專利名稱：短流程半固態(tài)鑄造耐磨球及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種短流程半固態(tài)鑄造耐磨球及其制造方法。
背景技術(shù)：
金屬磨球是一種形狀較為簡單的球形產(chǎn)品，是礦山、建材、煤炭、化工等工業(yè)部門不可缺少的重要部分。所以，耐磨鋼球作為易耗品，其市場年需求量極大。每年國際磨球的需求量在500萬噸以上，中國磨球的需求在100萬噸以上,特別是大規(guī)模礦山用磨球需求量更為關(guān)出。根據(jù)各行業(yè)不同設(shè)備、不同工況條件的要求，制造磨球的材質(zhì)及生產(chǎn)工藝多種多樣，如鍛造鋼球、球墨鑄鐵、鉻合金鑄造磨球等。 鍛造生產(chǎn)磨球工藝過程是熔煉鋼水、澆注鋼錠、軋制圓鋼、圓鋼切塊、加熱鍛軋或軋制鋼球、鋼球熱處理、檢查、成品入庫、工藝過程復(fù)雜、二次加熱進(jìn)行鍛造軋制，能源浪費(fèi)大，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高。鑄造生產(chǎn)磨球工藝過程是熔煉鐵水或鋼水、造磨球鑄型、澆注磨球、打開鑄型、清理鑄球、熱處理鑄球、檢驗(yàn)鑄球、成品入庫。該工藝過程雖然減少了軋制鋼材和二次加熱、鍛打過程的能源消耗和工人勞動(dòng)量。但由于鑄造生產(chǎn)磨球缺陷比較多。結(jié)晶晶粒粗大，疏松縮孔夾渣等缺陷難以消除。目前，鑄造磨球(包括低、中、高鉻鑄球)的硬度已經(jīng)能夠達(dá)到60HRC以上，但是其沖擊韌性只能在5J/cm2以上。隨著目前球磨機(jī)直徑加大到13米左右，磨球在使用過程中主要以拋落為主，所以導(dǎo)致沖擊韌性不高的磨球在使用過程中破碎率較高。這樣看來，隨著球磨機(jī)設(shè)備大型化，對磨球耐磨性高要求的同時(shí)，沖擊韌性質(zhì)的要求將會越來越高。所以，大型球磨機(jī)迫切需要配備一種與其相配套耐磨球，這種磨球的表層有一定厚度的高硬度層，內(nèi)部具有很高的沖擊韌性，而這樣的性能使用傳統(tǒng)的鑄造方法是很難制得的。因此，需要使用一種新型的制備方法。半固態(tài)成型技術(shù)，自上世紀(jì)70年代以來，在理論和工業(yè)應(yīng)用方面發(fā)展十分迅速。介于液態(tài)、固態(tài)之間的半固態(tài)金屬，既可以在壓力加工的過程中，壓力較小的情況下成型形狀復(fù)雜的制件，也可以減少鑄造加工造成的常見缺陷，使制件的性能達(dá)到了一個(gè)較高的水平；同時(shí)還保留了壓力加工和鑄造加工二者所具有的節(jié)能、近凈成行、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，滿足新世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)的要求。目前，半固態(tài)成形工藝在充型性能以及制件質(zhì)量方面的優(yōu)勢已經(jīng)得到了充分的體現(xiàn)，其在歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于提高鋁鎂等輕金屬的力學(xué)性能，至今尚未發(fā)現(xiàn)在球墨鑄鐵上應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對目前鍛造、普通鑄造磨球的生產(chǎn)工藝存在缺陷，提供一種邊部具有高硬度、高耐磨性，整體體積硬度達(dá)到HRC58，表面硬度達(dá)到HRC6(T61，心部硬度為HRC54 57，IlOmm的磨球內(nèi)外硬度差小于HRC6 ;磨球心部具有高韌性，韌性可達(dá)到15J/cm2以上，可有效降低破碎率的短流程半固態(tài)貝氏體球墨鑄鐵。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種短流程半固態(tài)貝氏體球墨鑄鐵制造方法。本發(fā)明的目的是通過以下方式來實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明的短流程半固態(tài)鑄造耐磨球，其特征在于其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為c 3. 3%
3.7%、Si 2. 2% 2. 6%、Mn O. 4% O. 7%、RE O. 03% O. 045%、Mg O. 004% O. 055%、B
O.015% O. 018%、Cu O. 5% 0· 7%、P彡O. 1%、S彡O. 04%、余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。一種制備短流程半固態(tài)鑄造耐磨球的方法，其特征在于包括真空熔煉、利用孕育劑和球化劑進(jìn)行一次孕育、將鐵水澆注到金屬鑄型，同時(shí)進(jìn)行二次孕育、采用電磁攪拌技術(shù) 在金屬鑄型中制得半固態(tài)漿料，然后冷卻、開模，并將鑄件放置在熔融混合堿中進(jìn)行等溫淬火。具體操作步驟如下第一步，原料配制和鐵液熔煉
按下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分配制原料c 3. 3% 3. 7%、Si 2. 2% 2. 6%、MnO. 4%
O.7%、B O. 015% O. 018%,Cu O. 5% 0. 7%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，將配制好的原料放入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行真空熔煉，使其升溫至全部原料組分熔化，并熔煉成貝氏體球墨鑄鐵原鐵液，出爐溫度為145(Tl500°C ；
第二步，孕育處理和球化處理
將球化劑和孕育劑加入到第一步制得出爐的貝氏體球墨鑄鐵的原鐵液中進(jìn)行球化處理和孕育處理；
所述的球化劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為Mg 7. O 9. 0%、RE 2. 5 4. 0%、Si 35 44%、Mn 4. 0%、A1 O. 5%、Ti1. 0%和其余為鐵的稀土硅鐵鎂合金，其牌號為QRMg8RE3的球化齊U，其加入量為原鐵液質(zhì)量的1. 09Γ1. 8% ；
所述的孕育劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為RE3 5%、Si72%和其余為鐵的硅鐵稀土合金，其牌號為FeSi72的孕育劑；
其球化劑主和孕育劑加入方法為注入法，即使用剛玉管將孕育劑和球化劑的均勻混合物注入煉成的原鐵液中，一次孕育劑加入量為O. 69Γ1. 0%，并且進(jìn)行電磁攪拌使其均勻分布；
之后將原鐵液直接放入保溫爐中預(yù)熱保溫靜置60 90s，然后待其溫度降至1350 1400°C后，將二次孕育劑加入到原鐵液中，并一起澆注到已經(jīng)預(yù)熱到230°C 300°C的金屬鑄型，同時(shí)采用磁攪拌技術(shù)在金屬鑄型中制得半固態(tài)漿料，二次孕育劑加入量為原鐵液質(zhì)量的O. 2°/Γθ. 6%,獲得近表面為細(xì)小枝晶組織，內(nèi)部為半固態(tài)兩相組織；
第三步，開模等溫淬火
當(dāng)澆注的半固態(tài)漿料與金屬鑄型一起以300°C /min的冷卻速度降溫至840 880°C的初始淬火溫度時(shí)，開模，并將鑄件放置在淬火介質(zhì)中進(jìn)行等溫淬火，其等溫淬火溫度為270 300°C，淬火保溫時(shí)間為3 5小時(shí)，從而獲得貝氏體球墨鑄鐵；
所述步驟三中的電磁攪拌與低頻電源相連，該電磁攪拌器的功率為5 20kW，頻率為5 50Hz,勵(lì)磁電流為I 50A ；
所述的淬火介質(zhì)為NaOH和KOH混合物，其淬火介質(zhì)物質(zhì)的量比例為7:3。與傳統(tǒng)的貝氏體球墨鑄鐵磨球相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于本發(fā)明采用了上述化學(xué)成分，并采用了獨(dú)特的孕育處理和球化處理工藝，制備得到的產(chǎn)品內(nèi)部組織為貝氏體+馬氏體+殘余奧氏體；其硬度均勻，整體體積硬度達(dá)到HRC58，表面硬度達(dá)到HRC60 61，心部硬度為HRC54 57，IlOmm的磨球內(nèi)外硬度差小于HRC6 ;沖擊功a k > 15J/cm2，經(jīng)過落球試驗(yàn)表明，其落球沖擊疲勞壽命超過10000次。
具體實(shí)施例方式下面例舉幾個(gè)化學(xué)組份為定值和不同生產(chǎn)工藝條件下生產(chǎn)的磨球的實(shí)例及所達(dá)到的性能指標(biāo)，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。具體化學(xué)成分及性能見表I。表I實(shí)施例化學(xué)成分及性能(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％,余量為Fe)
權(quán)利要求
1.一種短流程半固態(tài)鑄造耐磨球，其特征在于其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 3.3% 3.7%、Si 2. 2% 2. 6%、Mn O. 4% O. 7%、RE O. 03% O. 045%, Mg O. 004% O. 055%、BO.015% O. 018%、Cu O. 5% 0· 7%、P≤O. 1%、S≤O. 04%、余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。
2.一種制備權(quán)利要求1所 述的短流程半固態(tài)鑄造耐磨球的方法，其特征在于包括真空熔煉、利用孕育劑和球化劑進(jìn)行一次孕育、將鐵水澆注到金屬鑄型，同時(shí)進(jìn)行二次孕育、 采用電磁攪拌技術(shù)在金屬鑄型中制得半固態(tài)漿料，然后冷卻、開模，并將鑄件放置在熔融混合堿中進(jìn)行等溫淬火，具體操作步驟如下第一步，原料配制和鐵液熔煉按下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分配制原料C 3. 3% 3. 7%、Si 2. 2% 2. 6%、MnO. 4% O.7%、B O. 015% O. 018%,Cu O. 5% 0. 7%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，將配制好的原料放入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行真空熔煉，使其升溫至全部原料組分熔化，并熔煉成貝氏體球墨鑄鐵原鐵液，出爐溫度為145(Tl500°C ；第二步，孕育處理和球化處理將球化劑和孕育劑加入到第一步制得出爐的貝氏體球墨鑄鐵的原鐵液中進(jìn)行球化處理和孕育處理；所述的球化劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為Mg 7. O 9. 0%、RE 2. 5 4. 0%、Si 35 44%、Mn 4. O 4. 5%、Al O. 5 1. 0%、Ti1. O 1. 2%和其余為鐵的稀土硅鐵鎂合金，其牌號為QRMg8RE3的球化劑，其加入量為原鐵液質(zhì)量的1. 0% 1. 8% ；所述的孕育劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為RE 3 5%、Si72%和其余為鐵的硅鐵稀土合金，其牌號為FeSi72的孕育劑，其加入量為原鐵液質(zhì)量的1. 09Γ1. 8% ；其球化劑主和孕育劑加入方法為注入法，即使用剛玉管將孕育劑和球化劑的均勻混合物注入煉成的原鐵液中，一次孕育劑加入量為O. 69Tl.O%，并且進(jìn)行電磁攪拌使其均勻分布；之后將原鐵液直接放入保溫爐中預(yù)熱保溫靜置60 90s，然后待其溫度降至1350 1400 V后，將二次孕育劑加入到原鐵液中，并一起澆注到已經(jīng)預(yù)熱到230°C 300V的金屬鑄型，同時(shí)采用磁攪拌技術(shù)在金屬鑄型中制得半固態(tài)漿料，二次孕育劑加入量為原鐵液質(zhì)量的O. 2°/Γθ. 6%,獲得近表面為細(xì)小枝晶組織，內(nèi)部為半固態(tài)兩相組織；第三步，開模等溫淬火當(dāng)澆注的半固態(tài)漿料與金屬鑄型一起以300°C /min的冷卻速度降溫至84(T880°C 的初始淬火溫度時(shí)，開模并將鑄件放置在淬火介質(zhì)中進(jìn)行等溫淬火，其等溫淬火溫度為 27(T300°C，淬火保溫時(shí)間為3飛小時(shí)，從而獲得貝氏體球墨鑄鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的短流程半固態(tài)鑄造耐磨球的制造方法，其特征在于所述步驟三中的電磁攪拌與低頻電源相連，該電磁攪拌器的功率為5 20kW，頻率為5 50Hz，勵(lì)磁電流為I 50A。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的短流程半固態(tài)鑄造耐磨球的制造方法，其特征在于所述的淬火介質(zhì)為NaOH和KOH混合物，其淬火介質(zhì)物質(zhì)的量比例為7:3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短流程半固態(tài)貝氏體球墨鑄鐵磨球及其制備方法，其特征在于其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C3.3%～3.7%、Si2.2%～2.6%、Mn0.4%～0.7%、RE0.03%～0.045%，Mg0.004%～0.055%、B0.015%～0.018%、Cu0.5%~0.7%、P≤0.1%、S≤0.04%、余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。其制備方法包括真空熔煉、利用孕育劑和球化劑進(jìn)行一次孕育、將鐵水澆注到金屬鑄型，同時(shí)進(jìn)行二次孕育、采用電磁攪拌技術(shù)在金屬鑄型中制得半固態(tài)漿料，然后冷卻、開模，并將鑄件放置在熔融混合堿中進(jìn)行等溫淬火。本發(fā)明制備工藝流程短、能耗低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定，硬度均勻，整體體積硬度達(dá)到HRC58，表面硬度達(dá)到HRC60～61，心部硬度為HRC54～57，110mm的磨球內(nèi)外硬度差小于HRC6；沖擊功αk＞15J/cm2，經(jīng)過落球試驗(yàn)表明，其落球沖擊疲勞壽命超過10000次。
文檔編號C21C1/10GK103014478SQ20121055059
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者鞠洪鋼, 宋仁伯, 李海臣, 張永軍, 張力剛, 薛敏 申請人:鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司