CN104087866B - 一种球磨机用高耐热耐磨球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球磨机用高耐热耐磨球，其成分包括：C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、Ca、Zr、Mg、Zn、Cu、S、P、Fe和杂质；热处理过程中采用了不同的升温速率；利用激光熔覆的方法对耐磨球表面进行了改性，所用激光熔覆粉末其组成包括：Cr、C、Si、B、Re、Al2O3、Ni，以及纳米CeO2和纳米SiC；所述激光熔覆的工艺参数为：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.5-2.0KW，光板直径为1-2.5mm，熔覆速度为2-4mm/s。本发明所述的球磨机用高耐热耐磨球具有优异的耐热性，同时具有良好的耐磨性、硬度和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及研磨材料技术领域，尤其涉及一种球磨机用高耐热耐磨球。
背景技术
摩擦行为无处不在，造成了巨大的国民经济损失。调查发现，仅磨料磨损一项每年就使得工业国家损失国民生产总值的1％-4％，随着经济的高速发展和社会的进步，磨损所带来的社会损失将更加巨大。
磨损材料一般在相对应的工况条件下使用，由于使用环境的不同对其性能要求也不同。在干磨的条件下，耐磨材料的失效形式主要是磨料磨损引起的材料磨损、宏观断裂和磨损面变形，由此提出对耐磨材料的基本性能要求：(1)高的硬度，高硬度的基体可以抵抗磨粒对基体的微观切削作用，在一定程度上体现了材料的耐磨性；(2)较高的塑韧性、应变疲劳抗力、脆断抗力和剥层疲劳抗力，高的塑韧性可以减少或者抑制裂纹的萌生和扩展，特别是在高冲击作用的工况下具有优异的抗断裂破坏能力；(3)高的淬透性材料的淬透性高才能保证在大尺寸条件下材料整体组织均匀、性能稳定，耐磨性得予保证。
耐磨球作为球磨机中的磨砂介质，既要有高的耐磨性、硬度又要有好的韧性。但是，现存的耐磨球在耐热性、耐磨性、硬度和韧性方面性能欠佳，不能满足现在社会的要求。
发明内容
本发明提出了一种球磨机用高耐热耐磨球，该耐磨球具有优异的耐热性，同时具有良好的耐磨性、硬度和韧性。
本发明提出了一种球磨机用高耐热耐磨球，其组成成分按质量分数包括：C:1.3-2.2％，Mn:0.12-0.46％，Si:0.53-0.81％，Ni:0.21-0.45％，Cr:4.2-5.95％，Mo:1.1-1.5％，V:0.7-1.0％，W:1.5-4.5％，Nb:0.2-0.5％，Ca:0.01-0.038％，Zr:0.01-0.015％，Mg:0.02-0.06％，Zn:0.02-0.10％，Cu:0.01-0.03％，S≤0.028％，P≤0.033％，余量为Fe和一些不可避免的杂质；
根据上述组成成分配比，所述球磨机用高耐热耐磨球按照以下工艺进行制备：
S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1500-1520℃，保温20-45min后加入铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、铌铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1530-1570℃加热至完全熔化后加入镁镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化扒渣后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、热处理：将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在50-55min内从室温升温至780-800℃，保温40-60min，在25-30min内升温至980-1040℃，保温13-15min，在2-3min内升温至1050-1080℃，保温12-15min，得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至300-380℃，保温20-35min，水冷至室温；加热至300-380℃，保温10-25min，空冷至室温得到热处理球坯；
S3、熔覆前预处理：将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至50-85℃，加热3-5h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2-3h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇清洗之后用砂纸打磨然后再用丙酮清洗；将复合粉体与粘接剂混合后压制在清洗后的热处理球坯的表面，厚度为0.1-0.2mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末按其组成按重量份数包括：Cr5-10份、C0.3-0.8份、Si1-3份、B1-3.5份、Re0.1-0.4份、Al2O30.5-1.3份、Ni75-82份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量份的2-5wt％；
S4、熔覆：将S3中得到的预处理球坯放入激光熔覆设备中进行激光熔覆得到所述耐磨球；其中激光熔覆的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.5-2.0KW，光板直径为1-2.5mm，熔覆速度为2-4mm/s。
优选地，上述球磨机用高耐热耐磨球，其组成成分按质量分数包括：C:1.5％，Mn:0.33％，Si:0.75％，Ni:0.42％，Cr:4.89％，Mo:1.3％，V:0.82％，W:2.6％，Nb:0.41％，Ca:0.029％，Zr:0.013％，Mg:0.046％，Zn:0.07％，Cu:0.019％，S:0.028％，P:0.033％，余量为Fe和一些不可避免的杂质。
优选地，在S2中，将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在52min内从室温升温至788℃，保温46min，在28min内升温至1030℃，保温15min，在3min内升温至1075℃，保温14min得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至326℃，保温29min，水冷至室温；加热至350℃，保温17min，空冷至室温得到热处理球坯。
优选地，在S3中，所述粘接剂为环氧树脂、羟甲基纤维素钠、大豆油醇酸树脂中的一种。
优选地，在S3中，将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至75℃，加热4h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2.2h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇然后用砂纸打磨再用丙酮清洗；将复合粉体与粘接剂混合后压制在清洗后的球坯的表面，厚度为0.15mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末其组成按重量份数包括：Cr8份、C0.7份、Si2份、B3.3份、Re0.3份、Al2O30.9份、Ni79份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量份的3wt％。
优选地，在S3中，所述纳米CeO2的粒径为10-18nm，纳米SiC的粒径为20-25nm。
优选地，在S4中，激光熔覆的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.9KW，光板直径为2.4mm，熔覆速度为4mm/s。
本发明所述球磨机用高耐热耐磨球热处理工艺中，采取了不同的升温速率，防止奥氏体中析出过多的碳化物同时防止奥氏体大量分解为共析组织，提高了耐磨球的性能；熔覆粉末中混合了纳米CeO2和纳米SiC，纳米CeO2和纳米SiC在熔池的搅拌作用下，均匀、弥散的分布在了液态金属中，作为异质成核的核心，促使液态金属形核率大幅度提高，同时纳米CeO2和纳米SiC的比表面积很大，附着在液固界面前沿，阻碍了形核后的晶体生长，细化了熔覆层组织；加入纳米CeO2和纳米SiC后，改变了熔覆层的组织结构，细化了晶粒，减少了熔覆层内部晶界出现的大量析出物，提高了氧化膜的致密度，在高温的条件下，纳米SiC和纳米CeO2会加速熔覆层中Cr元素的选择性氧化，使得参与基体Ni元素基本不参加氧化，有效的抑制了Cr2O3的挥发，提高了与耐磨球的附着性，晶粒的细化有利于热应力和生长应力的释放，提高了氧化膜的抗剥落能力，在高温下减少了耐磨球的内氧化，增强了耐磨球的耐高温性，得到了具有优异的耐热性，同时具有良好的耐磨性、硬度和韧性的耐磨球。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明所述球磨机用高耐热耐磨球，其组成成分按质量分数包括：C:1.3％，Mn:0.29％，Si:0.81％，Ni:0.21％，Cr:5.95％，Mo:1.5％，V:1.0％，W:1.5％，Nb:0.36％，Ca:0.038％，Zr:0.012％，Mg:0.02％，Zn:0.10％，Cu:0.01％，S:0.028％，P:0.033％，余量为Fe和一些不可避免的杂质；
根据上述组成成分配比，所述球磨机用高耐热耐磨球按照以下工艺进行制备：
S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1520℃，保温20min后加入铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、铌铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1570℃加热至完全熔化后加入镁镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化扒渣后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、热处理：将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在50min内从室温升温至780℃，保温60h，在27min内升温至980℃，保温15min，在2min内升温至1062℃，保温14.1min，得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至380℃，保温20min，水冷至室温；加热至380℃，保温10min，空冷至室温得到热处理球坯；
S3、熔覆前预处理：将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至50℃，加热5h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2.4h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇清洗三次，用砂纸打磨25min，用丙酮清洗三次；将复合粉体与环氧树脂混合后压制在清洗后的球坯的表面，厚度为0.17mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份数包括：Cr10份、C0.5份、Si3份、B3.5份、Re0.1份、Al2O30.5份、Ni82份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量的3wt％，所述纳米CeO2的粒径为10nm，纳米SiC的粒径为25nm；
S4、熔覆：将S3中得到的预处理球坯放入激光熔覆设备中进行激光熔覆得到所述耐磨球；其中激光熔覆层的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为2.0KW，光板直径为1.7mm，熔覆速度为4mm/s。
实施例2
本发明所述球磨机用高耐热耐磨球，其组成成分按质量分数包括：C:2.2％，Mn:0.12％，Si:0.71％，Ni:0.45％，Cr:5.32％，Mo:1.1％，V:0.8％，W:4.5％，Nb:0.5％，Ca:0.019％，Zr:0.015％，Mg:0.05％，Zn:0.02％，Cu：0.018％，S:0.020％，P:0.030％，余量为Fe和一些不可避免的杂质；
根据上述组成成分配比，所述球磨机用高耐热耐磨球按照以下工艺进行制备：
S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1500℃，保温45min后加入铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、铌铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1530℃加热至完全熔化后加入镁镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化扒渣后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、热处理：将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在55min内从室温升温至788℃，保温56min，在25min内升温至1000℃，保温14.2min，在2.6min内升温至1050℃，保温15min得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至300℃，保温35min，水冷至室温；加热至300℃，保温25min，空冷至室温得到热处理球坯；
S3、熔覆前预处理：将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至64℃，加热3h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨3h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇清洗三次，用砂纸打磨10min，用丙酮清洗三次；将复合粉体与羟甲基纤维素钠混合后压制在清洗后的球坯的表面，厚度为0.1mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份数包括：Cr5份、C0.3份、Si1.4份、B1份、Re0.4份、Al2O31份、Ni75份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量的2wt％，所述纳米CeO2的粒径为18nm，纳米SiC的粒径为20nm；
S4、熔覆：将S3中得到的预处理球坯放入激光熔覆设备中进行激光熔覆得到所述耐磨球；其中激光熔覆层的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.5KW，光板直径为1mm，熔覆速度为2mm/s。
实施例3
本发明所述球磨机用高耐热耐磨球，其组成成分按质量分数包括：C:1.9％，Mn:0.46％，Si:0.53％，Ni:0.32％，Cr:4.2％，Mo:1.22％，V:0.7％，W:3.4％，Nb:0.2％，Ca:0.038％，Zr:0.015％，Mg:0.06％，Zn:0.07％，Cu:0.03％，S：0.025％，P：0.028％，余量为Fe和一些不可避免的杂质；
根据上述组成成分配比，所述球磨机用高耐热耐磨球按照以下工艺进行制备：
S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1508℃，保温32min后加入铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、铌铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1544℃加热至完全熔化后加入镁镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化扒渣后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、热处理：将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在51min内从室温升温至800℃，保温40min，在30min内升温至1040℃，保温13min，在3min内升温至1080℃，保温12min得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至312℃，保温26min，水冷至室温；加热至312℃，保温17min，空冷至室温得到热处理球坯；
S3、熔覆前预处理：将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至85℃，加热3.6h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇清洗三次，用砂纸打磨14min，用丙酮清洗三次；将复合粉体与大豆油醇酸树脂混合后压制在清洗后的球坯的表面，厚度为0.2mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份数包括：Cr6份、C0.8份、Si1份、B1.8份、Re0.3份、Al2O31.3份、Ni77份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量的5wt％，所述纳米CeO2的粒径为12nm，纳米SiC的粒径为23nm；
S4、熔覆：将S3中得到的预处理球坯放入激光熔覆设备中进行激光熔覆得到所述耐磨球；其中激光熔覆层的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.8KW，光板直径为2.5mm，熔覆速度为3mm/s。
实施例4
本发明所述球磨机用高耐热耐磨球，其组成成分按质量分数包括：C:1.5％，Mn:0.33％，Si:0.75％，Ni:0.42％，Cr:4.89％，Mo:1.3％，V:0.82％，W:2.6％，Nb:0.41％，Ca:0.029％，Zr:0.013％，Mg:0.046％，Zn:0.07％，Cu:0.019％，S:0.02％，P:0.033％，余量为Fe和一些不可避免的杂质；
根据上述组成成分配比，所述球磨机用高耐热耐磨球按照以下工艺进行制备：
S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1507℃，保温43min后加入铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、铌铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1566℃加热至完全熔化后加入镁镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化扒渣后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、热处理：将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在52min内从室温升温至788℃，保温46，在28min内升温至1030℃，保温15min，在3min内升温至1075℃，保温14min得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至326℃，保温29min，水冷至室温；加热至350℃，保温17min，空冷至室温得到热处理球坯；
S3、熔覆前预处理：将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至75℃，加热4h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2.2h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇清洗三次，用砂纸打磨18min，用丙酮清洗三次；将复合粉体与环氧树脂混合后压制在清洗后的球坯的表面，厚度为0.15mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份数包括：Cr8份、C0.7份、Si2份、B3.3份、Re0.3份、Al2O30.9份、Ni79份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量的3wt％，所述纳米CeO2的粒径为16nm，纳米SiC的粒径为20nm；
S4、熔覆：将S3中得到的预处理球坯放入激光熔覆设备中进行激光熔覆得到所述耐磨球；其中激光熔覆层的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.9KW，光板直径为2.4mm，熔覆速度为4mm/s。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，其组成成分按质量分数包括：C:1.3-2.2％，Mn:0.12-0.46％，Si:0.53-0.81％，Ni:0.21-0.45％，Cr:4.2-5.95％，Mo:1.1-1.5％，V:0.7-1.0％，W:1.5-4.5％，Nb:0.2-0.5％，Ca:0.01-0.038％，Zr:0.01-0.015％，Mg:0.02-0.06％，Zn:0.02-0.10％，Cu:0.01-0.03％，S≤0.028％，P≤0.033％，余量为Fe和一些不可避免的杂质；
根据上述组成成分配比，所述球磨机用高耐热耐磨球按照以下工艺进行制备：
S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1500-1520℃，保温20-45min后加入铬铁、钼铁、钒铁、钨铁、铌铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1530-1570℃加热至完全熔化后加入镁镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化扒渣后得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯体；
S2、热处理：将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在50-55min内从室温升温至780-800℃，保温40-60min，在25-30min内升温至980-1040℃，保温13-15min，在2-3min内升温至1050-1080℃，保温12-15min，得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至300-380℃，保温20-35min，水冷至室温；加热至300-380℃，保温10-25min，空冷至室温得到热处理球坯；
S3、熔覆前预处理：将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至50-85℃，加热3-5h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2-3h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇清洗之后用砂纸打磨然后再用丙酮清洗；将复合粉体与粘接剂混合后压制在清洗后的热处理球坯的表面，厚度为0.1-0.2mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末按其组成按重量份数包括：Cr5-10份、C0.3-0.8份、Si1-3份、B1-3.5份、Re0.1-0.4份、Al2O30.5-1.3份、Ni75-82份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量份的2-5wt％；
S4、熔覆：将S3中得到的预处理球坯放入激光熔覆设备中进行激光熔覆得到所述耐磨球；其中激光熔覆的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.5-2.0kW，光板直径为1-2.5mm，熔覆速度为2-4mm/s。
2.根据权利要求1所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，其组成成分按质量分数包括：C:1.5％，Mn:0.33％，Si:0.75％，Ni:0.42％，Cr:4.89％，Mo:1.3％，V:0.82％，W:2.6％，Nb:0.41％，Ca:0.029％，Zr:0.013％，Mg:0.046％，Zn:0.07％，Cu:0.019％，S:0.028％，P:0.033％，余量为Fe和一些不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S2中，将S1中得到的耐磨球坯体放入电炉中，在52min内从室温升温至788℃，保温46min，在28min内升温至1030℃，保温15min，在3min内升温至1075℃，保温14min得到中间球坯；将得到的中间球坯放入电炉中，加热至326℃，保温29min，水冷至室温；加热至350℃，保温17min，空冷至室温得到热处理球坯。
4.根据权利要求1所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S3中，所述粘接剂为环氧树脂、羟甲基纤维素钠、大豆油醇酸树脂中的一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S3中，将熔覆粉末放入真空干燥箱中，升温至75℃，加热4h，将加热后的熔覆粉末放入球磨机中，用纳米CeO2和纳米SiC的悬浮液为球磨介质，球磨2.2h，得到复合粉体；将S2中得到的热处理球坯用乙醇然后用砂纸打磨再用丙酮清洗；将复合粉体与粘接剂混合后压制在清洗后的球坯的表面，厚度为0.15mm，得到预处理球坯；其中，所述熔覆粉末其组成按重量份数包括：Cr8份、C0.7份、Si2份、B3.3份、Re0.3份、Al2O30.9份、Ni79份；纳米CeO2和纳米SiC的重量为复合粉体重量份的3wt％。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S3中，所述纳米CeO2的粒径为10-18nm，纳米SiC的粒径为20-25nm。
7.根据权利要求5所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S3中，所述纳米CeO2的粒径为10-18nm，纳米SiC的粒径为20-25nm。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S4中，激光熔覆的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.9kW，光板直径为2.4mm，熔覆速度为4mm/s。
9.根据权利要求5所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S4中，激光熔覆的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.9kW，光板直径为2.4mm，熔覆速度为4mm/s。
10.根据权利要求6所述的球磨机用高耐热耐磨球，其特征在于，在S4中，激光熔覆的工艺参数具体如下：单道扫描，用氩气保护激光池，激光功率设置为1.9kW，光板直径为2.4mm，熔覆速度为4mm/s。
Priority Applications (1)
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