本發(fā)明涉及耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球及其制備方法。
背景技術(shù)：
球磨機(jī)是水泥、電力、選礦、建材等行業(yè)中廣泛應(yīng)用的粉磨設(shè)備，耐磨球作為球磨機(jī)中的粉碎介質(zhì)，用于粉碎球磨機(jī)中的物料，其廣泛用于水泥、電力、選礦、建材等行業(yè)。近年來，隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，耐磨球的消耗量很大。因此改善耐磨球性能，降低耐磨球磨耗，提高其使用壽命，將會(huì)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球及其制備方法，該耐磨球鍍上兩層熔覆層，具有強(qiáng)度高、硬度大、抗氧化性與耐腐蝕性好、磨耗低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球，包括熔覆層與耐磨球基體，耐磨球基體其原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：0.5～1.1％、Si：0.5～0.8％、Mn：1.2～1.6％、Cr：10.5～13％、Ni：0.65～0.95％、Cu：0.4～0.6％、Al：0.2～0.6％、Mg：0.1～0.3％、B：0.3～0.5％、Ti：0.2～0.45％、Zr：0.05～0.15％、Nb：0.02～0.045％、Mo：0.4～0.7％、V：0.05～0.15％、Sc：0.02～0.05％、P≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球的制備方法，包括以下步驟：
S1、將廢鋼、錳鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，再加入稀土合金、生鐵、鉻鐵合金、釩鐵合金和鎢鐵合金，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體；
S2、將耐磨球坯體淬火處理，然后空冷至室溫后進(jìn)行低溫回火得到耐磨球基體；
S3、將耐磨球基體經(jīng)等離子熔覆、激光熔覆后得到初級(jí)耐磨球；
S4、將初級(jí)耐磨球經(jīng)低溫回火后得到所述球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
優(yōu)選地，在S1中，具體步驟如下：將廢鋼、錳鐵合金、鉻鐵合金和硼鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，升溫至1460～1490℃，保溫20～35min，再加入稀土合金、生鐵、釩鐵合金和鎢鐵合金，升溫至1520～1550℃，保溫30～45min，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體。
優(yōu)選地，在S3中，具體步驟如下：將等離子熔覆粉末與粘結(jié)劑混合均勻后制成膏狀，然后涂覆在經(jīng)打磨清洗后的耐磨球基體表面，在150～180℃下烘干，放入等離子裝置中進(jìn)行等離子熔覆；所述等離子熔覆工藝參數(shù)具體如下：離子氣體流量為2～3L/min，保護(hù)氣體為氬氣且氬氣流量為6.5～7.5L/min，轉(zhuǎn)移弧電壓為30～35V，轉(zhuǎn)移電流為80～100A，噴距為13～16mm，功率為1.3～1.6KW，掃描速度為5.5～7mm/s，等離子弧光斑直徑為1.5～3mm，等離子熔覆層厚度為1.2～1.8mm；然后用激光熔覆技術(shù)將Ni基合金混合粉末熔覆在S3等離子熔覆后的耐磨球基體上，得到初級(jí)耐磨球；所述激光熔覆技術(shù)工藝參數(shù)為：同步送粉，單道掃描，氬氣保護(hù)激光池，光斑直徑為2.1～2.7mm，掃描速度為5.2～6mm/s，功率為1.22～1.32KW，激光熔覆層厚度為1.2～1.8mm。
優(yōu)選地，在S3中，激光熔覆過程采用同步送粉法。
優(yōu)選地，在S3中，等離子熔覆粉末的粒徑為50～200nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：Ni：10～13.5％、Cr：15.5～19.5％、Mn：2.2～5％、W：0.8～1.5％、Co：4～9％、B：1.2～2.5％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，在S3中，Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末與陶瓷粉末組成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末總重量的10.5～13％。
優(yōu)選地，Ni基合金粉末粒徑為120～200nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：1.2～1.8％、Cr：15～18％、Mo：0.8～1.5％、Fe：5～9％、Y：0.08～0.15％、B：1.2～2.3％、Mn：3.5～5.2％、Si：0.3～1％、Sc：0.02～0.08％，其余為Ni及不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，陶瓷粉末粒徑為60～100nm，其按重量份包括以下組分：10～20份BN、10～20份TiN、25～35份WC、15～25份Cr3C2、10～20份B2O3、10-20份NiO、15～25份Al2O3。
優(yōu)選地，在S4中，具體步驟如下：將初級(jí)耐磨球升溫至150～180℃，保溫20～30min，升溫至210～250℃，保溫30～45min，升溫至290～340℃，保溫40～60min，升溫至380～420℃，保溫60～90min，升溫至450～500℃，保溫120～200min，空冷至室溫得到球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
本發(fā)明通過加入廢鋼、錳鐵合金、鉻鐵合金和硼鐵合金，為耐磨球具備良好的硬度、強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能奠定了基礎(chǔ)，稀土合金、生鐵、釩鐵合金和鎢鐵合金配合，細(xì)化組織晶粒，對(duì)耐磨球應(yīng)力集中具有緩沖作用，提高耐磨球沖擊韌性、抗蠕變性及耐磨性能，在制備過程中，對(duì)耐磨球坯體進(jìn)行熱處理，然后在耐磨球基體表面進(jìn)行等離子熔覆和激光熔覆，等離子熔覆層選用Fe基合金粉末作為過渡層，其中，Ni、Cr、Mn、W、Co、B配合，提高耐磨球基體表層的強(qiáng)度、硬度與沖擊韌性，由于與耐磨球基體同是以Fe、Cr為主要元素，在等離子熔覆時(shí)兩者進(jìn)行冶金結(jié)合，具有良好的結(jié)合強(qiáng)度，通過合理選擇等離子熔覆工藝參數(shù)，使等離子熔覆層中組織晶粒細(xì)化，與耐磨球基體達(dá)到良好的冶金結(jié)合，激光熔覆過程中選用Ni基合金混合粉末，包括Ni基合金粉末和陶瓷粉末，其中，Ni基合金粉末中的Ni、Sc、Si、Y配合，使激光熔覆層具有優(yōu)異的耐腐蝕性與抗氧化性，Cr、W、B與C配合形成微小的碳化物，提高激光熔覆層的硬度、韌性與耐磨性，同時(shí)等離子熔覆層與Ni基合金混合粉末中的Ni基合金粉末生成Fe-B-Sc相、Fe-Co-Y相、Fe-Ni-Y相、Fe-Si-Sc相，提高兩涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度，Ni基合金混合粉末中的陶瓷粉末為納米陶瓷粉末，陶瓷粉末中BN、TiN、WC、Cr3C2、B2O3、NiO、Al2O3彼此配合，消除了熔覆層中合金粉末本身的枝晶紊亂形態(tài)，整個(gè)熔覆層為致密細(xì)小的等軸晶結(jié)構(gòu)，通過彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化以及激光快速加熱快速冷卻造成的晶粒細(xì)化等因素，使熔覆層的組織形態(tài)明顯改變，顯著提高耐磨球的硬度、耐高溫性能、耐腐蝕性能、抗氧化性能等性能；通過合理選擇等離子熔覆層粉末和激光熔覆層粉末的成分和含量，且合理設(shè)置等離子熔覆和激光熔覆的工藝參數(shù)，使熔覆層與耐磨球基體具有較高的結(jié)合強(qiáng)度與韌性，提高了耐磨球表面的平整度，同時(shí)使耐磨球的硬度與韌性得到同步提高；鍍層后將初級(jí)耐磨球進(jìn)行多步升溫回火處理，消除其殘余應(yīng)力，有效防止出現(xiàn)變形和開裂等現(xiàn)象，使殘留的奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體、托氏體與索氏體，提高其耐磨性能及強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性等力學(xué)性能，同時(shí)具有穩(wěn)定組織，細(xì)化晶粒的作用，提高初級(jí)耐磨球表面的平整度與結(jié)合強(qiáng)度；本發(fā)明通過合理設(shè)定溫度和時(shí)間及各成分含量，實(shí)現(xiàn)成分設(shè)計(jì)所需達(dá)到的性能，使得熔覆層與耐磨球基體保持良好的冶金結(jié)合，沒有出現(xiàn)裂紋、孔洞等現(xiàn)象，綜合提高了耐磨球強(qiáng)度、硬度、韌性、抗沖擊性等力學(xué)性能，同時(shí)使得耐磨球具有良好的抗腐蝕性能、抗氧化性、耐磨性能，降低了耐磨球的磨耗，大大增加了耐磨球的使用壽命。本發(fā)明提出的球磨機(jī)用鍍層耐磨球，鍍上兩層熔覆層，具有強(qiáng)度高、硬度大、抗氧化性與耐腐蝕性好、磨耗低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)所述球磨機(jī)用鍍層耐磨球進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：硬度值達(dá)68～72HRC，抗壓強(qiáng)度為550～600MPa，屈服強(qiáng)度為330～360MPa，沖擊韌性≥12.5J/cm2，平均球耗為40～50g/t,破碎率為0.035～0.05％，壽命約為普通耐磨球的8～9倍，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施方式
下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球，包括熔覆層與耐磨球基體，耐磨球基體其原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：0.5％、Si：0.8％、Mn：1.2％、Cr：13％、Ni：0.65％、Cu：0.6％、Al：0.2％、Mg：0.3％、B：0.3％、Ti：0.45％、Zr：0.05％、Nb：0.045％、Mo：0.4％、V：0.15％、Sc：0.02％、P≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球的制備方法，包括以下步驟：
S1、將廢鋼、錳鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，再加入稀土合金、生鐵、鉻鐵合金、釩鐵合金和鎢鐵合金，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體；
S2、將耐磨球坯體淬火處理，然后空冷至室溫后進(jìn)行低溫回火得到耐磨球基體；
S3、將耐磨球基體經(jīng)等離子熔覆、激光熔覆后得到初級(jí)耐磨球；
S4、將初級(jí)耐磨球經(jīng)低溫回火后得到所述球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
實(shí)施例2
本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球，包括熔覆層與耐磨球基體，耐磨球基體其原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：1.1％、Si：0.5％、Mn：1.6％、Cr：10.5％、Ni：0.95％、Cu：0.4％、Al：0.6％、Mg：0.1％、B：0.5％、Ti：0.2％、Zr：0.15％、Nb：0.02％、Mo：0.7％、V：0.05％、Sc：0.05％、P≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球的制備方法，包括以下步驟：
S1、將廢鋼、錳鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，再加入稀土合金、生鐵、鉻鐵合金、釩鐵合金和鎢鐵合金，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體；
S2、將耐磨球坯體淬火處理，然后空冷至室溫后進(jìn)行低溫回火得到耐磨球基體；
S3、將耐磨球基體經(jīng)等離子熔覆、激光熔覆后得到初級(jí)耐磨球；
S4、將初級(jí)耐磨球經(jīng)低溫回火后得到所述球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
實(shí)施例3
本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球，包括熔覆層與耐磨球基體，耐磨球基體其原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：0.85％、Si：0.65％、Mn：1.35％、Cr：11.8％、Ni：0.82％、Cu：0.51％、Al：0.42％、Mg：0.22％、B：0.41％、Ti：0.32％、Zr：0.11％、Nb：0.032％、Mo：0.55％、V：0.11％、Sc：0.035％、P≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球的制備方法，包括以下步驟：
S1、將廢鋼、錳鐵合金、鉻鐵合金和硼鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，升溫至1475℃，保溫28min，再加入稀土合金、生鐵、釩鐵合金和鎢鐵合金，升溫至1535℃，保溫38min，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體；
S2、將耐磨球坯體淬火處理，然后空冷至室溫后進(jìn)行低溫回火得到耐磨球基體；
S3、將等離子熔覆粉末與粘結(jié)劑混合均勻后制成膏狀，然后涂覆在經(jīng)打磨清洗后的耐磨球基體表面，在165℃下烘干，放入等離子裝置中進(jìn)行等離子熔覆；所述等離子熔覆工藝參數(shù)具體如下：離子氣體流量為2.5L/min，保護(hù)氣體為氬氣且氬氣流量為7L/min，轉(zhuǎn)移弧電壓為32V，轉(zhuǎn)移電流為90A，噴距為14.5mm，功率為1.45KW，掃描速度為6.2mm/s，等離子弧光斑直徑為2.4mm，等離子熔覆層厚度為1.5mm；然后用激光熔覆技術(shù)將Ni基合金混合粉末熔覆在S3等離子熔覆后的耐磨球基體上，得到初級(jí)耐磨球；所述激光熔覆技術(shù)工藝參數(shù)為：同步送粉，單道掃描，氬氣保護(hù)激光池，光斑直徑為2.4mm，掃描速度為5.6mm/s，功率為1.27KW，激光熔覆層厚度為1.5mm；
S4、將初級(jí)耐磨球升溫至165℃，保溫25min，升溫至230℃，保溫38min，升溫至320℃，保溫50min，升溫至400℃，保溫75min，升溫至475℃，保溫160min，空冷至室溫得到球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
其中，在S3中，激光熔覆過程采用同步送粉法；
在S3中，等離子熔覆粉末的粒徑為120nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：Ni：11.5％、Cr：17.5％、Mn：3.6％、W：1.15％、Co：6.5％、B：1.85％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
在S3中，Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末與陶瓷粉末組成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末總重量的11.6％；
Ni基合金粉末粒徑為160nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：1.5％、Cr：16.5％、Mo：1.22％、Fe：7.2％、Y：0.125％、B：1.73％、Mn：4.3％、Si：0.65％、Sc：0.055％，其余為Ni及不可避免的雜質(zhì)；
陶瓷粉末粒徑為80nm，其按重量份包括以下組分：15份BN、15份TiN、230份WC、20份Cr3C2、15份B2O3、15份NiO、20份Al2O3。
實(shí)施例4
本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球，包括熔覆層與耐磨球基體，耐磨球基體其原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：0.75％、Si：0.72％、Mn：1.25％、Cr：12.5％、Ni：0.74％、Cu：0.46％、Al：0.56％、Mg：0.15％、B：0.45％、Ti：0.25％、Zr：0.11％、Nb：0.025％、Mo：0.62％、V：0.08％、Sc：0.045％、P≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球的制備方法，包括以下步驟：
S1、將廢鋼、錳鐵合金、鉻鐵合金和硼鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，升溫至1460℃，保溫35min，再加入稀土合金、生鐵、釩鐵合金和鎢鐵合金，升溫至1520℃，保溫45min，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體；
S2、將耐磨球坯體淬火處理，然后空冷至室溫后進(jìn)行低溫回火得到耐磨球基體；
S3、將等離子熔覆粉末與粘結(jié)劑混合均勻后制成膏狀，然后涂覆在經(jīng)打磨清洗后的耐磨球基體表面，在150℃下烘干，放入等離子裝置中進(jìn)行等離子熔覆；所述等離子熔覆工藝參數(shù)具體如下：離子氣體流量為2L/min，保護(hù)氣體為氬氣且氬氣流量為6.5L/min，轉(zhuǎn)移弧電壓為30V，轉(zhuǎn)移電流為80A，噴距為13mm，功率為1.3KW，掃描速度為5.5mm/s，等離子弧光斑直徑為1.5mm，等離子熔覆層厚度為1.2mm；然后用激光熔覆技術(shù)將Ni基合金混合粉末熔覆在S3等離子熔覆后的耐磨球基體上，得到初級(jí)耐磨球；所述激光熔覆技術(shù)工藝參數(shù)為：同步送粉，單道掃描，氬氣保護(hù)激光池，光斑直徑為2.1mm，掃描速度為5.2mm/s，功率為1.22KW，激光熔覆層厚度為1.2mm；
S4、將初級(jí)耐磨球升溫至150℃，保溫30min，升溫至210℃，保溫45min，升溫至290℃，保溫60min，升溫至380℃，保溫90min，升溫至450℃，保溫200min，空冷至室溫得到球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
其中，在S3中，等離子熔覆粉末的粒徑為50nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：Ni：10％、Cr：19.5％、Mn：2.2％、W：1.5％、Co：4％、B：2.5％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末與陶瓷粉末組成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末總重量的10.5％；
Ni基合金粉末粒徑為120nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：1.2％、Cr：18％、Mo：0.8％、Fe：9％、Y：0.08％、B：2.3％、Mn：3.5％、Si：1％、Sc：0.02％，其余為Ni及不可避免的雜質(zhì)；
陶瓷粉末粒徑為80nm，其按重量份包括以下組分：10份BN、20份TiN、25份WC、25份Cr3C2、10份B2O3、20份NiO、15份Al2O3。
實(shí)施例5
本發(fā)明提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球，包括熔覆層與耐磨球基體，耐磨球基體其原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：0.96％、Si：0.55％、Mn：1.52％、Cr：11.5％、Ni：0.85％、Cu：0.44％、Al：0.56％、Mg：0.15％、B：0.45％、Ti：0.24％、Zr：0.12％、Nb：0.025％、Mo：0.67％、V：0.08％、Sc：0.045％、P≤0.015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提出了一種球磨機(jī)用鍍層耐磨球的制備方法，包括以下步驟：
S1、將廢鋼、錳鐵合金、鉻鐵合金和硼鐵合金置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，升溫至1490℃，保溫20min，再加入稀土合金、生鐵、釩鐵合金和鎢鐵合金，升溫至1550℃，保溫30min，經(jīng)脫氧、扒渣、澆注，得到耐磨球坯體；
S2、將耐磨球坯體淬火處理，然后空冷至室溫后進(jìn)行低溫回火得到耐磨球基體；
S3、將等離子熔覆粉末與粘結(jié)劑混合均勻后制成膏狀，然后涂覆在經(jīng)打磨清洗后的耐磨球基體表面，在180℃下烘干，放入等離子裝置中進(jìn)行等離子熔覆；所述等離子熔覆工藝參數(shù)具體如下：離子氣體流量為3L/min，保護(hù)氣體為氬氣且氬氣流量為7.5L/min，轉(zhuǎn)移弧電壓為35V，轉(zhuǎn)移電流為100A，噴距為16mm，功率為1.6KW，掃描速度為7mm/s，等離子弧光斑直徑為3mm，等離子熔覆層厚度為1.8mm；然后用激光熔覆技術(shù)將Ni基合金混合粉末熔覆在S3等離子熔覆后的耐磨球基體上，得到初級(jí)耐磨球；所述激光熔覆技術(shù)工藝參數(shù)為：同步送粉，單道掃描，氬氣保護(hù)激光池，光斑直徑為2.7mm，掃描速度為6mm/s，功率為1.32KW，激光熔覆層厚度為1.8mm；
S4、將初級(jí)耐磨球升溫至180℃，保溫20min，升溫至250℃，保溫30min，升溫至340℃，保溫40min，升溫至420℃，保溫60min，升溫至500℃，保溫120min，空冷至室溫得到球磨機(jī)用鍍層耐磨球。
其中，在S3中，等離子熔覆粉末的粒徑為200nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：Ni：13.5％、Cr：15.5％、Mn：5％、W：0.8％、Co：9％、B：1.2％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末與陶瓷粉末組成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末總重量的13％；
Ni基合金粉末粒徑為200nm，其按質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括以下成分：C：1.8％、Cr：15％、Mo：1.5％、Fe：5％、Y：0.15％、B：1.2％、Mn：5.2％、Si：0.3％、Sc：0.08％，其余為Ni及不可避免的雜質(zhì)；
陶瓷粉末粒徑為100nm，其按重量份包括以下組分：20份BN、10份TiN、35份WC、15份Cr3C2、20份B2O3、10份NiO、25份Al2O3。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。