵和鈮鐵，升溫至1570℃，保溫10min，將爐渣撈出后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1450℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至900℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至900℃，保溫20min，降溫至室溫后回火得到所述高韌性耐磨球。

實(shí)施例2

本發(fā)明提出的一種高韌性耐磨球，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性耐磨球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鉻鋼、鉬鐵、生鐵、廢鋼置于真空感應(yīng)爐中，升溫至1400℃，保溫13min，然后加入硅鐵、錳鐵、鋁錠、鎂、釩鐵、鈦鐵、鋯鐵，待原料熔化后加入硼鐵和鈮鐵，升溫至1550℃，保溫30min，將爐渣撈出后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1430℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至950℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至850℃，保溫35min，降溫至室溫后回火得到所述高韌性耐磨球。

實(shí)施例3

本發(fā)明提出的一種高韌性耐磨球，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性耐磨球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鉻鋼、鉬鐵、生鐵、廢鋼置于真空感應(yīng)爐中，升溫至1470℃，保溫9min，然后加入硅鐵、錳鐵、鋁錠、鎂、釩鐵、鈦鐵、鋯鐵，待原料熔化后加入硼鐵和鈮鐵，升溫至1560℃，保溫13min，將爐渣撈出后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1440℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至910℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至890℃，保溫24min，降溫至室溫后回火得到所述高韌性耐磨球，其中，回火的溫度為350℃，回火的時(shí)間為65min；

其中，升溫至890℃的過程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取50，K₂取50，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比，即A＝2.925℃/s；

在S3中，降溫至室溫的過程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取100，K₄取80，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比，即B＝3.61℃/s。

實(shí)施例4

本發(fā)明提出的一種高韌性耐磨球，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性耐磨球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鉻鋼、鉬鐵、生鐵、廢鋼置于真空感應(yīng)爐中，升溫至1410℃，保溫11min，然后加入硅鐵、錳鐵、鋁錠、鎂、釩鐵、鈦鐵、鋯鐵，待原料熔化后加入硼鐵和鈮鐵，升溫至1560℃，保溫27min，將爐渣撈出后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1438℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至940℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至870℃，保溫32min，降溫至室溫后回火得到所述高韌性耐磨球，其中，回火的溫度為365℃，回火的時(shí)間為45min；

其中，升溫至870℃的過程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取100，K₂取30，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比；即A＝2.97℃/s；

降溫至室溫的過程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取200，K₄取30，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比，即B＝3.45℃/s。

實(shí)施例5

本發(fā)明提出的一種高韌性耐磨球，其化學(xué)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％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性耐磨球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鉻鋼、鉬鐵、生鐵、廢鋼置于真空感應(yīng)爐中，升溫至1420℃，保溫10min，然后加入硅鐵、錳鐵、鋁錠、鎂、釩鐵、鈦鐵、鋯鐵，待原料熔化后加入硼鐵和鈮鐵，升溫至1560℃，保溫20min，將爐渣撈出后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1440℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至920℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至880℃，保溫28min，降溫至室溫后回火得到所述高韌性耐磨球，其中，回火的溫度為355℃，回火的時(shí)間為50min；

其中，升溫至880℃的過程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取80，K₂取40，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比，即A＝3.02℃/s；

降溫至室溫的過程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取150，K₄取60，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比，即B＝2.33℃/s。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。