贝氏体球墨铸铁磨球材料的研制和生产

第 27 卷 第 1 期 2005 年 3 月 　　　　　　　 湘潭师范学院学报 (自然科学版) Journal of Xiangtan Normal University(Natural Science Edition) 　　　 　　　 Vol. 27 No . 1 Mar. 2005 贝氏体球墨铸铁磨球材料的研制和生产① 魏德强 (桂林电子工业学院 机电与交通工程系 ,广西 桂林 541004) 摘 　要 :铸造余热分步等温淬火的热处理工艺可用于生产低合金 (Mo、Mn、Cu、Cr) 球墨铸铁磨球材料 ,采用本工艺处理 的冲击试样 ,球化率 1～2 级 ,球墨大小 7～8 级 ,其基体组织为下贝氏体加少量马氏体、残余奥氏体和碳化物 ,冲击值大于 14 J/ cm2 ,硬度 52～59 HRC ,淬透性好 ,使用性能高于其它材质的磨球。 关键词 :铸造 ;球墨铸铁 ;贝氏体 ;磨球 中图分类号 :TG143. 5 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :1671 - 0231(2005) 01 - 0094 - 04 磨球是球磨机使用中消耗量最大的易磨损件 ,广泛应用于冶金、矿山、电力、建材等工业领域的制粉设 备 ,我国年消耗量 150 万吨以上[1 ] 。因此 ,提高易损件的使用寿命降低生产成本一直为国内、外研究和生 产部门所重视。目前国内用于磨球的耐磨材料主要有锻钢、中锰球铁、低合金白口铸铁和高铬白口铸 铁[2 ] 。虽然高铬白口铸铁性能较好 ,但生产成本高 ,而且需电炉熔炼 ,这使得大量推广有一定困难 ;低合金 白口铸铁性能较差 ,目前较少使用 ;中锰球铁的生产成本较低 ,但它的性能不稳定 ,破碎率高 ,将逐渐失去 市场。 贝氏体球墨铸铁具有较高的强度、硬度和韧性性能 ,同时又具有良好的铸造性能 ,自七十年代问世以 来 ,被誉为是近 40 年来铸铁冶金方面的重大成就之一[3 ] ,它将是 21 世纪竞争能力很强的材料 ,因而 ,研制 和生产高性能的贝氏体球铁磨球材料具有重要意义。 1 　磨球性能要求 根据磨球的工作条件 ,对磨球材质提出如下性能要求 : (1)要求具有良好的铸造性能 ,铸造性能良好 ,防止产生铸造缺陷 ,减少裂纹源的产生。 (2)要求强度 ,硬度和韧性合理的匹配 ,使磨球具有良好的抗冲击性能、耐磨损特性和抗冲击疲劳剥落 的性能。 硬度的选取主要根据粉碎介质的硬度来选择 ,煤粉 :介质硬度较低 ,磨球硬度一般取下限为 45～48 HRC ;水泥、矿石 :介质硬度较高 ,磨球硬度取上限 ≥52 HRC 为佳。韧性的选取主要是根据磨球机的大小 和磨球的直径而定[4 ] 。 (3)良好的热处理性能 ,合理的热处理工艺使组织均匀 ,细小 ,淬透性好 ,性能提高 ,尽量降低热处理时 的内应力 ,防止磨球内部裂纹源的产生。 2 　试验结果讨论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 2. 1 　化学成分的选择[5 ] 碳具有稳定奥氏体 ,延缓贝氏体转变 ,并对残留奥氏体的稳定性有决定性的影响。此外 ,碳是石墨形 49 ① 收稿日期 :2004 - 10 - 11 作者简介 :魏德强 (1963 - ) ,男 ,吉林榆树人 ,副教授 ,研究方向 :新工艺新材料。 成元素 ,高的含碳量可阻碍渗碳体的析出。但是过高的含碳量会使石墨漂浮 ,所以必须控制在 3. 5 %～ 317 %之间。 硅是负偏析元素 ,能提高奥氏体化的温度 ,对贝氏体相变不产生拖曳作用 ,促进贝氏体相变更完全 ,有 利于性能的提高 ,硅还是石墨化形成元素 ,能细化石墨球 ,增加铁素体量 ,促进贝氏体转变形成细针状贝氏 体 ,从而提高球铁的机械性能。若硅的含量过高 ,则韧性急剧下降。因此硅的范围在 2. 5 %～3. 6 %之间。 锰使 C曲线右移 ,显著提高淬透性。Mn 量应控制在 0. 5 %以下 ,通过适当增加硅量 (2. 5 %～3. 9 %) 、 强化孕育等 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 可使含锰量 0. 6 %～0. 8 %的球铁获得较理想的贝氏体组织和性能[1 ] 。 钼是生产贝氏体球铁最常用的合金元素。钼是碳化物形成元素 ,钼的最大优点是良好的淬透性 ,钼取 0. 25 %～0. 5 %。 铜用来提高球铁的淬透性 ,且有细化石墨球的作用 ,但铜对石墨球的均匀性及球化率有不利的影响 , 通常选为 0. 5 %～0. 8 %。 铬的主要作用是提高球铁的淬透性 ,改善球铁的力学性能 ,加入量为 0. 15 %～0. 35 %。 磷是正偏析元素 ,易在晶界处形成磷共晶 ,大大降低冲击值 ,应控制在 0. 07 %以下。 硫易与球化元素化合 ,造成球化不稳定 ,应控制在 0. 03 %以下。具体成分见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 表 1 　球铁化学成分各元素的含量 ( %) C Si Mn Mo Cu Cr B S P Mg Re 3. 5～3. 9 2. 5～3. 9 ≤0. 5 0. 3～0. 5 0. 5～0. 8 0. 15～0. 35 0. 01～0. 05 ≤0. 03 ≤0. 07 0. 03～0. 05 0. 02～0. 04 2. 2 　铸造及熔炼工艺 湿砂造型 ,用一吨冲天炉熔制合金。 (1)金属炉料 :优质 18 号本溪生铁、回炉铁、钼铁、硅铁、锰铁、废钢、回炉料及球化合金。这些金属炉 料要求没有污染物并经滚筒清理机清除表面锈蚀。金属炉料的化学成分要求清楚。 (2)铁水熔制 :把生铁、废钢、回炉料按要求分批装炉进行熔炼 ,铁合金炉后加入 ,出铁温度控制在 1450 ℃以上。 (3)球化处理 :球化剂采用稀土镁硅合金 ,用量为铁水的 1. 5 %～1. 7 % ,粒度为 10～20 mm ,采用冲入 法处理。 (4)孕育处理 :出铁前在包底球化合金上加 0. 80 %的 75 硅铁 ,粒度为 10～12 mm ,同时加入定量的冰 晶石粉 ,扒渣并加入冰晶石 ,用草木灰复盖 ,待浇。 (5)浇注 :浇注温度 1 380～1 420 ℃,浇注时间控制在 10 min 内 ,转小包瞬时孕育采用浮硅孕育加入 012 %的 75 硅铁 ,粒度为 3～5 mm。 (6)开箱落砂 :待铸型内铸件冷却到 900～950 ℃时 ,开箱落砂 ,进行热处理。 2. 3 　热处理工艺 目前 ,贝氏体球铁的热处理冷却方式有等温淬火、连续冷却淬火、正火和铸态冷却等。下面就等温淬 火、连续冷却淬火和铸态余热分级等温淬火作扼要叙述。 2. 3. 1 　等温淬火[2 ] 球铁的等温淬火工艺容易控制 ,可避免从奥氏体化温度迅速冷却至室温可能产生的应力、畸变和脆 裂。球铁含有较高的碳和硅 ,基体上有大量石墨 ,其贝氏体转变可以通过控制奥氏体化温度、调整奥氏体 含碳量来实现。球铁等温淬火贝氏体转变时 ,铁素体板条的生核长大无渗碳体伴随 ,贝氏体型铁素体不断 析出时 ,碳向奥氏体扩散导致奥氏体富碳。富碳奥氏体在一定条件下稳定存在于室温。最终得到奥氏体 贝氏体混合组织基体的球墨铸铁。等温淬火需要的设备多 ,对设备的依赖性强 ,工艺复杂 ,生产周期长 ,我 国使用逐渐减少。 2. 3. 2 　连续淬火[2 ] 将高温奥氏体化后的铸件立即淬入特定的淬火介质中 ,经连续冷却获得奥氏体贝氏体组织。但是 ,经 59 图 1 　热处理工艺曲线 连续淬火后的工件具有复杂的内应力 ,而且组织不稳定 ,所以回火是必要的后续工序。 2. 3. 3 　铸余热分级等温淬火 铸余热分级等温淬火工艺过程如图 1 所示 :采用 900～950 ℃热开箱快速冷却 (油淬) 到 Ms 点稍下 ,避 开了上贝氏体形成区 ,然后在 Ms 点稍上放入等温炉中进行下贝氏体等温转变。待下贝氏体转变结束后 , 最后出炉空冷。与等温淬火工艺相比 ,此工艺简便 ;与铸态工艺相比 ,合金加入量大幅度降低 ,生产成本较 低 ;与连续淬火组织稳定 ,可省去奥氏体化工序 ,合金加入量相对更经济。 2. 4 　不同工艺对性能的影响 贝氏体球铁铸造余热分级等温、淬火等温淬火、连续淬火、正火和铸态等不同的热处理方式 ,对硬度和 冲击韧度的影响结果见表 2。 表 2 　不同热处理方式对贝氏体球铁性能的影响[2 ] 性能 铸态 正火 连续淬火 等温淬火 铸态余热分级等温淬火 硬度 (HRC) 37. 4 40. 8 51. 7 48. 5 55 韧性 (J / cm2) 2. 8 12 16. 1 27 14. 0 3 　贝氏体球铁的组织和力学性能 扫描电镜组织对照 GB9441 - 88 的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 :各炉号试样和磨球的球化级别都在 1～2 级以上 ,球墨大小 7 ～8 级以上 (100 倍图 2) ,石墨球数量较多且分布均匀 ,采用铸造余热分级等温淬火其基体组织 (1000 倍图 3)为下贝氏体加少量马氏体、残余奥氏体和碳化物 , 且贝氏体组织均匀细小 , 这种组织的性能特点是强 度高、硬度高 , 同时也有较高的韧性。冲击试样的性能测试结果 : 硬度 ≥52 HRC , 冲击韧性 ≥14 J / cm2 (如表 3) 。 表 3 　不同炉号冲击试样性能测试结果 性 　能 1 2 3 4 5 6 7 8 硬度 (HRC) 52. 5 54. 3 55. 0 54. 8 53. 9 55. 1 57. 0 59. 0 韧性 (J / cm2) 17. 4 14. 6 14. 0 14. 2 15. 1 13. 8 14. 1 19. 6 　　磨球的性能测试结果 (见表 4 和图 4) :对不同直径的磨球采用线切割机 ,沿直径方向切断 ,硬度沿径 向断面分布均匀 (50～55 HRC)表面到心部的基体组织均以 80 %以上的下贝氏体为主。 69 表 4 　不同直径磨球硬度测试结果 直径 位置 1 位置 2 位置 3 位置 4 位置 5 位置 6 位置 7 位置 8 Ф60 55. 4 54. 0 53. 2 52. 4 51. 8 53. 4 54. 0 55. 2 Ф70 55. 6 53. 8 53. 3 52. 6 51. 3 53. 6 54. 2 54. 5 Ф80 53. 4 53. 4 52. 9 51. 8 50. 7 53. 0 53. 9 54. 4 4 　生产验证 批量生产磨球 200 吨 ,并在某水泥厂经 5 个月的工业性运行 ,试验结果如表明贝氏体球铁磨球表现出 优良的使用性能、其突出的特点是实现了高硬度和高韧性的良好配合 ,相对耐磨性略低于高铬球 ,远远高 于其它种类的磨球 ,其使用寿命是锻钢球的 8～10 倍。中锰球的 2～4 倍。低合全球的 1～3 倍 ,且破碎率 低 (小于 0. 5 ;和高铬球相比 ,其质量水平与高铬球相当 ,但生产成本只是高铬球的 0. 7～0. 8 倍 ,破碎率是 高铬球的五分之一。经济性好于高铬球 ,是锻钢球的 5～6 倍。以年产 50 万吨水泥计 ,生产一吨水泥用贝 氏体球铁磨球比锻钢球可节约 2. 26 元 ,这样一年可节约 113 万元之多 ,可见使用本工艺生产的贝氏体球 铁磨球其经济效益显著。 5 　结论 采用适当的砂型铸造工艺 ,可用冲天炉熔制和生产低合金贝氏体球铁磨球 ,选择加入适量的合金元素 Mo、Mn、Cu、Cr 等 ,利用铸态余热分级等温淬火的热处理工艺 ,能够获得基体组织为下贝氏体加少量马氏 体、残余奥氏体和碳化物的球墨铸铁 ;生产的贝氏体球铁磨球综合性能优于其它工艺 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,且下贝氏体组 织均匀细小 ,球化率 1～2 级 ,球墨大小 7～8 级 ,硬度 ≥52 HRC ,冲击韧性 ≥14 J / cm2 ,沿磨球直径断面硬度 分布均匀 (50～55 HRC) ;这种工艺方法生产的贝氏体球铁磨球具有成本低、耐磨性好、工艺简便等优点 ,投 产后效果良好。 参考文献 : [1 ] 吴明祥 ,郑望林 . 奥贝球铁合金磨球的研制和应用[J ] .铸造 ,1998 , (1) :34 - 36. [2 ]付通顺 ,陈三元 ,梁 　吉 ,等. 贝氏体球墨铸铁磨球的热处理[J ] .金属热处理 ,2004 ,29(6) :59 - 62. [3 ]魏秉庆 ,梁 　吉 ,吴德海 . 连续冷却淬火贝氏体球墨铸铁的断裂韧性 [J ] . 清华大学学报 (自然科学版) ,1999 ,39 (2) :46 - 48. [4 ]许根华 ,刘英杰 ,沈万慈 ,方鸿生 . 球磨机磨球的冲击及破损模拟试验[J ] .矿山机械 ,1994 , (2) :18 - 22. [5 ]魏德强 . 贝氏体球墨铸铁热处理新工艺的研究 [D ] . 北京 :北京农业工程大学 (中国农业大学东校区) 机械工程学院 , 1995. 79