热处理对高铬铸铁磨球组织与性能的影响.docx

析 。结果表明 ,采用 980 3h 风冷 + 400 3h 炉冷的热处理工艺 ,生产出的高铬磨球硬度达 6015 HRC ,冲击韧度 K 达 618J / cm2 。关键词 :高铬铸铁磨球 ;热处理 ;硬度 ;冲击韧度文章编号 :025426051( 2004) 0620057203中图分类号 :TG164 ; TG143 . 9文献标识码 :AInfl uence of Heat Treatment on Structure and Properties ofHigh2Chromium Ca st Iron Grinding BallYAN Ai2min (Anhui Research Institute of Mechanics Science , Hefei Anhui 230022 ,China)Abstract :The effects of heat treatment on the hardness ,impact toughness and microstructure of high chromium cast iron grind2ing ball have been investigated. The results show that hardness of the ball quenched at 980 and then tempered at 400 is up to 60 . 5 HRC ,meanwhile the impact toughness of that ball is 6 . 8J / cm2Key words :high2chromium cast iron ;grinding ball ; heat treatment ; hardness ;impact toughness磨球是各类球磨机必不可少的研磨体 ,最基本的要求是在使用过程中不破碎 、耐磨损 。高铬磨球是具 备这些要求 最 合 适 的 材 质 , 其 化 学 成 分 中 Cr 含 量 12 % ,这种材质的特点是共晶碳化物为 M7 C3 型 ,呈断续网状分布 ,且通过一定的热处理加工 ,可获得以马氏 体为主的基体组织 ,因此具有比一般白口铁高得多的韧性和耐磨性能 。近年来 ,国内外学者针对铬系耐磨材料进行了大 量而卓有成效的研究 。笔者就高铬铸铁应用于金属型 铸造磨球生产中 ,存在的磨球硬度和冲击韧度低 ,导致磨球在使用过程中出现破碎率和磨耗高的问题 ,从热 处理工艺的角度 ,试验研究合适的工艺方案 ,来改善高 铬磨球性能 ,实现提高高铬磨球质量的目的 。1 试验内容111 试样制备试验用原材料为 P08 生铁 、低碳废钢 、电解铜 、铬 铁 、钼铁 、锰铁 。用 150kg 可控硅中频感应电炉熔炼铁 水 ,用 双 铂 铑 快 速 热 电 偶 测 温 , 出 炉 温 度 为 1500 1550 ,浇注温度为 14001450 ,炉前用 018 %的稀 土合金孕育处理 ,试验最终的化学成分经实测后确定(质 量 分 数 , %) 为 : 218 219C , 016 018Si , 018 110Mn ,12 14Cr , 0108P , 011S , 011 012Mo , 012 014Cu 。高铬磨球采用金属型铸造 , 规格为 40 70mm的采用一模多型 , 80mm 及其以上规格的磨球采取一模一型制取 。磨球的热处理是在 箱 式 电 阻 炉 中 进 行 的 。112试验方法试验主要针对 80mm 规格的磨球展开研究 ,并设 计两组热处理工艺方案 ,见表 1 。冲击试样用线切割在磨球本体截取 ,加工成 10mm10mm 55mm 无缺口试样 ,用 JB230A 型摆式冲击试 验机检测 ,每个方案作 3 根 ,后取平均值 。硬度测试用HR2150A 型洛氏硬度计 ,在磨球冲断后的冲击试样上选取 5 个点 ,测取数值 ,算出平均值 。2试验结果和分析冲击试验和硬度测试结果见表 1 。热处理工艺对高铬磨球硬度与冲击韧度的影响从表 1 中可看出 ,铸态磨球的硬度和冲击韧度都211较低 。在 260 回火时 ,随着淬火温度的升高 ,磨球的硬度和冲击韧度均略有增加 ,但冲击韧度增加幅度不 明显 ;而在 400 回火 ,选取不同的温度淬火 。当温度 为 980 时 ,磨球硬度值最高 。淬火温度继续升高 ,硬度开始下降 ,而冲击韧度随淬火温度升高增加显著 ,见 图 1 所示 。212 热处理后的组织未经热处理时 ,铸态磨球的金相组织为奥氏体 +共晶碳化物 ,采取较低淬火温度 ( 如 950 以下) 加热 空冷后 ,组织中除有奥氏体 、共晶碳化物和马氏体外 ,还出现大量的屈氏体组织 ( 见图 2a) 。采用较高的淬火温度 ( 980 以上) , 空冷后组织中的屈氏体基本消 失 ,且奥氏体数量明显增加 ,二次碳化物变得短小 ,直作者简介 :颜爱民 (1955111 ) ,男 ,安徽肥西人 ,高级工程师 ,安徽省机械科学研究所法定代表人 ,负责单位全面工作 ,从事企 业管理 、科研课题项目组织研发等工作 ,对机械制造工艺 、汽车 产品生产有较全面的了解 ,曾获省科技进步一等奖 1 项 ,二等 奖 2 项 ,享受省政府专家津贴 。联系电话 :055123634692 收稿日期 :2003212207金属热处理2004 年第 29 卷第 6 期57表 1 高铬磨球工艺试验结果Ta ble 1 Testing results of high2chromium cast iron grinding ball3 C 共晶碳化物 ,C 二次碳化物 ,A 奥氏体 ,M 马氏体 ,T 屈氏体据介绍1 ,在奥氏体化温度范围内 ,淬火温度过高 ,碳在奥氏体中的溶解度较高 ,冷至室温时 ,只能部分转变 成马氏体 ,余下的奥氏体就残留下来 。淬火温度较低 , 碳在奥氏体中的溶解度较低 ,奥氏体中碳含量低 ,冷却 至室温时 ,大多数奥氏体转变成马氏体 ,少数奥氏体残 留下来 。在 A 工艺方案中 , 淬火后的组织为共晶碳化物 、 残留奥氏体 、马氏体和屈氏体组织 。出现屈氏体组织 , 说明高铬磨球未淬透 ,分析认为是因淬火温度低 ,冷却 速度不够所致 。此方案随着淬火温度的提高 ,屈氏体 组织比例有所减少 ,再经 260 温度回火后 ,可获得较高硬度值 ,冲击韧度也有所增加 ,但增加幅度很有限 , 冲击韧度仍较低 ,在高应力动载荷的磨损中 ,磨球性能 难于满足使用要求 。图 1 试样在不同温度淬火后分别在 260 和 400 回火后的性能Fig11 The properties of samples tempered at260 and 400 after quenching at different temperature至均匀弥散分布 (见图 2b) ,对性能的改善是有利的 。 因此淬火工艺的选择对磨球的性能起关键作用 ,图 2 各种工艺热处理后试样的金相组织440(a) 920 淬火 + 260 回火 ( b) 980 淬火 + 260 回火 (c) 950 淬火 + 400 回火 ( d) 980 淬火 + 400 回火Fig. 2 The microstructure of the samples after different heat treatment 440金属热处理2004 年第 29 卷第 6 期58编号热处理工艺金相组织 3硬度( HRC)冲击韧度(K/ J cm - 2)淬 火回 火A1A2A3A4B1B2B3B4880 3h 空冷920 3h 空冷950 3h 空冷980 3h 空冷950 3h 风冷980 3h 风冷1020 3h 风冷1060 3h 风冷260 4h 炉冷260 4h 炉冷260 4h 炉冷260 4h 炉冷400 3h 炉冷400 3h 炉冷400 3h 炉冷400 3h 炉冷C + 5 %A + 30 %T + 余 M C + 15 %A + 25 %T + 余 MC + 20 %A + 10 %T + 余 MC + 30 %A + 5 %T + 余 M C + C + 30 %A + 余 M C + C + 35 %A + 余 M C + C + 35 %A + 余 M C + C + 40 %A + 余 M59606015611559 . 560 . 557 . 5553. 33. 43. 63. 86. 36. 87. 68. 3铸 态CI + A552. 9在 B 工艺方案中 ,淬火温度在 950 时 ,风冷淬火后组织中的碳化物较粗大 (图 2c) ,而在 980 淬火 ,风 冷淬火后组织中的碳化物比较细小 ,出现的二次碳化物均匀分布在马氏体基体上 ( 图 2d) ,同时残留奥氏体 量也有所增加 。随着淬火温度上升至 1060 以后 ,基 体中的奥氏体量增至 40 % , 冲击韧度也随着提高 , 但 硬度明显降低 。因此可确定磨球采取 980 淬 火 , 得 到峰值硬度 。对于组织中一定残留奥氏体的数量 ,不少学者认格的高铬磨球适当调整淬火保温时间即可 。3应用情况按照 980 3h 风冷 + 400 3h 回火处理后制备的 80mm 磨球 ,先在磨球跌落试验机上检测 ,跌落24000 次未出现碎球 。接 着 生 产 一 批 高 铬 铸 铁 磨 球 , 发往凡口选矿厂在 2 . 7mm 3 . 6mm 球磨机上试验 , 磨耗仅为 74g/ t ,破碎率 0 . 56 % ,获得厂家的好评 。4结论(1) 高铬铸铁磨球 ,由于高硬度的 M C 碳化物存7 3为2,对于磨料磨损特性 ,在动载磨损中 ,奥氏体对耐在 ,经热处理 ,获得强韧的以马氏体为主的基本组织 ,使得磨球具有良好的综合性能 。(2) 高铬铸铁磨球 ,选取 980 3h 风冷 + 400 3h 炉冷工艺 ;处理后的磨球 ,破碎率与磨耗低 ,有应 用推广价值 。参考文献 :磨性的贡献大于马氏体对耐磨性的贡献 。我们从试验中也得出残留奥氏体量在 35 %时对磨球性能较为有 利 。试验中高铬磨球采用 400 高温回火 ,比用 260 低温回火的冲击韧度提高一倍以上 , 且经 400 回火后 ,组织未发生转变 ,因此采取较高温度回火对磨球性 能改善有利 ,分析认为高温回火对高铬铸铁消除应力 比较彻底 ,但回火温度高于 450 之后 ,因高铬铸铁会 发生 马 氏 体 分 解 和 碳 化 物 聚 集 长 大 , 硬 度 会 明 显 下刘云旭 1 金属热处理原理 M . 北京 : 机械工业出版社 ,1981 :2132220.周庆德 ,等 1 铬系抗磨铸铁 M . 西安 :西安交通大学出版 社 ,1986 :58267.方 亮 1 高铬铸铁的回火处理与残余应力 J . 机械工程 材料 ,1987 , (4) :25227.12降3。由此得出 ,对 80mm 高铬磨球采用 980 3h 风3冷 + 400 3h 炉冷工艺方案 ,性能较为理想 ,其它规贝氏体球墨铸铁磨球的热处理付通顺1 ,陈三元1 ,梁吉2 ,王玉晓1 ,董振1 ,赵大伟1 ,魏秉庆2(11 中国铝业 河南分公司 ,河南 郑州450041 ;21 清华大学 机械工程系 ,北京100084)Heat Treatment f or Whet2ball Ma de of Ba inite Ductile IronFU Tong2shun1 ,CHEN San2yuan1 ,L IANG J i2 ,WANG Yu2xiao1 ,DONG Zhen1 ,ZHAO Da2wei1 ,WEI Bin2qing2(11Henan Branch ,China Aluminium Co . ,LTD ,Zhengzhou Henan 450041 ,China ;21Department of Machinery Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084 ,China)中图分类号 :TG14315文献标识码 :B文章编号 :025426051( 2004) 0620059204球磨机是矿山 、水泥 、化工 、电力 、冶金等行业广泛采用的主要设备之一 ,磨球是球磨机中用以破碎 、研磨 物料的重要工具 ,工作时被随磨机转动的衬板带到一 定高度后抛出 ,将仓内物料击碎 ,同时磨球在球磨机仓 内旋转与矿石碰 撞 、滑 动 , 对 物 料 起 到 研 磨 作 用 。因 此 ,要求磨球具备如下条件 : 较好的冲击韧度 ,能经受住小能量高频率冲击即优良的抗冲击疲劳能力 ; 高的 硬度以抵抗物料对磨球的研磨犁削作用 ; 磨球材质均匀 ,以保证工作中磨球均匀磨损 ,不失圆 ; 湿磨条件下使用的磨球还要求有一定的抗腐蚀性 。经过大量的实 践研究和探索 ,选用贝氏体球墨铸铁作为磨球的材质 , 其化学成分为 (质量分数 , %) 3 . 6C ,3 . 3Si ,2 . 2Mn , 0 .03S、P , 铸态组织石墨级别为 6 级以上 , 球化程度 3 级 。为保证贝氏体球墨铸铁的使用要求 ,