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当铸态高铬屈氏体磨球的生产

发布时间:2021-09-10 08:09:04 阅读: 来源:螺旋钢管厂家

铸态高铬屈氏体磨球的生产

摘要:本文从优化成分设计、熔炼、变质处理、铸造及热处理等工艺控制措施入手,综合介绍了铸态高铬屈氏体磨球的生产过程,并经生产试验使各工艺参数达最佳匹配,为生产出高质量的铸态高铬屈氏体磨球提供了强有力的理论支撑。

关键词:高铬屈氏体磨球;优化;工艺控制

含铬大于11%的铬系白口铸铁称为高铬铸铁,马氏体Cr15高铬铸铁是目前国内外广泛应用的较典性的耐磨铸铁,用于制造磨球、衬板等,取得了较好的节材降耗效果。马氏体高铬铸铁磨球具有较高的硬度,但韧性较差。马氏体Cr15磨球是经热处理淬火加回火的工艺获得的,因此需要一套专用的热处理设备。这不仅投资及能源消耗大、生产周期长、生产成本也较高,从而影响了它的广泛应用。

我们的目的是研制一种既有高铬铸铁的耐磨性和韧性,生产工艺简单、成本低廉的材料:铸态高铬屈氏体磨球。它与淬火马氏体Cr15磨球相比,具有省工、省时、省能耗、省原材料消耗的的优势。它的生产应用能产生较大的社会效益。

一.成分设计

碳:碳为生成共晶碳化物(Cr·Fe)7C3的主要元素,共晶碳化物在耐磨性方面起着重要作用。碳含量决定碳化物的数量。选择较高的碳含量,可获得较多的高硬度碳化物。为提高耐磨性,碳的质量分数应控制在2.8~3.1%。

铬:铬含量决定碳化物的类型。为保证碳化物以M7C3为主,铬含量必须大于12%,过低不能形成高硬度的(Cr·Fe)7C3型碳化物;过高则成本提高。因此铬的质量分数为12~14%。

硅:硅的主要作用是提高Ms点,减少残余奥氏体。一方面硅固溶于基体中,显著降低淬透性。随着硅含量增加,碳化物变得细小,硅溶于基体中使奥氏体含碳量降低;另一方面,硅又使奥氏体枝晶得到细化,碳化物变得细碎。而且硅含量增加,碳化物增加,硬度、耐磨性提高,但冲击韧性降低。

生产铸态高铬屈氏体磨球,适当提高硅含量,对于硅溶于基体中促进屈氏体转变的倾向,提高铸铁的抗腐蚀性有利,因此确定硅的质量分数为1.0~1.4%。

锰: 锰是提高淬透性,扩大奥氏体区的一种有效元素。在高铬铸铁中锰的作用:一是脱氧;二是强化基体和碳化物。含锰量过高,增加了奥氏体的稳定型,降低了Ms点,不利于铸态奥氏体转变。但少量的锰对于屈氏体有细化作用。考虑脱氧和脱硫的需要,锰的质量分数应控制在0.6~0.9%。

硫、磷:硫、磷为有害元素,对高铬铸铁的抗冲击韧性危害极大,含量应越少越好。尤其在湿磨时,硫会加速金属材料的腐蚀,进而加快腐蚀与磨损的交互作用,所以,硫的质量分数应控制在小于0.03%,磷的质量分数应控制在小于0.04%为宜。

微量合金元素:加入适量钒、钛可以达到细化晶粒,阻止形成状碳化物的目的,控制量为V 0.15~0.3%,Ti 0.08~0.15%。因钒、钛价格昂贵,可暂不加入,增加0.3%铜。

二.熔炼

用中频或工频感应电炉熔化,酸性炉衬最为经济实惠。主要原料为碳素铬铁、生铁、废钢、钒铁、钛铁、锰铁、硅铁等,加料顺序为:加少量碳素铬铁——回炉料——生铁、废钢——熔化末期加入其余碳素铬铁(避免烧损过大)。熔化初期在高碳低铬(≤2%)成分下进行,防止出现过高的温度,温度控制在1450℃左右为宜,此时铁水氧化膜消失,铁水表面清洁明亮,同时往后翻黑泡时温度约为1450℃,即为反应平衡温度,加入钒铁后快速升温直至铁水出现微量火花(温度约为1480℃)时扒渣,用0.15~0.2%铝脱氧后覆盖珍珠岩,搅拌,扒渣,出炉。

三.变质处理

高铬铸铁液的变质处理系统采用包底冲入法。变质剂通常采用稀土硅铁合金,用量为0.5~1.2%。近年来许多专业铸造厂均采用一些秘方变质剂,目的是碳化物进一步孤立化、细碎化,甚至呈团球化,减少对基体的割裂作用;提高材质的冲击韧性,减少磨球的碎裂;从而提高磨球的耐磨性能。现提出以下配方供参考:

1.稀土硅铁合金30%,钾盐40%,碎玻璃15%,石灰粉15%。用量3~4%。

2.稀土铝镁硅铁合金,型号20XtAlMg(化学成分含Re1自去年年底该村旁搬来1家塑料厂后7~20%,Mg10~15%,Al20~25%。),用量为0.5~1.0%+0.8%钾盐。

3.采用钇基重稀土变质处理 型号:YFB,化学成分Re(Y)23~25%,Ba3~5%,Ca1~2%,Mg2.5~3.5%,Fe其余。加入量0.4~0.8%。

以上三种变质剂均可有效改善白口铁的初晶及共晶碳化物的形态,使共晶以离异方式进行,使碳化物呈不连续分布,减弱了碳化物对基体割裂作用,使基体的连续性得以保护。同时,由于稀土与氧、氮、硫等有很强的亲和力,加入铁液后起到脱硫去气的作用,可以有效的净化晶界、细化晶粒,从而提高晶界与相界面的强度。普通的高低温实验箱1般指的是恒定高低温实验箱

四.铸造工艺

金属型因其导热性能高,对磨球具有激冷效果,显著细化晶粒、提高耐磨性,其力学性能和抗耐磨性能均较砂型铸造的磨球有较大幅度提高。

试验时可采用目前使用的金属型加保温冒口套的铸造工艺方法。铁水过热温度一定时,浇注温度越低,材料的韧性越好,但对硬度无大的影响。在保证能获得轮廓清晰磨球的情况下,应采用较低浇注温度,控制在1360~1410℃为宜。

五.热处理工艺

热处理的主要目的是消除内应力。一般小型铸造厂,在采用金属型浇注的工艺条件下,高温开型,开型温度为850~900℃,开型后空冷过程中,打去冒口引申计按丈量对象;磨球温度在600℃左右时,迅速用保温材料掩埋,利用磨球自身的余热进行退火处理,待磨球温度降至100℃以下时取出,实现铸态高铬屈氏体磨球的生产应用。

大型球磨机使用的磨球,要求磨球具有较高的冲击韧性,较低的内应力。因此建议采用盐浴内退火工艺,以求较彻底的消除内应力,确保磨球的综合使用性能。

熔盐配比:50%硝酸钾+50%亚硝酸钠。盐浴炉可自制,采用外热式,电加热或燃焦炭加热、热电偶或500℃的水银温度计测温;盐槽可用6~8mm不锈钢板或用1Cr18Ni9Ti可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究钢板焊成,条件不允许时也可采用A3钢制作。热处理工艺曲线如图:

不同规格磨球盐浴退火保温时间如下:

六.力学性能

金相组织: 屈氏体基体组织+(Cr·Fe)7C3型碳化物;力学性能: HRC >52~56 ;αk≥5 J/cm2;破碎率≤2%。(end)

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