專利名稱：一種新型磨球的平砧拔長－成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬于研磨材料制備范圍，特別涉及一種新型磨球的平砧拔長—成形方法。
背景技術：
磨球的品種很多，其化學成分是決定其使用性能的重要因素，由此而分為鐵中加碳、硅、錳等元素制成的鑄態(tài)或鍛態(tài)磨球。以高錳鋼為主的錳鋼磨球的內(nèi)部主要以Fe-C型碳化物為主，顯微硬度低、耐磨性差；鑄造時不可避免存在孔洞、偏析和形狀的誤差，難于達到碎球率和失圓兩項使用指標的要求。現(xiàn)在最流行的高鉻鑄鐵耐磨材料，適于制作工業(yè)礦粉等行業(yè)帶沖擊的物料磨損零部件，但其沖擊韌度值偏低，在大沖擊工況下易產(chǎn)生脆性破壞，影響使用效果。因此美國曾規(guī)定不得在大于5米直徑的球磨機內(nèi)使用，八十年代美國開發(fā)出高鉻鑄鐵連鑄—連軋工藝，生產(chǎn)高鉻軋球。進入九十年代，我國的鋼模鑄球技術取得突破性進展，發(fā)揮了高鉻鑄鐵材料本身優(yōu)勢，其產(chǎn)品已在國內(nèi)大面積推廣，其沖擊韌度指標提高到接近8焦耳/cm2，但是連鑄—連軋生產(chǎn)線投資巨大，技術上影響因素多，產(chǎn)品中心部位的孔洞、縫隙較多的鑄造缺陷并未得到有效消除、鐵水利用率不高，生產(chǎn)規(guī)模難以擴大。對于高鉻鑄態(tài)磨球的合金化配比，鑄造成型和熱處理方面的理論和應用研究取得實質(zhì)性進展，但是鑄態(tài)高鉻磨球的沖擊韌度值普遍偏低，在大型磨機工況下往往產(chǎn)生裂紋而失效、降低工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型磨球的平砧拔長—成形方法，所述平砧拔長—成形方法是一種以含有鉻、碳、鉬、釩、錳、硅、稀土及其合金元素的鐵基高鉻高碳合金作為原材料，利用鑄造、平砧拔長鍛造、熱處理工藝逐步成形的一種新型球磨機用磨球的熱機械加工方法，其特征在于先將原材料鑄造成鍛造用坯料，在鍛造過程中對坯料進行高溫熱塑性變形，逐步改善坯料的鑄態(tài)組織和形狀，最終成形為內(nèi)部組織為非完全鑄態(tài)組織、外形合乎規(guī)格要求的磨球，再經(jīng)熱處理后，即制造成一種球磨機用的新型磨球，其制造方法的步驟為①原料準備廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、硅鐵、稀土及其合金為原料；②熔煉利用電爐將準備的原料進行熔煉、攪拌，使之成為均勻的、合金化較充分的鐵基高鉻合金鋼液；③將鋼液澆注在鑄模中，并冷凝成形為圓柱體形狀的鐵基高鉻合金鑄坯；④將鑄坯加熱800℃～1150℃，在1小時～4小時內(nèi)鑄后退火處理；⑤下料將上述的經(jīng)過鑄后熱處理的鑄坯分離成符合相應磨球成形要求的小塊坯料，坯料的高徑(寬)比為1.1～2.5之間；⑥加熱將上述小塊坯料加熱到1140℃～900℃；⑦鍛造將加熱過的小塊坯料進行自由鐓粗，至高徑(寬)比小于1時，放入型砧內(nèi)逐步鍛造成形為磨球形狀；⑧對鍛造成形的磨球進行第二次熱處理，增加其硬度；⑨對經(jīng)過步驟“⑧”處理的磨球進行外觀、組織、硬度檢驗。
所述的鍛造成形的工藝順序為(a)加熱將軸線方向長度明顯大于其它兩維長度的原材料加熱到1140℃～900℃時進行改性鍛造，即在平砧上利用反復翻轉(zhuǎn)鍛打，使其沿軸向拔長成橫斷面為多邊形坯料；(b)下料將上述多邊形坯料按鍛造計算毛坯的體積要求分解為小塊坯料；(c)將上述小塊坯料加熱到1140℃～900℃時進行成形鍛造，即在成形型砧(包括胎模)上對加熱的小塊坯料鍛造成形為直徑合乎要求的磨球；(d)熱處理按用途要求將磨球處理成硬度在HRc40～HRc64范圍內(nèi)、沖擊韌度大于10焦耳/cm2的滿足使用性能要求的球磨機磨球。
所述多邊形為4至N邊形，N為2、3、5的倍數(shù)。
所述鍛后熱處理是以達到使磨球組織形態(tài)為馬氏體、屈氏體、貝氏體組織為準，按常規(guī)處理規(guī)范進行的熱處理。
所述下料前的鑄坯形狀為圓柱體形狀。
本發(fā)明的有益效果是以鍛造變形方式為主要改性成形手段，改善原材料的鑄態(tài)組織缺陷；利用鍛造方式對原材料進行高溫熱塑性變形，在變形過程中逐步破碎原材料在鑄造成形時形成的粗大共晶碳化物和碳化物，使上述兩類碳化物偏析級別降低一級以上、在基體中分布更加均勻合理；焊合鑄造時形成的孔、隙類缺陷，使該種缺陷的尺寸及數(shù)量明顯減少、直至消除；上述兩類碳化物偏析及其分布狀態(tài)及孔、隙類鑄造缺陷的改善，使原材料的鑄態(tài)組織特征明顯改變，使具有鑄態(tài)組織特征的原材料在逐步成形為產(chǎn)品(磨球)的過程中，其內(nèi)部組織形態(tài)變?yōu)榉峭耆T態(tài)組織、直至鍛態(tài)組織，從而保證產(chǎn)品(磨球)達到使用性能標準。本發(fā)明可制造直徑為球Φ25mm～球Φ140mm、硬度范圍為HRc40～HRc64、沖擊韌度≥10焦耳/cm2。碎球率不大于0.35％，橢圓度≤3mm的磨球。
具體實施例方式
本發(fā)明為一種新型磨球的平砧拔長—成形方法是一種以含有多種合金元素的鐵基高鉻合金為原材料，利用鑄造、鍛造、熱處理工藝逐步成形的一種新型球磨機用磨球的熱機械加工方法，具體地講，是一種以含有鉻、碳、鉬、釩、錳、硅、稀土及其合金元素的鐵基高鉻高碳合金作為原材料，先將其鑄造成鍛造用坯料，在鍛造過程中對坯料進行高溫熱塑性變形，逐步改善坯料的鑄態(tài)組織和形狀，最終成形為內(nèi)部組織為非完全鑄態(tài)組織、外形合乎規(guī)格要求的磨球，再經(jīng)熱處理后，即制造成一種球磨機用磨球，其制造方法的步驟為①原料準備廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、硅鐵、稀土及其合金元素作為原料；②熔煉利用電爐將準備的原料進行熔煉、攪拌，使之成為均勻的、合金化較充分的鐵基高鉻合金鋼液；③將鋼液澆注在鑄模中并冷凝成形為圓柱體形狀的鐵基高鉻合金鑄坯，鑄坯形狀為圓柱體形狀。
④將步驟“③”所述的鑄坯進行退火處理，其加熱溫度為800℃～1150℃，保溫1小時～4小時；⑤下料將上述的經(jīng)過鑄后熱處理的鑄坯分離成符合相應磨球成形要求的小塊坯料，坯料的高徑(寬)比為1.1～2.5之間；
⑥加熱將軸線方向長度明顯大于其它兩維長度的原材料加熱到1140℃～900℃，進行改性鍛造成形，即在平砧上反復翻轉(zhuǎn)鍛打，使其高溫熱塑性變形，在變形過程中逐步破碎原材料在鑄造成形時形成的粗大共晶碳化物和碳化物，使上述兩類碳化物偏析級別降低一級以上、在基體中分布更加均勻合理；焊合鑄造時形成的孔、隙類缺陷，使該種缺陷的尺寸及數(shù)量明顯減少、直至消除。上述原材料沿其軸向平砧拔長成橫斷面為4至N邊形，N為2、3、5的倍數(shù)的多邊形坯料，然后將上述多邊形坯料按鍛造計算毛坯的體積要求分解為小塊坯料；再將小塊坯料加熱到1140℃～900℃后，將小塊坯料放在球缺型成形型砧(包括胎模)上，先鐓粗成鼓形，再鍛造滾光成形為直徑合乎要求的磨球。最后按用途要求將上述磨球鍛后熱處理，以達到使磨球組織形態(tài)為馬氏體、屈氏體、貝氏體組織為準，按常規(guī)處理規(guī)范進行的熱處理。處理成硬度在HRc40～HRc64范圍內(nèi)、沖擊韌度大于10焦耳/cm2、橢球度3mm，碎球率0.35％，即使用性能滿足要求的球磨機磨球。采用上述工藝所得的磨球經(jīng)檢驗所述鐵基高鉻合金原材料的主要合金種類及含量為7％～20％Cr、1.8％～2.5％C、0％～1.5％Mo、0.5％～1.5％V、或.5％～1.5％Si、0.5％～1.5％Mn、0％～1％Re、其余為Fe及微量硫、磷等雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種新型磨球的平砧拔長—成形方法，所述平砧拔長—成形方法是一種以含有鉻、碳、鉬、釩、錳、硅、稀土及其合金元素的鐵基高鉻高碳合金作為原材料，利用鑄造、平砧拔長、鍛造滾光、熱處理工藝逐步成形的一種新型球磨機用磨球的熱機械加工方法，其特征在于先將原材料鑄造成鍛造用坯料，在鍛造過程中對坯料進行高溫熱塑性變形，逐步改善坯料的鑄態(tài)組織，最終成形為內(nèi)部組織為非完全鑄態(tài)組織、外形合乎規(guī)格要求的磨球，再經(jīng)熱處理后，即制造成一種球磨機用的新型磨球，其制造方法的步驟為①原料準備廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、錳鐵、硅鐵、稀土及其合金作為原料；②熔煉利用電爐將準備的原料進行熔煉、攪拌，使之成為均勻的、合金化較充分的鐵基高鉻合金鋼液；③將鋼液澆注在鑄模中，并冷凝成形為圓柱體形狀的鐵基高鉻合金鑄坯；④將鑄坯加熱800℃～1150℃，在1小時～4小時內(nèi)鑄后退火處理；⑤下料將上述的經(jīng)過鑄后熱處理的鑄坯分離成符合相應磨球成形要求的小塊坯料，坯料的高徑比為1.1～2.5之間；⑥加熱將上述小塊坯料加熱到1140℃～900℃；⑦鍛造將加熱過的小塊坯料進行自由鐓粗，至高徑比小于1時，放入型砧內(nèi)逐步鍛造成形為磨球形狀；⑧對鍛造成形的磨球進行第二次熱處理，增加其硬度；⑨對經(jīng)過步驟“⑧”處理的磨球進行外觀、組織、硬度檢驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型磨球的平砧拔長—成形方法，其特征在于所述的鍛造成形的工藝順序為(a)加熱將軸線方向長度明顯大于其它兩維長度的原材料加熱到1140℃～900℃時進行改性鍛造，即在平砧上反復翻轉(zhuǎn)鍛打，使其沿軸向拔長成橫斷面為多邊形坯料；(b)下料將上述多邊形坯料按鍛造計算毛坯的體積要求分解為小塊坯料；(c)將上述小塊坯料加熱到1140℃～900℃時進行成形鍛造，即在成形型砧或胎模內(nèi)對加熱的小塊坯料鍛造成形為直徑合乎要求的磨球；(d)熱處理按用途要求將磨球處理成硬度在HRc40～HRc64范圍內(nèi)、沖擊韌度大于10焦耳/cm2的滿足使用性能要求的球磨機磨球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型磨球的平砧拔長—成形方法，其特征在于所述多邊形為4至N邊形，N為2、3、5的倍數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型磨球的平砧拔長—成形方法，其特征在于所述鍛后熱處理是以達到使磨球組織形態(tài)為馬氏體、屈氏體、貝氏體組織為準，按常規(guī)處理規(guī)范進行的熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型磨球的平砧拔長—成形方法，其特征在于所述下料前的鑄坯形狀為圓柱體形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于研磨材料制備的一種新型磨球的平砧拔長－成形方法。是以在鐵基材料中加入鉻、碳、鉬、釩、錳、硅、稀土等合金元素的鐵基高鉻高碳合金作為原料，經(jīng)過熔煉、澆鑄、下料，平砧拔長－成形塑性變形工藝，鍛成磨球再經(jīng)過鍛后處理，即得到球徑φ30～140mm的各類磨球，其橢圓度小于3mm，沖擊韌度達到10焦耳/cm
文檔編號B21K23/00GK1425518SQ02159510
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者李晉敏 申請人:北京金相恒業(yè)科技發(fā)展有限公司