一種大型耐磨空心磨球的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種大型耐磨空心磨球的制備方法，屬于金屬耐磨材料【技術領域】。其步驟為：步驟一、鑄造造型的準備，泡沫塑料模樣的心部內預設有抽氣支撐機構，抽氣支撐機構包括支撐件和抽氣支管；步驟二、熔煉過程，控制澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成：C：0.3～0.5%、Si：0.5～1.5%、Mn：0.5～2%、Cr：1.0～3.0%、Ni：1.0～3.0、Mo：0.5～2%、B：0.24～0.32%、V：0.28～0.35%、Ti：0.08～0.13%、稀土：0.8～1.2%、P：≤0.02%、S：≤0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質，其中：C%=1.2×B%+（0.06～0.13）；步驟三、澆注過程；步驟四、熱處理。本發明解決了空心磨球韌性不足和傳統砂型鑄造砂芯偏移，球壁不均勻的問題。
【專利說明】一種大型耐磨空心磨球的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬耐磨材料【技術領域】，更具體地說，涉及一種大型耐磨空心磨球的制備方法。
【背景技術】
[0002]EM型中速磨機是英國B&W公司生產的中速球式磨機，六十年代初由國外引進我國，九十年代末我國在引進基礎上開發國產的EM型中速磨機,現已成為我國電力和礦山行業的主要粉磨設備。其主要粉磨原理是磨球在上、下磨環間滾動，將進入磨道間的礦物粉碎，因此磨球和磨環是其主要的易損件。根據設備的大小通常放置5?10個磨球，我國在七十年代在國外引進磨球的基礎上開發了自主的EM型中速磨機磨球,但當時的磨球直徑較小(一般直徑小于500mm),且磨球材質以高碳CrNiMo鋼為主。隨著設備的大型化，其磨球尺寸也增大，外徑由0600mm至01150mm。為了減輕重量,這些磨球均設置為空心的，其壁厚由IOOmm至150mm，重量由0.62噸至3.6噸，并設置5個工藝孔，孔徑從090mm到0100mm，磨球的剖面示意圖如圖1所示，圖中:1、空心磨球本體,2、工藝孔。由于空心磨球在運轉過程中承受較大的沖擊載荷，而高碳CrNiMo鋼的沖擊韌性較低(一般為lOJ/cm2左右)，難以承受較大的沖擊載荷，而造成磨球使用過程中的脆性剝落，甚至碎裂。為了提高空心磨球的韌性，現有技術中一般采用中碳CrNiMo鋼，但是其硬度和韌性的綜合性能指標很難同時滿足大型空心磨球的使用性能要求，導致使用壽命較短，究其原因在于磨球的成分和熱處理工藝不盡合理。
[0003]此外，關于大型空心磨球的鑄造工藝，其最大的難點在于如何控制磨球的薄厚均勻性。在鑄造過程中，砂芯一般通過芯骨固定，但是對于外徑為lOGOOmm至.01150mm的大型空心磨球，其鋼水對砂芯的浮力達幾頓重，現有技術中通過從砂芯中直接引出抽氣管，通過對砂芯抽真空來控制砂芯的位置，但是這種方式仍無法很好解決大型空心磨球的壁厚不均勻問題。現有技術中，對于壁厚為150mm的大型空心磨球，其壁厚的偏差可達±10%左右，即砂芯向上漂浮約15mm，導致空心磨球的上部分壁厚為135mm，空心磨球的下部分壁厚為165mm。大型空心磨球的壁厚不均勻對其使用性能影響重大，具體包括如下幾個方面:
(I)空心磨球的壁厚不均勻，會導致空心磨球在上、下磨環間滾動時對下磨環產生瞬間的震動沖擊力，下磨環容易產生脆裂，從而影響設備的正常運行，維護費用隨之增大；(2)空心磨球的壁厚不均勻，會導致空心磨球在滾動過程中相鄰的磨球之間發生撞擊，從而影響磨球的使用壽命，甚至出現爆球現象；(3)磨球的壁厚不均勻，會導致設備在運行過程中振動和噪聲大，且加重了磨機的能源消耗。綜上所述，空心磨球壁厚不均勻性的原因為:空心磨球鑄造過程中，砂芯固定不牢靠，導致澆注過程中砂芯移位，造成空心磨球的壁厚偏差較大。如何使得大型空心磨球壁厚的偏差在±3%以內，是現有技術中困擾大型空心磨球鑄造企業的技術難題。
[0004]現有技術中關于空心磨球的鑄造技術方案，已有類似公開。其中:中國專利號ZL201120342871.3的專利文件中公開了一種中速磨機空心球的消失模鑄造模具，它由若干套模具單元組合而成，每套模具單元對應于空心球的其中一塊，每套模具單元均包括上模、下模、模片，上模模腔的形狀對應于空心球的外表面形狀，下模模腔的形狀對應于空心球的內表面形狀，上下模組合在一起形成的空腔正好對應于空心球其中一塊的形狀，模片放置在上下模之間，其上下面與上下模的模腔相配合；若干套模具單元得到的鑄件合并在一起為一個完整的空心球。在鑄造的過程中，通過每套模具單元的模片消失使消失模成型機生產空心球的一部分，在組合時雖然可以通過組模模具來保證空心球的同心度和圓整度，但是該申請案無法解決空心磨球壁厚偏差較大的問題。
[0005]此外，中國專利申請號201210119692.2的專利文件公開了一種大型磨機空心球的消失模鑄造工藝，該申請案的步驟為:(1)、設計磨機空心球各分塊模片:根據空心磨球的設計圖紙將磨球分成若干分塊，設計并制作各分塊金屬發泡模具；(2)、制作各分塊模片:選用鑄造專用EPS泡沫珠粒，制作各分塊泡沫模片；(3)、組裝模片:制作磨機空心球泡沫模型，模片粘接縫要用熱熔膠把縫隙勾好；用樣板檢查模片的圓整度，誤差不能大于5毫米；(4)、造型:將組裝好的磨球泡沫模型放入砂箱；在下箱與中圈處，中圈與上箱聯接處放置抽氣管；5個工藝清砂孔用鉻鐵礦砂堵實；(5)、澆注:砂箱四周用耐火泥封堵，防止漏氣，真空度大于0.65MPa ;采用漏包澆注，出爐溫度1580~1650°C，澆注溫度1530~1580°C。該申請案通過分片制模和負壓消失模鑄造工藝，在一定程度上解決了空心磨球壁厚不均勻的問題，但是該申請案關鍵要解決的技術問題是如何在小工作臺上生產大型磨機空心球，采用上述方案砂型的漂浮現象較為嚴重，仍無法控制大型空心磨球壁厚的偏差在±3%以內。

【發明內容】

[0006]1.發明要解決的技術問題
[0007]本發明的目的在于克服現有技術中大型空心磨球的硬度和韌性的綜合性能指標較差，且無法很好控制大型空心磨球壁厚偏差較大的問題，提供了一種大型耐磨空心磨球的制備方法，采用本發明的技術方案，能夠改善大型空心磨球的韌性，保證其使用性能，且大型空心磨球壁厚的偏差可以成功地控制在±3%以內。
[0008]2.技術方案
[0009]為達到上述目的，本發明提供的技術方案為:
[0010]本發明的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其步驟為:
[0011]步驟一、鑄造造型的準備
[0012]根據空心磨球成品的尺寸要求制作泡沫塑料模樣，并將該泡沫塑料模樣刷涂料后烘干；烘干后的泡沫塑料模樣放入砂箱，該泡沫塑料模樣的底部放置有與泡沫塑料模樣弧度相同的半球形冷鐵，并填充復合型砂，填充后在震動機上震動，使復合型砂充滿泡沫塑料模樣的周圍及心部，復合型砂充滿整個砂箱后，在砂箱頂部覆蓋塑料薄膜，然后向砂箱接入抽真空裝置管道并抽真空，砂箱內真空度保持在0.04~0.06MPa ;所述的復合型砂由如下質量百分比的成分組成:55%鉻鐵礦砂、15%石英砂、15%寶珠砂和15%天然硅砂，其中:所述的鉻鐵礦砂由粒徑為≤104 μ m、104~140 μ m、140~180 μ m、180~200 μ m、200~400 μ m粉料組成，其中粒徑為< 104 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的4%，粒徑為104~140 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的27%，粒徑為140~180 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的35%，粒徑為180~200 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的29%，粒徑為200?400 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的5% ；
[0013]所述的泡沫塑料模樣的心部內預設有抽氣支撐機構，該抽氣支撐機構包括支撐件和抽氣支管，所述的支撐件為圓環管狀結構，所述的抽氣支管與支撐件的側壁相固連，且與支撐件的內部空腔相連通，該支撐件的側壁上開設有抽氣孔，抽氣支管穿過工藝孔與抽真空裝置相連接，上述的支撐件水平設置在泡沫塑料模樣心部的復合型砂中；
[0014]步驟二、熔煉過程
[0015]采用中頻感應電爐進行熔融冶煉，將廢鋼、生鐵按照熔化要求依次放入中頻感應電爐中熔化，澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:c:0.3?0.5%、S1:0.5?
1.5%、Mn:0.5 ?2%、Cr:1.0 ?3.0%、N1:1.0 ?3.0、Mo:0.5 ?2%、B:0.24 ?0.32%、V:
0.28 ?0.35%,Ti:0.08 ?0.13%、稀土:0.8 ?1.2%、P S 0.02%,S S 0.02%，余量為 Fe 和不可避免的雜質，其中:C%=1.2XB%+(0.06?0.13)，按照上述澆注鋼水的成分計算合金加入量，待熔化成鋼水后向中頻感應電爐內加入合金進行合金化，其中:硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金破碎至粒度為0.5?1.0mm,且硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金在合金化過程中分別加入其各自加入量的一半，脫氧后鋼水出爐至澆注包，鋼水的出爐溫度為1600?1650°C ;澆注包中進行底吹氬氣攪拌，吹氬流量為200?300NL/min，吹氬時間為3?5min ；
[0016]步驟三、澆注過程
[0017]將步驟二熔煉的鋼水向步驟一鑄造砂型中澆注，澆注溫度為1500?1550°C，澆注包內的鋼水從冒口進入前澆道，與此同時，通過合金加入機構向冒口處加入硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金各自加入量的剩余一半，硼鐵、鑰;鐵和鈦鐵合金隨鋼水進入反應室，鋼水經過反應室后進入后澆道，之后進入泡沫塑料模樣澆注成型，澆注時間為60?90s ;所述的前澆道、反應室和后澆道均設置于砂箱內部，前澆道連通冒口和反應室，后澆道位于反應室下方；
[0018]在澆注成型的過程中，抽真空裝置與抽氣支管相連接，通過支撐件側壁的抽氣孔將泡沫塑料模樣心部的復合型砂抽真空，其真空度控制為0.04?0.06MPa ;澆注結束后待空心磨球鑄件冷卻至200°C以下，即可打開砂箱并對空心磨球鑄件進行清理；
[0019]步驟四、熱處理
[0020]將步驟三清理后的空心磨球進行熱處理，其過程如下:
[0021](I)、將空心磨球裝在箱式電阻爐內，以3°C /min的升溫速率控制升溫至160°C，保溫2小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至290°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至460°C，保溫4小時；再以:TC /min的升溫速率控制升溫至620°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至790°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至870°C，保溫3小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至1020?1050°C，保溫6小時后出爐空冷；
[0022](2)、經步驟(I)處理后冷卻至室溫，再將空心磨球裝入箱式電阻爐進行二次回火，第一次回火過程如下:以:TC /min的升溫速率控制升溫至120°C，保溫2小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至230°C，保溫3小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至3500C，保溫4小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至800?950°C，保溫7小時后出爐空冷；第二次回火過程如下:以:TC /min的升溫速率控制升溫至140°C，保溫2小時；再以3°C /min的升溫速率控制升溫至280°C，保溫6小時后出爐空冷，即得空心磨球。
[0023]優選地，步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:0.42%,Si:0.9%、Mn:1.2%,Cr:2.l%、N1:1.9,Mo:1.7%、B:0.28%,V:0.31%,T1:0.11%、稀土:0.95%、P:0.01%、S:0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0024]優選地，步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:
0.35%、Si:0.5%、Mn:2%、Cr:1.0%、Ni:3.0、Mo:0.5%、B:0.24%、V:0.35%、Ti:0.08%、稀土:
1.2%、P:0.02%、S:0.014%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0025]優選地，步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:0.49%、Si:1.5%、Mn:0.5%、Cr:3.0%、Ni:1.0、Mo:2%、B:0.32%、V:0.28%、Ti:0.13%、稀土:
0.8%、P:0.012%、S:0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0026]3.有益效果
[0027]采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果:
[0028](I)本發明的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，通過在空心磨球中添加以S1、Mn,Cr,Ni為主的合金元素和少量的Mo、B、V、T1、稀土等元素，且控制C%=1.2XB%+ (0.06?
0.13)，對空心磨球進行復合強化處理，改善了空心磨球的組織和淬透性，同時采用改進的澆注系統和澆注工藝，硼鐵、釩鐵和鈦鐵在澆注過程中起到隨流孕育的作用，尤其是反應室的設計，增強了孕育效果，通過澆注過程和熱處理過程來充分發揮S1、Mn、Cr、N1、Mo、B、V、T1、稀土的作用，澆注過程中加入的硼鐵、釩鐵和鈦鐵可有效阻止晶粒長大，使材質組織更加緊密，從而增加了耐磨性和強沖擊韌性，本發明采用多級保溫的熱處理工藝，使得空心磨球表面硬度為55?58HRC，抗拉強度為1300?1500MPa，沖擊韌性大于20J/cm2，達到了空心磨球良好的綜合力學性能，提高了使用壽命；
[0029](2)本發明的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其澆注過程中通過支撐件側壁的抽氣孔將泡沫塑料模樣心部的復合型砂抽真空，真空度控制為0.02?0.08MPa，本發明支撐件的設計，使得泡沫塑料模樣心部的砂芯能夠被穩穩固定住，有效控制了澆注過程中砂芯移位，從而使得本發明的空心磨球壁厚的偏差在±3%以內，解決了多年來困擾大型空心磨球鑄造企業的技術難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發明中空心磨球的剖面示意圖；
[0031]圖2是本發明中抽氣支撐機構的結構示意圖；
[0032]圖3是本發明中澆注系統的結構示意圖；
[0033]圖4是實施例1中空心磨球的金相組織圖。
[0034]示意圖中的標號如下:1、空心磨球本體，2、工藝孔；3、支撐件；4、抽氣支管；5、澆注包；6、合金加入機構；71、前澆道；72、后澆道；8、反應室；9、泡沫塑料模樣；10、砂箱。
【具體實施方式】
[0035]為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
[0036]實施例1
[0037]結合圖1、圖2和圖3，本實施例的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其具體步驟為:
[0038]步驟一、鑄造造型的準備[0039]本實施例空心磨球成品要求的外圓直徑為1000mm，壁厚要求為150mm，空心磨球本體1上設置有5個工藝孔2，工藝孔2的孔徑為1OOmm (如圖1所示)。根據空心磨球成品的尺寸要求制作泡沫塑料模樣9，并將該泡沫塑料模樣9刷涂料后烘干，本實施例中的涂料由如下組分及其質量百分比組成:6%高爐布袋除塵灰、7%鈦白粉、5%無鈣鉻渣、18%白剛玉、23%石灰石、17%甲基硅油、15%羥基硅油、9%烷基酚聚氧乙烯醚，采用本實施例配置的涂料，能夠保證鑄件表面的光潔度，提高了鑄件產品質量。烘干后的泡沫塑料模樣9放入砂箱10，為了改變鋼水的凝固速度符合本實施例的消失模要求，泡沫塑料模樣9的底部放置有與泡沫塑料模樣9弧度相同的半球形冷鐵，并填充復合型砂，填充后在震動機上震動，使復合型砂充滿泡沫塑料模樣9的周圍及心部，復合型砂充滿整個砂箱10后，在砂箱10頂部覆蓋塑料薄膜，然后向砂箱10接入抽真空裝置管道并抽真空，本發明中砂箱10內真空度保持在0.04~0.06MPa均可，本實施例中砂箱10內真空度保持在0.05MPa。本實施例中的復合型砂由如下質量百分比的成分組成:55%鉻鐵礦砂、15%石英砂、15%寶珠砂和15%天然硅砂，其中:所述的鉻鐵礦砂由粒徑為≤104 μ m、104~140 μ m、140~180 μ m、180~200 μ m、200~400 μ m粉料組成，其中粒徑為≤ 104 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的4%，粒徑為104~140 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的27%，粒徑為140~180 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的35%，粒徑為180~200 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的29%，粒徑為200~400 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的5%。本實施例中特定配置的復合型砂具有很好的透氣性和冷卻性，對消失模的鑄造工藝順利進行具有重要作用，尤其是其粒度的合理配置，為真空度的控制鋪墊了基礎，從而有利于澆注過程的控制。
[0040]本實施例中泡沫塑料模樣9的心部內預設有抽氣支撐機構(如圖2所示)，該抽氣支撐機構包括支撐件3和抽氣支管4，所述的支撐件3為圓環管狀結構，所述的抽氣支管4與支撐件3的側壁相固連，且與支撐件3的內部空腔相連通，該支撐件3的側壁上開設有抽氣孔，抽氣支管4穿過工藝孔2與抽真空裝置相連接，上述的支撐件3水平設置在泡沫塑料模樣9心部的復合型砂中。本實施例中抽氣孔的孔徑為5mm，孔距為10cm，本實施例中為了保證抽氣支撐機構起到最好的固定砂芯的效果，支撐件3的外周距離泡沫塑料模樣9內壁的距離應為50~150mm。
[0041]步驟二、熔煉過程
[0042]采用中頻感應電爐進行熔融冶煉，將廢鋼、生鐵按照熔化要求依次放入中頻感應電爐中熔化，其中廢鋼、生鐵要去除其表面的油跡和銹蝕。本發明中澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:c:0.3~0.5%、Si:0.5~1.5%,Mn:0.5~2%、Cr:1.0~3.0%、N1:1.0 ~3.0,Mo:0.5 ~2%、B:0.24 ~0.32%、V:0.28 ~0.35%、Ti:0.08 ~0.13%、稀土:0.8~1.2%、P:≤0.02%、S:≤0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質，其中:C%=1.2XB%+(0.06~0.13)。本實施例中澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:0.42%、Si:0.9%、Mn:1.2%,Cr:2.l%、N1:1.9,Mo:1.7%、B:0.28%,V:0.31%,T1:0.11%、稀土:0.95%、P:0.01%,S:0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。按照上述澆注鋼水的成分計算合金加入量，待熔化成鋼水后向中頻感應電爐內加入合金進行合金化，其中:硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金破碎至粒度為0.5~1.0mm，且硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金在合金化過程中分別加入其各自加入量的一半，脫氧后鋼水出爐至澆注包5，鋼水的出爐溫度為1600~1650°C ;澆注包5中進行底吹氬氣攪拌，吹氬流量為200~300NL/min，吹氬時間為3~5min。關于本本發明中澆注鋼水的部分元素詳細說明如下:1) Cr可以固溶強化基體，提高鋼的淬透性、耐磨性和耐腐蝕性，在提高硬度和強度的同時不降低沖擊韌度，具有較高的回火抵抗能力，含鉻量控制在
1.0?3.0% ；2) B在鋼中的作用主要是為了提高鋼的淬透性，加入量過少，對提高鋼的淬透性作用不明顯，加入量過多，易形成硼化物，降低鋼的韌性；此外，B、V、T1、稀土有利于細化晶粒，提高基體強度和沖擊韌性，本發明的組分中B含量應該控制在0.24?0.32%，V含量應該控制在0.28?0.35%，Ti含量應該控制在0.08?0.13%，稀土含量應該控制在0.8?
1.2%，本實施例中的稀土采用釔基重稀土 ；3)本發明中控制C%=1.2XB%+(0.06?0.13)，才能在配合合適的熱處理工藝下最大限度的挖掘材料潛力，獲得優良綜合力學性能的材料。
[0043]步驟三、澆注過程
[0044]將步驟二熔煉的鋼水向步驟一鑄造砂型中澆注，澆注溫度為1500?1550°C均可，本實施例中的澆注溫度為1530°C，澆注包5內的鋼水從冒口進入前澆道71，與此同時，通過合金加入機構6向冒口處加入硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金各自加入量的剩余一半，硼鐵、釩鐵和鈦鐵合金隨鋼水進入反應室8，鋼水經過反應室8后進入后澆道72，之后進入泡沫塑料模樣9澆注成型，澆注時間為80s ;所述的前澆道71、反應室8和后澆道72均設置于砂箱10內部，前澆道71連通冒口和反應室8，后澆道72位于反應室8下方(如圖3所示)。本實施例中在燒注過程中隨鋼水一起加入硼鐵、鑰;鐵、鈦鐵合金，硼鐵、fL鐵和鈦鐵在燒注過程中起到隨流孕育的作用，通過反應室8的停留混合，使得B、V、Ti的形核作用得以充分發揮，從而保證空心磨球的硬度和沖擊韌性。本實施例中的反應室8增加了鋼水的流動速度，避免了鑄件形成夾砂、縮孔、韌性小的問題。
[0045]本實施例在澆注成型的過程中，抽真空裝置與抽氣支管4相連接，通過支撐件3側壁的抽氣孔將泡沫塑料模樣9心部的復合型砂抽真空，其真空度控制為0.05MPa，此處的真空度需控制與步驟一中砂箱10內真空度一致；澆注結束后待空心磨球鑄件冷卻至200°C以下，即可打開砂箱10并對空心磨球鑄件進行清理。本實施例中創新地設計了圓環管狀結構的支撐件3，通過支撐件3對泡沫塑料模樣9心部的復合型砂抽真空，使得泡沫塑料模樣9內部的砂芯吸附于一體，且砂芯被牢靠的固定，從而從根本上解決了砂芯移位的問題。現有技術中為了可靠固定砂芯的位置，一般都是從連接砂芯的芯骨強度去考慮，有些技術人員選用高強度的鋼管作為芯骨，但是均未能可靠的固定砂芯，原因在于砂芯的漂浮力有幾頓重，不可能僅僅通過外界的芯骨來壓制住，另由于泡沫塑料模樣9在澆溫時，高溫分解時產生大量的氣體，造成泡沫塑料模樣9心部的真空度大大降低，通過本發明的抽氣支撐機構可以及時有效的把泡沫分解產生的氣體抽走，從而保證真空度，保證砂芯有足夠的強度，不發生變形及上浮現象。本 申請人:創新得從砂芯的內部著手，巧妙地解決了困擾技術人員多年的技術難題。
[0046]步驟四、熱處理
[0047]將步驟三清理后的空心磨球進行熱處理，其過程如下:
[0048](I)、將空心磨球裝在箱式電阻爐內，以3°C /min的升溫速率控制升溫至160°C，保溫2小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至290°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至460°C，保溫4小時；再以:TC /min的升溫速率控制升溫至620°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至790°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至870°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至1030°C，保溫6小時后出爐空冷；
[0049](2)、經步驟(I)處理后冷卻至室溫，再將空心磨球裝入箱式電阻爐進行二次回火，第一次回火過程如下:以:TC /min的升溫速率控制升溫至120°C，保溫2小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至230°C，保溫3小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至350°C，保溫4小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至892°C，保溫7小時后出爐空冷；第二次回火過程如下:以:TC /min的升溫速率控制升溫至140°C，保溫2小時；再以3°C /min的升溫速率控制升溫至280°C，保溫6小時后出爐空冷，即得空心磨球。本實施例針對空心磨球的形狀結構及其材質，創新地提出了多級保溫的熱處理工藝，使得熱處理過程中整個空心磨球的溫度變化均一，從而大大提高了空心磨球的綜合力學性能，本實施例制得的空心磨球表面硬度為57HRC，抗拉強度為1450MPa，沖擊韌性為24J/cm2，其金相組織如圖4所示。
[0050]實施例2
[0051]本實施例的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其基本步驟同實施例1，不同之處在于:步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:c:0.35%、Si:0.5%、Mn:2%、Cr:1.0%、N1:3.0、Mo:0.5%、B:0.24%、V:0.35%、T1:0.08%、稀土:1.2%、P:0.02%、S:
0.014%，余量為Fe和不可避免的雜質。本實施例制得的空心磨球表面硬度為58HRC，抗拉強度為1380MPa，沖擊韌性為22J/cm2。
[0052]實施例3
[0053]本實施例的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其基本步驟同實施例1，不同之處在于:步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:c:0.49%、Si:1.5%、Mn:0.5%、Cr:3.0%、Ni:1.0、Mo:2%、B:0.32%、V:0.28%、Ti:0.13%、稀土:0.8%、P:0.012%、
S:0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。本實施例制得的空心磨球表面硬度為56HRC，抗拉強度為1460MPa，沖擊韌性為23J/cm2。
[0054]實施例1?3的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其空心磨球采用特定的成分并結合創新地真空消失模法制造工藝，配合本發明的澆注系統，解決了空心磨球韌性不足和傳統砂型鑄造砂芯偏移，球壁不均勻的問題，配以合適的熱處理工藝，滿足了 EM型中速磨機對大型空心磨球的使用要求。使用壽命達2?2.5年，相比于現有技術中普通大型磨球I年的使用壽命而言，具有突出的顯著進步。
【權利要求】
1.一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其特征在于，其步驟為: 步驟一、鑄造造型的準備 根據空心磨球成品的尺寸要求制作泡沫塑料模樣(9)，并將該泡沫塑料模樣(9)刷涂料后烘干；烘干后的泡沫塑料模樣(9 )放入砂箱(10 ),該泡沫塑料模樣(9 )的底部放置有與泡沫塑料模樣(9)弧度相同的半球形冷鐵，并填充復合型砂，填充后在震動機上震動，使復合型砂充滿泡沫塑料模樣(9)的周圍及心部，復合型砂充滿整個砂箱(10)后，在砂箱(10)頂部覆蓋塑料薄膜，然后向砂箱(10)接入抽真空裝置管道并抽真空，砂箱(10)內真空度保持在0.04~0.06MPa ;所述的復合型砂由如下質量百分比的成分組成:55鐵礦砂、15%石英砂、15%寶珠砂和15%天然硅砂，其中:所述的鉻鐵礦砂由粒徑為≤104μm、104~140 μ m、140~180 μ m、180~200 μ m、200~400 μ m粉料組成，其中粒徑為≤104 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的4%，粒徑為104~140 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的27%，粒徑為140~180 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的35%，粒徑為180~200 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的29%，粒徑為200~400 μ m的粉料鉻鐵礦砂總質量的5% ； 所述的泡沫塑料模樣(9)的心部內預設有抽氣支撐機構，該抽氣支撐機構包括支撐件(3)和抽氣支管(4)，所述的支撐件(3)為圓環管狀結構，所述的抽氣支管(4)與支撐件(3)的側壁相固連，且與支撐件(3)的內部空腔相連通，該支撐件(3)的側壁上開設有抽氣孔，抽氣支管(4 )穿過工藝孔(2 )與抽 真空裝置相連接，上述的支撐件(3 )水平設置在泡沫塑料模樣(9)心部的復合型砂中； 步驟二、熔煉過程 采用中頻感應電爐進行熔融冶煉，將廢鋼、生鐵按照熔化要求依次放入中頻感應電爐中熔化，澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:0.3~0.5%、Si:0.5~1.5%、Mn:0.5 ~2%、Cr:1.0 ~3.0%、N1:1.0 ~3.0、Mo:0.5 ~2%、B:0.24 ~0.32%、V:0.28 ~.0.35%, Ti:0.08 ~0.13%、稀土:0.8 ~1.2%、P ≤ 0.02%、S ≤ 0.02%，余量為 Fe 和不可避免的雜質，其中:c%=l.2XB%+ (0.06~0.13)，按照上述澆注鋼水的成分計算合金加入量，待熔化成鋼水后向中頻感應電爐內加入合金進行合金化，其中:硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金破碎至粒度為0.5~1.0mm，且硼鐵、釩鐵、鈦鐵合金在合金化過程中分別加入其各自加入量的一半，脫氧后鋼水出爐至澆注包(5)，鋼水的出爐溫度為1600~1650°C;澆注包(5)中進行底吹氬氣攪拌，吹氬流量為200~300NL/min，吹氬時間為3~5min ； 步驟三、澆注過程 將步驟二熔煉的鋼水向步驟一鑄造砂型中澆注，澆注溫度為1500~1550°C，澆注包(5)內的鋼水從冒口進入前澆道(71)，與此同時，通過合金加入機構(6)向冒口處加入硼鐵、鑰;鐵、鈦鐵合金各自加入量的剩余一半，硼鐵、fL鐵和鈦鐵合金隨鋼水進入反應室(8 ),鋼水經過反應室(8)后進入后澆道(72)，之后進入泡沫塑料模樣(9)澆注成型，澆注時間為.60~90s ;所述的前澆道(71)、反應室(8)和后澆道(72)均設置于砂箱(10)內部，前澆道(71)連通冒口和反應室(8)，后澆道(72)位于反應室(8)下方； 在澆注成型的過程中，抽真空裝置與抽氣支管(4)相連接，通過支撐件(3)側壁的抽氣孔將泡沫塑料模樣(9)心部的復合型砂抽真空，其真空度控制為0.04~0.06MPa ;澆注結束后待空心磨球鑄件冷卻至200°C以下，即可打開砂箱(10)并對空心磨球鑄件進行清理；步驟四、熱處理將步驟三清理后的空心磨球進行熱處理，其過程如下: (1)、將空心磨球裝在箱式電阻爐內，以3°C/min的升溫速率控制升溫至160°C，保溫2小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至290°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至460°C，保溫4小時；再以3°C /min的升溫速率控制升溫至620°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至790°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至870°C，保溫3小時；再以2°C /min的升溫速率控制升溫至1020~1050°C，保溫6小時后出爐空冷； (2)、經步驟(1)處理后冷卻至室溫，再將空心磨球裝入箱式電阻爐進行二次回火，第一次回火過程如下:以:TC /min的升溫速率控制升溫至120°C，保溫2小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至230°C，保溫3小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至350°C，保溫4小時；再以2V /min的升溫速率控制升溫至800~950°C，保溫7小時后出爐空冷；第二次回火過程如下:以:TC /min的升溫速率控制升溫至140°C，保溫2小時；再以3°C /min的升溫速率控制升溫至280°C，保溫6小時后出爐空冷，即得空心磨球。
2.根據權利要求1所述的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其特征在于:步驟一熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:0.42%、S1:0.9%、Mn:1.2%、Cr:.2.1%, Ni:1.9、Mo:1.7%、B:0.28%、V:0.31%、Ti:0.11%、稀土:0.95%、P:0.01%、S:0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其特征在于:步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:c:0.35%、Si:0.5%、Mn:2%、Cr:.1.0%, Ni:3.0 、Mo:0.5%、B:0.24%、V:0.35%、T1:0.08%、稀土:1.2%、P:0.02%、S:0.014%，余量為Fe和不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的一種大型耐磨空心磨球的制備方法，其特征在于:步驟二熔煉的澆注鋼水的成分由如下組分及其質量百分比組成:C:0.49%、S1:1.5%、Mn:0.5%、Cr:.3.0%, Ni:1.0、Mo:2%、B:0.32%、V:0.28%、T1:0.13%、稀土:0.8%、P:0.012%、S:0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質。
【文檔編號】C22C38/58GK103639363SQ201310739722
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】江海燕, 孫愛民 申請人:馬鞍山市海天重工科技發展有限公司