阅读说明：本技术 一种低铬合金磨球及其加工工艺 (Low-chromium alloy grinding ball and processing technology thereof ) 是由 蔡发华 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种低铬合金磨球及其加工工艺,涉及低铬合金技术领域,按质量百分含量计,其化学成分为：C 3.2-4.1％、Cr 1.5-2.6％、Mn 0.3-0.8％、Si 0.4-0.9％、Ni 2.5-5.4％、B 0.78-1.06％、Mo 0.08-0.21％、Ta 0.004-0.009％、Zn 0.36-0.61％、Nb 0.11-0.56％、W 0.007-0.012％、V 0.02-0.05％、P<0.02％、S<0.02％,余量为Fe及不可避免的杂志。本发明通过熔炼、变质处理、浇注、热处理制得的磨球具有良好的抗冲击性能和耐磨性能,以及较高的硬度。(The invention provides a low-chromium alloy grinding ball and a processing technology thereof, relating to the technical field of low-chromium alloy, wherein the grinding ball comprises the following chemical components in percentage by mass: 3.2 to 4.1 percent of C, 1.5 to 2.6 percent of Cr, 0.3 to 0.8 percent of Mn, 0.4 to 0.9 percent of Si, 2.5 to 5.4 percent of Ni, 0.78 to 1.06 percent of B, 0.08 to 0.21 percent of Mo, 0.004 to 0.009 percent of Ta, 0.36 to 0.61 percent of Zn, 0.11 to 0.56 percent of Nb, 0.007 to 0.012 percent of W, 0.02 to 0.05 percent of V, 0.02 percent of P, 0.02 percent of S, and the balance of Fe and inevitable impurities. The grinding ball prepared by smelting, modification, casting and heat treatment has good impact resistance and wear resistance and higher hardness.)

一种低铬合金磨球及其加工工艺

技术领域

本发明涉及低铬合金技术领域，具体涉及一种低铬合金磨球及其加工工艺。

背景技术

耐磨球，是一种广泛应用于冶金矿山、水泥建材、火力发电、烟气脱硫、磁性材料、化工、水煤浆、球团矿、矿渣、超细粉、粉煤灰、碳酸钙、石英砂等行业球磨机中的粉碎介质，用于粉碎球磨机中的物料，其中一种是以铬为主要合金元素的白口铸铁简称铬合金铸铁，以铬合金铸铁为材料的铸造磨球称为铬合金铸铁磨球。普通白口铸铁的的组织是莱氏体，具有韧性差、脆性大和耐磨性不好等特点，铬在白口铸铁中的作用可以体现在以下两方面：促进碳化物形成，改变碳化物结构，性能和形态；固溶于奥氏体中，改变奥氏体相变性质。根据铬含量的不同，将铬系白口铸铁分为低铬白口铸铁、中铬白口铸铁和高铬白口铸铁。

低铬白口铸铁的组织特点是碳化物为M₃C型碳化物，基本保持了Fe-C合金中渗碳体的网状结构。铸态时低铬白口铸铁的基体组织为粗大珠光体，具有硬度低、韧性差且不耐磨的特点，因此，根据耐磨球的实际需要，调整耐磨球中元素配方，辅之以特定的加工工艺以及热处理工艺等，使耐磨球具有良好的抗冲击性能和耐磨性能，以及较高的硬度是本领域目前亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低铬合金磨球及其加工工艺，使得耐磨球具有良好的抗冲击性能和耐磨性能，以及较高的硬度。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种低铬合金磨球，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.2-4.1％、Cr 1.5-2.6％、Mn 0.3-0.8％、Si 0.4-0.9％、Ni 2.5-5.4％、B 0.78-1.06％、Mo 0.08-0.21％、Ta0.004-0.009％、Zn 0.36-0.61％、Nb 0.11-0.56％、W 0.007-0.012％、V 0.02-0.05％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

优选的，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.5-3.8％、Cr 1.8-2.4％、Mn 0.5-0.7％、Si 0.5-0.7％、Ni 3.2-4.1％、B 0.88-0.93％、Mo 0.12-0.16％、Ta 0.005-0.007％、Zn 0.44-0.53％、Nb 0.28-0.36％、W 0.009-0.011％、V 0.03-0.04％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

优选的，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.6％、Cr 2.1％、Mn 0.6％、Si0.6％、Ni 3.5％、B 0.92％、Mo 0.14％、Ta 0.006％、Zn 0.46％、Nb 0.32％、W 0.01％、V0.04％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

上述低铬合金磨球的加工工艺，包括以下步骤：

1)熔炼：将按比例计算好的原料投入到中频感应控制炉中熔炼，熔炼温度为1540-1580℃，待原料全部熔化后，向炉中加入扒渣剂以及由硅、钙、铝按照质量比1：2：1组成的复合脱氧剂，脱去合金液中的氧、磷、硫等杂质，控制出炉温度为1570-1610℃，得合金液；

2)变质处理：将钇基稀土破碎至粒度为1-3mm，经200-220℃左右烘干后，置于浇包底部，将合金液冲入浇包进行变质处理，变质处理温度为1550-1590℃，时间为10-15min；

3)浇注：将经过变质处理后的合金液进行浇注，浇注温度为1460-1490℃，得初级磨球；

4)热处理：将初级磨球依次进行一次淬火、回火、激光熔凝、激光淬火工艺处理后得到低铬合金磨球。

进一步的，一次淬火工艺具体为：将磨球以140-160℃/h升温速率升至810-880℃，保温2-4h后，在油温为120-140℃的淬火油中进行油淬，淬火时间为16-20min。

进一步的，回火工艺具体为：将经过一次淬火处理后的磨球以40-60℃/h升温速率升至405-420℃，保温6-8h后，自然冷却至室温。

进一步的，激光熔凝工艺具体为：在氩气气氛下，采用激光对磨球表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为800-1200W，脉冲频率为80-120HZ，占空比为0.4-0.7，平均激光功率为800-1000W，扫描速度为11-13mm/s。

进一步的，激光淬火工艺具体为：采用激光对磨球表面进行激光淬火处理，其中，激光功率为700-800W，扫描速度为25-35mm/s，焦距为320-340mm，离焦量为35-45mm。

(三)有益效果

本发明提供了一种低铬合金磨球及其加工工艺，本发明首先对磨球的成分配方进行优化，锰、硅、镍、硼、钼等元素，以适当的用量组合，彼此间协同配合，可使晶界净化、晶粒细化、控制碳化物含量等，使得磨球具有优异的硬度、韧性和耐磨性。同时，在其热处理工艺中，选用油淬方式更有利于提高魔球的耐磨性能，选择合适的升温速率及淬火温度、回火温度对磨球进行一次淬火和回火处理，使磨球内部金相组织均匀，且通过激光熔凝和激光淬火工艺对磨球处理后，磨球淬火层为细针状马氏体，使得淬火层具有很高硬度的同时又具有良好的韧性，该处理使得磨球的耐磨性和韧性完美结合，进一步提高了磨球整体的硬度和耐磨性能，并极大延长了磨球的使用寿命。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种低铬合金磨球，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.6％、Cr 2.1％、Mn0.6％、Si 0.6％、Ni 3.5％、B 0.92％、Mo 0.14％、Ta 0.006％、Zn 0.46％、Nb 0.32％、W0.01％、V 0.04％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

上述低铬合金磨球的加工工艺，包括以下步骤：

1)熔炼：将按比例计算好的原料投入到中频感应控制炉中熔炼，熔炼温度为1560℃，待原料全部熔化后，向炉中加入扒渣剂以及由硅、钙、铝按照质量比1：2：1组成的复合脱氧剂，脱去合金液中的氧、磷、硫等杂质，控制出炉温度为1580℃，得合金液；

2)变质处理：将钇基稀土破碎至粒度为2mm，经210℃左右烘干后，置于浇包底部，将合金液冲入浇包进行变质处理，变质处理温度为1560℃，时间为15min；

3)浇注：将经过变质处理后的合金液进行浇注，浇注温度为1480℃，得初级磨球；

4)热处理：将初级磨球依次进行一次淬火、回火、激光熔凝、激光淬火工艺处理后得到低铬合金磨球。其中，一次淬火工艺具体为：将磨球以150℃/h升温速率升至850℃，保温4h后，在油温为140℃的淬火油中进行油淬，淬火时间为18min；回火工艺具体为：将经过一次淬火处理后的磨球以50℃/h升温速率升至410℃，保温8h后，自然冷却至室温；激光熔凝工艺具体为：在氩气气氛下，采用激光对磨球表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为1000W，脉冲频率为100HZ，占空比为0.5，平均激光功率为900W，扫描速度为12mm/s；激光淬火工艺具体为：采用激光对磨球表面进行激光淬火处理，其中，激光功率为750W，扫描速度为30mm/s，焦距为330mm，离焦量为40mm。

实施例2：

一种低铬合金磨球，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.2％、Cr 2.4％、Mn0.3％、Si 0.7％、Ni 2.5％、B 0.93％、Mo 0.08％、Ta 0.007％、Zn 0.36％、Nb 0.36％、W0.007％、V 0.04％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

上述低铬合金磨球的加工工艺，包括以下步骤：

1)熔炼：将按比例计算好的原料投入到中频感应控制炉中熔炼，熔炼温度为1540℃，待原料全部熔化后，向炉中加入扒渣剂以及由硅、钙、铝按照质量比1：2：1组成的复合脱氧剂，脱去合金液中的氧、磷、硫等杂质，控制出炉温度为1570℃，得合金液；

2)变质处理：将钇基稀土破碎至粒度为1mm，经200℃左右烘干后，置于浇包底部，将合金液冲入浇包进行变质处理，变质处理温度为1550℃，时间为12min；

3)浇注：将经过变质处理后的合金液进行浇注，浇注温度为1460℃，得初级磨球；

4)热处理：将初级磨球依次进行一次淬火、回火、激光熔凝、激光淬火工艺处理后得到低铬合金磨球。其中，一次淬火工艺具体为：将磨球以160℃/h升温速率升至820℃，保温3h后，在油温为140℃的淬火油中进行油淬，淬火时间为20min；回火工艺具体为：将经过一次淬火处理后的磨球以40℃/h升温速率升至405℃，保温6h后，自然冷却至室温；激光熔凝工艺具体为：在氩气气氛下，采用激光对磨球表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为800W，脉冲频率为90HZ，占空比为0.6，平均激光功率为900W，扫描速度为13mm/s；激光淬火工艺具体为：采用激光对磨球表面进行激光淬火处理，其中，激光功率为800W，扫描速度为25mm/s，焦距为340mm，离焦量为35mm。

实施例3：

一种低铬合金磨球，按质量百分含量计，其化学成分为：C 4.1％、Cr 1.8％、Mn0.8％、Si 0.5％、Ni 5.4％、B 0.88％、Mo 0.21％、Ta 0.005％、Zn 0.61％、Nb 0.28％、W0.012％、V 0.03％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

上述低铬合金磨球的加工工艺，包括以下步骤：

1)熔炼：将按比例计算好的原料投入到中频感应控制炉中熔炼，熔炼温度为1550℃，待原料全部熔化后，向炉中加入扒渣剂以及由硅、钙、铝按照质量比1：2：1组成的复合脱氧剂，脱去合金液中的氧、磷、硫等杂质，控制出炉温度为1600℃，得合金液；

2)变质处理：将钇基稀土破碎至粒度为1mm，经200℃左右烘干后，置于浇包底部，将合金液冲入浇包进行变质处理，变质处理温度为1580℃，时间为10min；

3)浇注：将经过变质处理后的合金液进行浇注，浇注温度为1490℃，得初级磨球；

4)热处理：将初级磨球依次进行一次淬火、回火、激光熔凝、激光淬火工艺处理后得到低铬合金磨球。其中，一次淬火工艺具体为：将磨球以155℃/h升温速率升至810℃，保温3h后，在油温为130℃的淬火油中进行油淬，淬火时间为17min；回火工艺具体为：将经过一次淬火处理后的磨球以50℃/h升温速率升至415℃，保温7h后，自然冷却至室温；激光熔凝工艺具体为：在氩气气氛下，采用激光对磨球表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为900W，脉冲频率为80HZ，占空比为0.7，平均激光功率为800W，扫描速度为11mm/s；激光淬火工艺具体为：采用激光对磨球表面进行激光淬火处理，其中，激光功率为740W，扫描速度为28mm/s，焦距为320mm，离焦量为45mm。

实施例4：

一种低铬合金磨球，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.5％、Cr 2.6％、Mn0.5％、Si 0.9％、Ni 3.2％、B 1.06％、Mo 0.12％、Ta 0.009％、Zn 0.44％、Nb 0.56％、W0.009％、V 0.05％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

上述低铬合金磨球的加工工艺，包括以下步骤：

1)熔炼：将按比例计算好的原料投入到中频感应控制炉中熔炼，熔炼温度为1580℃，待原料全部熔化后，向炉中加入扒渣剂以及由硅、钙、铝按照质量比1：2：1组成的复合脱氧剂，脱去合金液中的氧、磷、硫等杂质，控制出炉温度为1590℃，得合金液；

2)变质处理：将钇基稀土破碎至粒度为3mm，经210℃左右烘干后，置于浇包底部，将合金液冲入浇包进行变质处理，变质处理温度为1590℃，时间为11min；

3)浇注：将经过变质处理后的合金液进行浇注，浇注温度为1470℃，得初级磨球；

4)热处理：将初级磨球依次进行一次淬火、回火、激光熔凝、激光淬火工艺处理后得到低铬合金磨球。其中，一次淬火工艺具体为：将磨球以145℃/h升温速率升至880℃，保温2h后，在油温为120℃的淬火油中进行油淬，淬火时间为16min；回火工艺具体为：将经过一次淬火处理后的磨球以60℃/h升温速率升至420℃，保温7h后，自然冷却至室温；激光熔凝工艺具体为：在氩气气氛下，采用激光对磨球表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为1200W，脉冲频率为120HZ，占空比为0.7，平均激光功率为850W，扫描速度为11mm/s；激光淬火工艺具体为：采用激光对磨球表面进行激光淬火处理，其中，激光功率为700W，扫描速度为35mm/s，焦距为330mm，离焦量为36mm。

实施例5：

一种低铬合金磨球，按质量百分含量计，其化学成分为：C 3.8％、Cr 1.5％、Mn0.7％、Si 0.4％、Ni 4.1％、B 0.78％、Mo 0.16％、Ta 0.004％、Zn 0.53％、Nb 0.11％、W0.011％、V 0.02％、P<0.02％、S<0.02％，余量为Fe及不可避免的杂志。

上述低铬合金磨球的加工工艺，包括以下步骤：

1)熔炼：将按比例计算好的原料投入到中频感应控制炉中熔炼，熔炼温度为1570℃，待原料全部熔化后，向炉中加入扒渣剂以及由硅、钙、铝按照质量比1：2：1组成的复合脱氧剂，脱去合金液中的氧、磷、硫等杂质，控制出炉温度为1610℃，得合金液；

2)变质处理：将钇基稀土破碎至粒度为2mm，经220℃左右烘干后，置于浇包底部，将合金液冲入浇包进行变质处理，变质处理温度为1570℃，时间为13min；

3)浇注：将经过变质处理后的合金液进行浇注，浇注温度为1480℃，得初级磨球；

4)热处理：将初级磨球依次进行一次淬火、回火、激光熔凝、激光淬火工艺处理后得到低铬合金磨球。其中，一次淬火工艺具体为：将磨球以140℃/h升温速率升至860℃，保温4h后，在油温为130℃的淬火油中进行油淬，淬火时间为18min；回火工艺具体为：将经过一次淬火处理后的磨球以55℃/h升温速率升至415℃，保温6h后，自然冷却至室温；激光熔凝工艺具体为：在氩气气氛下，采用激光对磨球表面进行激光熔凝处理，其中，方波的峰值功率为1100W，脉冲频率为110HZ，占空比为0.6，平均激光功率为1000W，扫描速度为12mm/s；激光淬火工艺具体为：采用激光对磨球表面进行激光淬火处理，其中，激光功率为770W，扫描速度为33mm/s，焦距为340mm，离焦量为42mm。

对本发明实施例1-5制备的高铬合金磨球进行各项性能测试，其结果如表1所示。

表1：

	硬度(HRC)	冲击韧度(J/cm<sup>2</sup>)	耐冲击次数(次)
				实施例1	68	19.5	≥28000
实施例2	67	18.7	≥28000
				实施例3	66	18.4	≥28000
实施例4	64	19.1	≥28000
				实施例5	66	18.3	≥28000

综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例1-5制备的磨球具有优异的硬度、韧性、耐磨性以及较长的使用寿命。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。