高铬铸铁耐磨球热处理工艺

０ 引 言 球磨 机 是 水 泥、电 力、选 矿、建 材 等 行 业 中 广 泛 应
用 的 粉 磨 设 备 ，磨 球 作 为 球 磨 机 中 的 磨 矿 介 质 ，既 要 有 高的耐磨性，又要有好的韧性 。 ［１］ 近年来，随着我 国 工 业的迅速发 展，磨 球 的 消 耗 量 很 大，采 用 改 善 磨 球 性 能、提高其使用寿命 的 方 法，将 产 生 很 大 的 经 济 效 益。 磨球的耐磨性能与其 热 处 理 工 艺 密 切 相 关，本 文 通 过 对高铬合金球成分设 计 和 热 处 理 工 艺 的 实 验 研 究，分 析高铬合金球的金相 组 织 和 性 能 变 化，提 出 了 提 高 高 铬合金球耐磨性的热处理工艺。 １ 实 验 材 料 及 方 法 １．１ 成 分 优 化 设 计
织和碳化物形貌的改 善，可 使 高 铬 铸 铁 的 性 能 得 以 改 善。主要表现为耐磨性和冲击韧性的提高 。 ［４］
（６）微量合金化元素：在高铬铸铁中，由于加 入的 铬大部分进入碳化物，使 基 体 中 铬 浓 度 还 不 足 以 抑 制 珠光体型的转变。为 提 高 磨 球 的 铸 态 淬 透 性，需 加 入 钼 、铜 、钒 、钨 进 行 微 量 合 金 化 ，其 含 量 （质 量 分 数 ）均 小 于１．０％。而钼和铜的联合使用可以 很 好 地 提 高 合 金 的 冲 击 韧 度 ［５］，提 高 磨 球 的 使 用 寿 命 。
（２）铬 ：Ｃｒ是 保 证 高 铬 白 口 铸 铁 优 异 耐 磨 性 和 韧 性的基本合金元素，其含量决定碳化物的类型。 当 Ｃｒ 达到一定量后，继续 增 加 其 含 量 对 于 耐 磨 性 提 高 并 不 明 显 ，过 少 则 不 能 形 成 高 硬 度 的 碳 化 物 （Ｃｒ、Ｆｅ）７Ｃ３ 。
摘要：研究了一种添加 微 量 合 金 元 素 Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ 的 高 铬 铸 铁 耐 磨 球 的 热 处 理 工 艺 。 采 用 在 ９８０ ℃ 淬 火、 ４００ ℃和６００ ℃回火的热处理工艺。通过显微组织分析可知淬火后 基 体 组 织 为 淬 火 马 氏 体 ，４００ ℃ 回 火 后 基 体组织为回火托氏体，６００ ℃回火后基体组织为回火索氏体。经硬度分析和耐磨 性 分 析 可 知： 仅 淬 火 处 理 时 试样硬度为６５ＨＲＣ，磨 损 量 也 最 小；４００ ℃ 回 火 后 硬 度 下 降 为 ６２．８ＨＲＣ， 磨 损 量 比 淬 火 态 增 加 １８．２％； ６００ ℃回火后硬度下降为５７．６ＨＲＣ，磨损量比淬火态增 加 ３０．３％。 结 合 磨 球 实 际 应 用 状 态 最 佳 热 处 理 工 艺 应采用９８０ ℃淬火、４００ ℃回火。 关键词：高铬铸铁；磨球；耐磨性；热处理 中 图 分 类 号 ：ＴＧ１６４．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
％
元素 含量
Ｃ Ｍｎ Ｓ
Ｐ
Ｓｉ Ｃｒ Ｍｏ Ｖ Ｗ Ｔｉ Ｂ Ｒｅ Ｎｂ Ｆｅ
２．８４ １．２６ ０．０４８ ０．０５３ ０．８１ １５．８３ ０．１６ ０．０７ ＜０．０２ ０．０４ ０．０２ ０．０１ ０．２６ Ｂａｌ．
对材料硬度的影响。
通过试样在相同磨损条件下的磨损量来评定耐磨
通过对山西某钢 厂 耐 磨 球 的 失 效 分 析 可 知，提 高 磨球抗磨性能关键在于如何使基体的硬度和韧性达到 很好的配 合。 合 理 的 成 分 设 计 可 在 获 得 高 硬 度 的 同 时 ，通 过 晶 界 净 化 、晶 粒 细 化 、控 制 碳 化 物 含 量 、改 善 碳 化物形态和大小来进一步提高材料的韧性。本实验主 要从提高 Ｃｒ、Ｍｏ等合金元素含量及适量加入稀土元素 Ｒｅ入手，研究成分优化对高铬白口铸铁的组织及 其 性 能的影响。成分优化后耐磨球的化学成分见表１。 １．２ 实 验 方 法
（３）锰：Ｍｎ是形成 奥 氏 体 的 一 种 有 效 元 素，可 提
高钢的淬透性，但锰的含量在耐磨球中不可以过高 。 ［３］ （４）硅：Ｓｉ是 非 碳 化 物 形 成 元 素，可 明 显 降 低 钢
的 淬 透 性 ，使 共 析 转 变 温 度 升 高 。 （５）铌 ：在 高 铬 铸 铁 中 加 入 铌 以 后 ，通 过 对 基 体 组
采用 高 碳 铬 铁、废 钢、合 金 为 原 料 配 制 成 分，在 中
收 稿 日 期 ：２０１２－０４－０６； 修 回 日 期 ：２０１２－０４－２７ 作者简介：郭志宏 （１９８２－），男，山西定襄人，助教，在读硕士研究生，研究方向：工程材料性能优化。
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机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１２年第５期
性。采用 ＭＬ－１０ 型 磨 料 磨 损 试 验 机，电 机 转 速 为
频感应电炉中熔炼。 所 用 的 铸 型 为 普 通 的 砂 型，熔 炼 在１ ４００ ℃左右。试样 浇 注 成 Ф６０ ｍｍ～Ф８０ ｍｍ 的
温度为１ ４５０ ℃～１ ５００ ℃，采 用 高 温 浇 铸，出 炉 温 度 毛坯。实验模具简图如图１所示。
表 １ 成 分 优 化 后 的 高 铬 白 口 铸 铁 磨 球 的 化 学 成 分 （质 量 分 数 ）
第 ５ 期 （总 第 １７４ 期 ） ２０１２ 年 １０ 月
机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１０９－０３
Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．
高铬铸铁耐ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ球热处理工艺研究
郭志宏，卫英慧，王宏伟
（太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 ０３００２４）
本文基于对基体 与 碳 化 物 类 型 的 要 求，在 实 验 室 和工厂条件下对耐磨球的化学成分做了优化设计。
（１）碳：Ｃ 对 高 铬 铸 铁 基 体 组 织 和 碳 化 物 有 重 要 影响。Ｃ 为生成共晶碳化 物 （Ｃｒ、Ｆｅ）７Ｃ３ 的 主 要 元 素， 在耐磨性方面起着重要作用 。 ［２］