奥贝球铁合金磨球的研制和应用湖北省机电研究院（武汉４３００７０）吴明祥郑望林【提要】选 择高碳（３３～４０％Ｃ），低硅（２２～２９％Ｓｉ），尽量减少有害元素（Ｍｎ＜０ ５％、Ｐ＜００５％、Ｓ＜００３％），钼、铜配合进行合金化（Ｍｏ＜０５％、Ｃｕ＜ １０％）球铁，使用稀土镁硅铁合金球化处理后用金属型铸球；尔后采用等温淬火工艺（８６０ ～９２０℃×４０～９０ｍｉｎ，２８０～３２０℃×６０～９０ｍｉｎ）生产的奥贝合金球铁 磨球破碎率低、耐磨性较好。关键词：奥贝球铁磨球耐磨材料球磨机是冶金、建材、矿山、电力 及化工等部门粉磨工序的主要设备，而磨球是其主要易磨损件。据不完全统计，全国每年消耗磨球 达１５０万吨以上，且磨球需求量每年以１５％的速度递增，可见市场前景广阔。目前，国内常用 的磨球材质，除碳钢外还有中锰球铁、高中低铬白口铁及空冷贝氏体钢等。锻钢球虽强度和韧性较 高，但硬度低（ＨＢ１８０～２２０），耐磨性不足。中锰球铁磨球破碎率较高，剥落较严重。因 此这两种磨球已逐渐被淘汰。高铬球的耐磨性好，破碎率较低，但它需电炉熔炼，热处理周期长， 成本高，且冲击韧性偏低，因而推广和应用较困难。中铬白口铁磨球较高铬磨球成本低，耐磨性也 低，组织中存在较多渗碳体。低铬白口铁磨球用双联法电炉熔炼时，质量非常稳定，是国内产量较 大的一种磨球，其性能价格比在湿磨工况下很有竞争力，但抗磨能力有待提高。空冷贝氏体钢磨球 通过Ｍｎ、Ｂ合金化，采用特殊工艺，空冷自硬而成，其ＨＲＣ≥５６，αｋ≥１７Ｊ／ｃｍ２， 但其需电炉熔炼，生产工艺较复杂。经过试验，我们研制成功了一种奥氏体贝氏体合金球铁磨球 ，有关情况介绍如下。一、材质选择磨球在被提升运动中，球与物料、筒壁衬板均有相对摩擦和滚 动。在被抛落过程中，球对物料有较大冲击作用。在强大压力下，磨球与磨球、磨球与物料、磨球 与衬板之间都有较强的摩擦，受力状况为周期性作用和高周次冲击。显然磨球的磨损机制为冲击变 形磨损、磨粒切削磨损和冲击疲劳磨损。依上述分析，知磨球既要有较高的硬度以减轻冲击变形磨 损和磨粒切削磨损，又要有较好的韧性，以抵抗较大的冲击力，保证磨球在使用中不破碎（或极少 破碎）。为此我们选择了奥氏体贝氏体球铁材质，研制的磨球可将硬度和韧性较好地融于一体， 在保证韧性的基础上，尽量提高其硬度。该材质磨球的组织为：下贝氏体＋残余奥氏体＋少量马氏 体＋石墨球。下贝氏体基体具有良好的综合力学性能，少量马氏体可提高硬度，特别是在服役过程 中，奥氏体因加工硬化而增强材料本身的耐磨性，因而其性能具有显著优势。二、生产工艺磨球的 化学成分，经一系列试验，确定为（质量分数，％）：３３～４０Ｃ、２２～２９Ｓｉ、 Ｍｎ＜０５、Ｐ＜００５、Ｓ＜００３、Ｃｕ＜１０、Ｍｏ＜０５、００３５～０ ０５５Ｍｇ、００２～００４ＲＥ。炉前处理，采用堤坝式浇包，用冲入法进行球化处理，球 化剂用稀土镁硅铁合金，加入量视铁水含硫量和残余镁、稀土量而定。为防止孕育衰退，应采用二 次孕育处理工艺。铸型及浇注工艺，根据奥贝合金球铁具有流动性好、收缩大的特点而选用激冷 作用大的金属型生产，以提高石墨数、降低偏析程度，细化和稳定残余奥氏体。同时，采用砂套进 行保温补缩，具有铁水利用率高、铸球成品率高的优点。也可采用叠箱造型工艺，可增强补缩效果 ，提高工艺出品率和生产率，节省车间作业面积。无论采取哪种造型工艺，都必须严格工艺要求， 确保磨球质量。浇注温度控制在１３００～１３８０℃，在包嘴处集中挡渣，要求每包铁水在１５ 分钟内浇完，以防球化衰退。等温淬火工艺的采用，主要包括三个阶段：（１）奥氏体化；（２） 快速冷却至等温温度保温，得到奥氏体下贝氏体基体；（３）在规定的等温时间后冷却至室温。 在此过程中，影响奥贝合金球铁磨球组织与性能的因素包括以下四个方面：（１）奥氏体化温度 奥氏体化温度愈高，奥氏体的含碳量就愈高，奥氏体也愈稳定。奥氏体化温度对（ａ）硬度（ｂ） 冲击韧性图２等温温度对力学性能的影响图４奥贝球铁金相组织，５００×力学性能的影响如图 １所示。随加热温度升高，奥氏体数量增加，在冷却时有部分转变为马氏体和高碳贝氏体，使韧性 下降，但强度和硬度值提高；若加热温度过高时，组织中残留大量奥氏体，导致强度、硬度也下降 ，而且使晶粒粗大，延缓等温转变的开始，促进二次碳化物析出。当然若加热温度过低，则合金元 素分布不均匀，难于获得奥贝组织。图１加热温度对力学性能的影响（２）奥氏体化时间含碳、 硅量较高时，适当延长奥氏体化时间，有利于成分、组织均匀，但时间过长会使晶粒粗大。（３） 等温温度根据Ｃ曲线，等温温度低于Ｍｓ线时，易出现淬火马氏体。一般认为３４０℃是上、下贝 氏体的分界温度，Ｍｓ线至３４０℃范围内形成下贝氏体，具有良好的耐磨性。等温温度对力学性 能的影响见图２。可见，抗拉强度约在３００℃达到最大值，韧性约在３８０℃为峰值。若等温温 度太低，则出现较多淬火马氏体，导致硬度高而韧性低。随等温温度升高，奥氏体量增加，淬火马 氏体减少，贝氏体趋于粗大，导致强度和硬度下降，而韧性提高。但等温温度超过３８０℃时，奥 氏体量开始减少，并从奥氏体中析出碳化物，降低球铁件的综合力学性能。（４）等温时间等温时 间对获得奥贝组织至关重要（图３）。须从化学成分、奥氏体化状态、等温温度及铸件壁厚等综 合考虑确定。等温时间过短，组织中存在大量淬火马氏体，只有少量的下贝氏体和残余奥氏体，脆 性很大；随等温时间延长，淬火马氏体相应减少，下贝氏体和奥氏体增加；等温时间过长，会得到 有碳化物析出的上贝氏体。图３等温时间对力学性能的影响据上述分析，经反复试验，确定等温淬 火工艺为：加热至８６０～９２０℃，保温４０～９０ｍｉｎ；２８０～３２０℃等温，保温６０ ～９０ｍｉｎ。使用了ＲＴ２６５９台车式电炉加热，在外热式盐浴炉内淬火，淬火介质为硝 酸盐。经该工艺处理后的磨球性能可达到：ＨＲＣ＝５１～５６、αｋ≥１５Ｊ／ｃｍ２。其典型 组织见图４。三、生产应用研制生产的奥贝合金球铁磨球自１９９３年在不同工况下装机使用， 结果略举如表。表磨球使用效果序号使用单位球磨机规格／ｍ球耗／（ｇ·ｔ－１）破碎率（％） 原球耗／（ｇ·ｔ－１）１四川东风水泥厂２２×７８３００２２４８２湖北岳口水泥厂２ ４×８９０００５８３００３四川云阳磷肥厂１８３×８２４７００３７１００５ 低合金磨球锻钢球四、结语所研制成功的奥氏体贝氏体合金球铁磨球破碎率低、磨耗小， 较适合于大、中型球磨机上使用。生产这种磨球可用冲天炉熔炼铁水，经球化处理后采用金属型铸 球，热处理采用等温淬火工艺。实践证明，生产这种磨球投资少见效快、成本低、产品性能较好。 参考文献１李隆盛．铸造合金及熔炼．北京：机械工业出版社，１９８９２崔忠圻．金属学与热处 理．北京：机械工业出版社，１９８９３区文波．球铁中的合金元素．国外铸造，１９８４（４） ：１０４汤崇熙．等温淬火球铁等温转变过程与奥贝球铁生产的若干问题．材料科学与工程，１９ ９５（２）：５７～６１奥-贝球铁合金磨球的研制和应用$湖北省机电研究院@吴明祥@郑望林 奥-贝球铁,磨球,耐磨材料选择高碳（３３～４０％Ｃ），低硅（２２～２９％Ｓｉ） ，尽量减少有害元素（Ｍｎ＜０５％、Ｐ＜００５％、Ｓ＜００３％），钼、铜配合进行合 金化（Ｍｏ＜０５％、Ｃｕ＜１０％）球铁，使用稀土镁硅铁合金球化处理后用金属型铸球； 尔后采用等温淬火工艺（８６０～９２０℃×４０～９０ｍｉｎ，２８０～３２０℃×６０～９０ ｍｉｎ）生产的奥贝合金球铁磨球破碎率低、耐磨性较好。１李隆盛．铸造合金及熔炼．北京： 机械工业出版社，１９８９２崔忠圻．金属学与热处理．北京：机械工业出版社，１９８９３区文 波．球铁中的合金元素．国外铸造，１９８４（４）：１０４汤崇熙．等温淬火球铁等温转变过程 与奥贝球铁生产的若干问题．材料科学与工程，１９９５（２）：５７～６１达到最大值，韧性约 在３８０℃为峰值。若等温温度太低，则出现较多淬火马氏体，导致硬度高而韧性低。随等温温度 升高，奥氏体量增加，淬火马氏体减少，贝氏体趋于粗大，导致强度和硬度下降，而韧性提高。但 等温温度超过３８０℃时，奥氏体量开始减少，并从奥氏体中析出碳化物，降低球铁件的综合力学 性能。（４）等温时间等温时间对获得奥贝组织至关重要（图３）。须从化学成分、奥氏体化状 态、等温温度及铸件壁厚等综合考虑确定。等温时间过短，组织中存在大量淬火马氏体，只有少量 的下贝氏体和残余奥氏体，脆性很大；随等温时间延长，淬火马氏体相应减少，下贝氏体和奥氏体 增加；等温时间过长，会得到有碳化物析出的上贝氏体。图３等温时间对力学性能的影响据上述分 析，经反复试验，确定等温淬火工艺为：加热至８６０～９２０℃，保温４０～９０ｍｉｎ；２８ ０～３２０℃等温，保温６０～９０ｍｉｎ。使用了ＲＴ２６５９台车式电炉加热，在外热式 盐浴炉内淬火，淬火介质为硝酸盐。经该工艺处理后的磨球性能可达到：ＨＲＣ＝５１～５６、α ｋ≥１５Ｊ／ｃｍ２。其典型组织见图４。三、生产应用研制生产的奥贝合金球铁磨球自１９９ ３年在不同工况下装机使用，结果略举如表。表磨球使用效果序号使用单位球磨机规格／ｍ球耗／ （ｇ·ｔ－１）破碎率（％）原球耗／（ｇ·ｔ－１）１四川东风水泥厂２２×７８３００２ ２４８２湖北岳口水泥厂２４×８９０００５８３００３四川云阳磷肥厂１８３×８２４７００３７１００５低合金磨球锻钢球四、结语所研制成功的奥氏体贝氏体合金球铁磨球破碎率低、磨耗小，较适合于大、中型球磨机上使用。生产这种磨球可用冲天炉熔炼铁水，经球化处理后采用金属型铸球，热处理采用等温淬火工艺。实践证明，生产这种磨球投资少见效
More abstracts about the 奥-贝球铁合金磨球的研制和应用