一種球磨機用高耐熱耐磨球的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種球磨機用高耐熱耐磨球，其成分包括：C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、V、W、Nb、Ca、Zr、Mg、Zn、Cu、S、P、Fe和雜質；熱處理過程中采用了不同的升溫速率；利用激光熔覆的方法對耐磨球表面進行了改性，所用激光熔覆粉末其組成包括：Cr、C、Si、B、Re、Al2O3、Ni，以及納米CeO2和納米SiC；所述激光熔覆的工藝參數為：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設置為1.5-2.0KW，光板直徑為1-2.5mm，熔覆速度為2-4mm/s。本發明所述的球磨機用高耐熱耐磨球具有優異的耐熱性，同時具有良好的耐磨性、硬度和韌性。
【專利說明】一種球磨機用高耐熱耐磨球

【技術領域】
[0001] 本發明涉及研磨材料【技術領域】，尤其涉及一種球磨機用高耐熱耐磨球。

【背景技術】
[0002] 摩擦行為無處不在，造成了巨大的國民經濟損失。調查發現，僅磨料磨損一項每年 就使得工業國家損失國民生產總值的1% -4%，隨著經濟的高速發展和社會的進步，磨損 所帶來的社會損失將更加巨大。
[0003] 磨損材料一般在相對應的工況條件下使用，由于使用環境的不同對其性能要求也 不同。在干磨的條件下，耐磨材料的失效形式主要是磨料磨損引起的材料磨損、宏觀斷裂和 磨損面變形，由此提出對耐磨材料的基本性能要求：（1)高的硬度，高硬度的基體可以抵抗 磨粒對基體的微觀切削作用，在一定程度上體現了材料的耐磨性；(2)較高的塑韌性、應變 疲勞抗力、脆斷抗力和剝層疲勞抗力，高的塑韌性可以減少或者抑制裂紋的萌生和擴展，特 別是在高沖擊作用的工況下具有優異的抗斷裂破壞能力；（3)高的淬透性材料的淬透性高 才能保證在大尺寸條件下材料整體組織均勻、性能穩定，耐磨性得予保證。
[0004] 耐磨球作為球磨機中的磨砂介質，既要有高的耐磨性、硬度又要有好的韌性。但 是，現存的耐磨球在耐熱性、耐磨性、硬度和韌性方面性能欠佳，不能滿足現在社會的要求。


【發明內容】

[0005] 本發明提出了一種球磨機用高耐熱耐磨球，該耐磨球具有優異的耐熱性，同時具 有良好的耐磨性、硬度和韌性。
[0006] 本發明提出了 一種球磨機用高耐熱耐磨球，其組成成分按質量分數包括： C: 1.3-2. 2 %, Μη:0. 12-0. 46 %, Si :0. 53-0. 81 %, Ni :0. 21-0. 45 %, Cr:4. 2-5. 95 %, Mo: 1.1-1.5 %, V:0.7-1.0 %, ff: 1.5-4. 5 %,Nb:0. 2-0.5 %, Ca:0. 01-0. 038 %, Zr:0. 01-0. 015 %, Mg:0. 02-0. 06 %, Zn:0. 02-0. 10 %, Cu:0. 01-0. 03 %, S ^ 0. 028 %, P < 0. 033%，余量為Fe和一些不可避免的雜質；
[0007] 根據上述組成成分配比，所述球磨機用高耐熱耐磨球按照以下工藝進行制備：
[0008] S1、熔煉：將廢鋼加入到中頻感應熔煉爐中，并加熱至1500_1520 °C，保溫 20-45min后加入鉻鐵、鑰鐵、釩鐵、鎢鐵、鈮鐵，待完全熔化后加入硅鐵和錳鐵，升溫至 1530-1570°C加熱至完全熔化后加入鎂鎳合金、硅鈣合金、鋯鐵、金屬鋅，各原料完全熔化扒 渣后得到鋼液，澆注，待鋼液完全凝固后開模，爐冷至室溫得到耐磨球坯體；
[0009] S2、熱處理：將S1中得到的耐磨球坯體放入電爐中，在50-55min內從室溫升溫至 780-800°C，保溫 40-60min，在 25-30min 內升溫至 980-1040°C，保溫 13-15min，在 2-3min 內 升溫至1050-1080°C，保溫12-15min，得到中間球坯；將得到的中間球坯放入電爐中，加熱 至300-38(TC，保溫20-35min，水冷至室溫；加熱至300-380°C，保溫10_25min，空冷至室溫 得到熱處理球坯；
[0010] S3、熔覆前預處理：將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至50-85°C，加熱3-5h，將 加熱后的熔覆粉末放入球磨機中，用納米Ce02和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨2-3h， 得到復合粉體；將S2中得到的熱處理球坯用乙醇清洗之后用砂紙打磨然后再用丙酮清洗； 將復合粉體與粘接劑混合后壓制在清洗后的熱處理球坯的表面，厚度為〇. 1-0. 2mm，得到 預處理球坯；其中，所述熔覆粉末按其組成按重量份數包括：Cr 5-10份、C 0. 3-0. 8份、Si 1-3 份、B 1-3. 5 份、ReO. 1-0. 4 份、Α12030· 5-1. 3 份、Ni 75-82 份；納米 Ce02 和納米 SiC 的 重量為復合粉體重量份的2-5wt% ;
[0011] S4、熔覆：將S3中得到的預處理球坯放入激光熔覆設備中進行激光熔覆得到所述 耐磨球；其中激光熔覆的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設置 為1. 5-2. 0KW，光板直徑為1-2. 5mm，熔覆速度為2-4mm/s。
[0012] 優選地，上述球磨機用高耐熱耐磨球，其組成成分按質量分數包括：C:l. 5%， Μη:0. 33%, Si:0. 75%, Ni:0. 42%, Cr:4. 89%, Mo:l. 3%, V:0. 82%, ff:2. 6%, Nb:0. 41%, Ca:0. 029%, Zr:0. 013%, Mg:0. 046%, Zn:0. 07%，Cu:0. 019%, S:0. 028%, P:0. 033%，余 量為Fe和一些不可避免的雜質。
[0013] 優選地，在S2中，將S1中得到的耐磨球坯體放入電爐中，在52min內從室溫升溫 至788°C，保溫46min，在28min內升溫至1030°C，保溫15min，在3min內升溫至1075°C，保 溫14min得到中間球坯；將得到的中間球坯放入電爐中，加熱至326°C，保溫29min，水冷至 室溫；加熱至350°C，保溫17min，空冷至室溫得到熱處理球坯。
[0014] 優選地，在S3中，所述粘接劑為環氧樹脂、羥甲基纖維素鈉、大豆油醇酸樹脂中的 一種。
[0015] 優選地，在S3中，將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至75°C，加熱4h，將加熱后 的熔覆粉末放入球磨機中，用納米Ce0 2和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨2. 2h，得到復 合粉體；將S2中得到的熱處理球坯用乙醇然后用砂紙打磨再用丙酮清洗；將復合粉體與粘 接劑混合后壓制在清洗后的球坯的表面，厚度為〇. 15_，得到預處理球坯；其中，所述熔覆 粉末其組成按重量份數包括：Cr 8份、C 0.7份、Si 2份、B 3. 3份、Re 0.3份、A12030. 9份、 Ni 79份；納米Ce02和納米SiC的重量為復合粉體重量份的3wt%。
[0016] 優選地，在S3中，所述納米Ce02的粒徑為10-18nm，納米SiC的粒徑為20-25nm。
[0017] 優選地，在S4中，激光熔覆的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池， 激光功率設置為1. 9KW，光板直徑為2. 4_，熔覆速度為4mm/s。
[0018] 本發明所述球磨機用高耐熱耐磨球熱處理工藝中，采取了不同的升溫速率，防止 奧氏體中析出過多的碳化物同時防止奧氏體大量分解為共析組織，提高了耐磨球的性能； 熔覆粉末中混合了納米Ce0 2和納米SiC，納米Ce02和納米SiC在熔池的攪拌作用下，均勻、 彌散的分布在了液態金屬中，作為異質成核的核心，促使液態金屬形核率大幅度提高，同時 納米Ce0 2和納米SiC的比表面積很大，附著在液固界面前沿，阻礙了形核后的晶體生長， 細化了熔覆層組織；加入納米Ce0 2和納米SiC后，改變了熔覆層的組織結構，細化了晶粒， 減少了熔覆層內部晶界出現的大量析出物，提高了氧化膜的致密度，在高溫的條件下，納米 SiC和納米〇6〇2會加速熔覆層中Cr元素的選擇性氧化，使得參與基體Ni元素基本不參加氧 化，有效的抑制了 Cr203的揮發，提高了與耐磨球的附著性，晶粒的細化有利于熱應力和生 長應力的釋放，提高了氧化膜的抗剝落能力，在高溫下減少了耐磨球的內氧化，增強了耐磨 球的耐高溫性，得到了具有優異的耐熱性，同時具有良好的耐磨性、硬度和韌性的耐磨球。

【具體實施方式】
[0019] 下面通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0020] 實施例1
[0021] 本發明所述球磨機用高耐熱耐磨球，其組成成分按質量分數包括：C:l. 3%， Μη:0. 29%, Si:0. 81%, Ni:0. 21%, Cr:5. 95%, Mo:l. 5%, V:l. 0%, ff:l. 5%, Nb:0. 36%, Ca:0. 038%, Zr:0. 012%, Mg:0. 02%, Zn:0. 10%，Cu:0. 01%, S:0. 028%, P:0. 033%,余量 為Fe和一些不可避免的雜質；
[0022] 根據上述組成成分配比，所述球磨機用高耐熱耐磨球按照以下工藝進行制備：
[0023] S1、熔煉：將廢鋼加入到中頻感應熔煉爐中，并加熱至1520°C，保溫20min后加入 鉻鐵、鑰鐵、釩鐵、鎢鐵、鈮鐵，待完全熔化后加入硅鐵和錳鐵，升溫至1570°C加熱至完全熔 化后加入鎂鎳合金、硅鈣合金、鋯鐵、金屬鋅，各原料完全熔化扒渣后得到鋼液，澆注，待鋼 液完全凝固后開模，爐冷至室溫得到耐磨球坯體；
[0024] S2、熱處理：將S1中得到的耐磨球坯體放入電爐中，在50min內從室溫升溫至 780°C，保溫60h，在27min內升溫至980°C，保溫15min，在2min內升溫至1062°C，保溫 14. lmin，得到中間球坯；將得到的中間球坯放入電爐中，加熱至380°C，保溫20min，水冷至 室溫；加熱至380°C，保溫lOmin，空冷至室溫得到熱處理球坯；
[0025] S3、熔覆前預處理：將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至50°C，加熱5h，將加熱 后的熔覆粉末放入球磨機中，用納米Ce0 2和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨2. 4h，得 到復合粉體；將S2中得到的熱處理球坯用乙醇清洗三次，用砂紙打磨25min，用丙酮清洗 三次；將復合粉體與環氧樹脂混合后壓制在清洗后的球坯的表面，厚度為〇. 17mm，得到預 處理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份數包括：Cr 10份、C 0.5份、Si 3份、B 3. 5份、Re 0. 1份、A12030. 5份、Ni 82份；納米Ce02和納米SiC的重量為復合粉體重量的3wt%，所述 納米Ce02的粒徑為10nm,納米SiC的粒徑為25nm ;
[0026] S4、熔覆：將S3中得到的預處理球坯放入激光熔覆設備中進行激光熔覆得到所述 耐磨球；其中激光熔覆層的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設 置為2. OKW，光板直徑為1. 7mm，熔覆速度為4mm/s。
[0027] 實施例2
[0028] 本發明所述球磨機用高耐熱耐磨球，其組成成分按質量分數包括：C:2. 2%， Μη:0. 12%, Si:0. 71%, Ni:0. 45%, Cr:5. 32%, Mo:l. 1%, V:0. 8%, ff:4. 5%, Nb:0. 5%, Ca:0. 019%, Zr:0. 015%，Mg:0. 05%, Zn:0. 02%，Cu :0· 018%，S:0. 020%，P:0. 030%，余 量為Fe和一些不可避免的雜質；
[0029] 根據上述組成成分配比，所述球磨機用高耐熱耐磨球按照以下工藝進行制備：
[0030] S1、熔煉：將廢鋼加入到中頻感應熔煉爐中，并加熱至1500°C，保溫45min后加入 鉻鐵、鑰鐵、釩鐵、鎢鐵、鈮鐵，待完全熔化后加入硅鐵和錳鐵，升溫至1530°C加熱至完全熔 化后加入鎂鎳合金、硅鈣合金、鋯鐵、金屬鋅，各原料完全熔化扒渣后得到鋼液，澆注，待鋼 液完全凝固后開模，爐冷至室溫得到耐磨球坯體；
[0031] S2、熱處理：將S1中得到的耐磨球坯體放入電爐中，在55min內從室溫升溫至 788°C，保溫 56min，在 25min 內升溫至 1000°C，保溫 14. 2min，在 2. 6min 內升溫至 1050°C， 保溫15min得到中間球坯；將得到的中間球坯放入電爐中，加熱至300°C，保溫35min，水冷 至室溫；加熱至30(TC，保溫25min，空冷至室溫得到熱處理球坯；
[0032] S3、熔覆前預處理：將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至64°C，加熱3h，將加熱 后的熔覆粉末放入球磨機中，用納米Ce0 2和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨3h，得到復 合粉體；將S2中得到的熱處理球坯用乙醇清洗三次，用砂紙打磨lOmin，用丙酮清洗三次； 將復合粉體與羥甲基纖維素鈉混合后壓制在清洗后的球坯的表面，厚度為〇. 1_，得到預處 理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份數包括：Cr 5份、C 0.3份、Si 1.4份、B 1份、Re 0.4 份、A12031份、Ni 75份；納米Ce02和納米SiC的重量為復合粉體重量的2wt%，所述納米 Ce02的粒徑為18nm，納米SiC的粒徑為20nm ;
[0033] S4、熔覆：將S3中得到的預處理球坯放入激光熔覆設備中進行激光熔覆得到所述 耐磨球；其中激光熔覆層的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設 置為1. 5KW，光板直徑為1mm，熔覆速度為2mm/s。
[0034] 實施例3
[0035] 本發明所述球磨機用高耐熱耐磨球，其組成成分按質量分數包括：C:l. 9%， Μη:0. 46%, Si:0. 53%, Ni:0. 32%, Cr:4. 2%, Mo:l. 22%, V:0. 7%, ff:3. 4%, Nb:0. 2%, Ca:0. 038%，Zr:0. 015%，Mg:0. 06%，Zn:0. 07%，Cu:0. 03%，S :0· 025%，P :0· 028%，余量 為Fe和一些不可避免的雜質；
[0036] 根據上述組成成分配比，所述球磨機用高耐熱耐磨球按照以下工藝進行制備：
[0037] S1、熔煉：將廢鋼加入到中頻感應熔煉爐中，并加熱至1508°C，保溫32min后加入 鉻鐵、鑰鐵、釩鐵、鎢鐵、鈮鐵，待完全熔化后加入硅鐵和錳鐵，升溫至1544°C加熱至完全熔 化后加入鎂鎳合金、硅鈣合金、鋯鐵、金屬鋅，各原料完全熔化扒渣后得到鋼液，澆注，待鋼 液完全凝固后開模，爐冷至室溫得到耐磨球坯體；
[0038] S2、熱處理：將S1中得到的耐磨球坯體放入電爐中，在51min內從室溫升溫至 800°C，保溫40min，在30min內升溫至1040°C，保溫13min，在3min內升溫至1080°C，保溫 12min得到中間球坯；將得到的中間球坯放入電爐中，加熱至312°C，保溫26min，水冷至室 溫；加熱至312°C，保溫17min，空冷至室溫得到熱處理球坯；
[0039] S3、熔覆前預處理：將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至85°C，加熱3. 6h，將加 熱后的熔覆粉末放入球磨機中，用納米Ce02和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨2h，得 到復合粉體；將S2中得到的熱處理球坯用乙醇清洗三次，用砂紙打磨14min，用丙酮清洗三 次；將復合粉體與大豆油醇酸樹脂混合后壓制在清洗后的球坯的表面，厚度為〇. 2_，得到 預處理球坯；其中，所述熔覆粉末按重量份數包括：Cr 6份、C 0. 8份、Si 1份、B 1. 8份、Re 0. 3份、A12031. 3份、Ni 77份；納米Ce02和納米SiC的重量為復合粉體重量的5wt%，所述 納米Ce02的粒徑為12nm,納米SiC的粒徑為23nm ;
[0040] S4、熔覆：將S3中得到的預處理球坯放入激光熔覆設備中進行激光熔覆得到所述 耐磨球；其中激光熔覆層的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設 置為1. 8KW，光板直徑為2. 5mm，熔覆速度為3mm/s。
[0041] 實施例4
[0042] 本發明所述球磨機用高耐熱耐磨球，其組成成分按質量分數包括：C:l. 5%， Μη:0. 33%, Si:0. 75%, Ni:0. 42%, Cr:4. 89%,Mo:l. 3%, V:0. 82%,ff:2. 6%,Nb:0. 41%,
【權利要求】
1. 一種球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，其組成成分按質量分數包括： C: 1.3-2. 2 %, Μη:0. 12-0. 46 %, Si :0. 53-0. 81 %, Ni :0. 21-0. 45 %, Cr:4. 2-5. 95 %, Mo: 1.1-1.5 %, V:0.7-1.0 %, ff: 1.5-4. 5 %,Nb:0. 2-0.5 %, Ca:0. 01-0. 038 %, Zr:0. 01-0. 015 %，Mg:0. 02-0. 06 %，Zn:0. 02-0. 10 %，Cu:0. 01-0. 03 %，S 彡 0· 028 %， P < 0. 033%，余量為Fe和一些不可避免的雜質； 根據上述組成成分配比，所述球磨機用高耐熱耐磨球按照以下工藝進行制備： 51、 熔煉：將廢鋼加入到中頻感應熔煉爐中，并加熱至1500-1520°C，保溫20-45min后 加入鉻鐵、鑰鐵、釩鐵、鎢鐵、鈮鐵，待完全熔化后加入硅鐵和錳鐵，升溫至1530-1570°C加熱 至完全熔化后加入鎂鎳合金、硅鈣合金、鋯鐵、金屬鋅，各原料完全熔化扒渣后得到鋼液，澆 注，待鋼液完全凝固后開模，爐冷至室溫得到耐磨球坯體； 52、 熱處理：將S1中得到的耐磨球坯體放入電爐中，在50-55min內從室溫升溫至 780-800°C，保溫 40-60min，在 25-30min 內升溫至 980-1040°C，保溫 13-15min，在 2-3min 內 升溫至1050-1080°C，保溫12-15min，得到中間球坯；將得到的中間球坯放入電爐中，加熱 至300-380°C，保溫20-35min，水冷至室溫；加熱至300-380°C，保溫10_25min，空冷至室溫 得到熱處理球坯； 53、 熔覆前預處理：將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至50-85°C，加熱3-5h，將加熱 后的熔覆粉末放入球磨機中，用納米Ce0 2和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨2-3h，得到 復合粉體；將S2中得到的熱處理球坯用乙醇清洗之后用砂紙打磨然后再用丙酮清洗；將復 合粉體與粘接劑混合后壓制在清洗后的熱處理球坯的表面，厚度為〇. 1-0. 2mm，得到預處理 球坯；其中，所述熔覆粉末按其組成按重量份數包括：Cr 5-10份、C 0.3-0. 8份、Si 1-3份、 B 1-3. 5 份、ReO. 1-0. 4 份、Α12030· 5-1. 3 份、Ni 75-82 份；納米 Ce02 和納米 SiC 的重量為 復合粉體重量份的2-5wt% ; 54、 熔覆：將S3中得到的預處理球坯放入激光熔覆設備中進行激光熔覆得到所述耐 磨球；其中激光熔覆的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設置為 1. 5-2. 0KW，光板直徑為1-2. 5mm，熔覆速度為2-4mm/s。
2. 根據權利要求1所述的球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，其組成成分按質量分 數包括：C:1. 5%，Μη:0· 33%，Si:0. 75%，Ni:0. 42%，Cr:4. 89%，Μο:1· 3%，V:0. 82%， ff:2. 6 %, Nb:0. 41 %, Ca:0. 029 %, Zr:0. 013 %, Mg:0. 046 %, Zn:0. 07 %, Cu:0. 019 %, S:0. 028%，P:0. 033%，余量為Fe和一些不可避免的雜質。
3. 根據權利要求1或2所述的球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，在S2中，將S1中 得到的耐磨球述體放入電爐中，在52min內從室溫升溫至788°C，保溫46min，在28min內升 溫至1030°C，保溫15min，在3min內升溫至1075°C，保溫14min得到中間球坯；將得到的中 間球坯放入電爐中，加熱至326°C，保溫29min，水冷至室溫；加熱至350°C，保溫17min，空冷 至室溫得到熱處理球坯。
4. 根據權利要求1所述的球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，在S3中，所述粘接劑為 環氧樹脂、羥甲基纖維素鈉、大豆油醇酸樹脂中的一種。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，在S3中， 將熔覆粉末放入真空干燥箱中，升溫至75°C，加熱4h，將加熱后的熔覆粉末放入球磨機中， 用納米Ce0 2和納米SiC的懸浮液為球磨介質，球磨2. 2h，得到復合粉體；將S2中得到的熱 處理球坯用乙醇然后用砂紙打磨再用丙酮清洗；將復合粉體與粘接劑混合后壓制在清洗后 的球坯的表面，厚度為0. 15mm，得到預處理球坯；其中，所述熔覆粉末其組成按重量份數包 括：〇8份、(：0.7份、512份、83.3份、1^0.3份、八1 2030.9份、附79份；納米〇602和納 米SiC的重量為復合粉體重量份的3wt%。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，在S3中，所 述納米Ce02的粒徑為10-18nm，納米SiC的粒徑為20-25nm。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的球磨機用高耐熱耐磨球，其特征在于，在S4中，激 光熔覆的工藝參數具體如下：單道掃描，用氬氣保護激光池，激光功率設置為1. 9KW，光板 直徑為2. 4mm，熔覆速度為4mm/s。
【文檔編號】C23C24/10GK104087866SQ201410374626
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】丁仕武, 丁幸, 徐幫明 申請人:寧國市寧武耐磨材料有限公司