專利名稱：低合金球磨機耐磨襯板及制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于低合金抗磨鋼，是用于球磨機耐磨襯板材料。
目前國內外球磨機耐磨襯板，如國內采用ZGMn13、美國采用美國國家標準ANSI/ASTM、A532-82中提供的一組Ⅱ-B、Ⅱ-C、Ⅱ-D和Ⅱ-E合金鑄鐵，采用這些牌號制成的耐磨襯板主要適用于高硬度的磨料磨損工況，如礦石和砂石等，這些材料在加工過程中產生加工硬化，或者本身具有很高的硬度，達到抗磨損、使用壽命長的目的。而將這種材質的襯板應用在加工中等硬度的磨料(如煤)上則存在著一些缺陷，對于具有加工硬化特性的材料，由于磨料硬度較軟，不能產生加工硬化，因而抗磨損性能不能滿足要求。對于普通高硬度材料范圍內，則因硬度高，無法保持一定的沖擊韌性，在工作中容易斷裂，比如中國專利公開號CN10411620A硬質低合金耐磨材料，其沖擊韌性(無缺口)僅在4.9～8.1J/cm2。
本發明的目的是為了解決上述存在的問題，提供一種適用于加工中等硬度磨料的球磨機耐磨襯板，它可以獲得較高的硬度和沖擊韌性，以達到提高使用壽命的目的。
為了達到上述目的，本發明的特征在于耐磨襯板材料成份(重量%)的含量范圍是C 0.35～0.5%、Cr 0.8～1.5%、Si 0.6～1.2%、Mo 0.3～0.5%、Mn 0.6～1.4%、Cu 0.5～1%、1＃RE 0.01～0.1%，余量為Fe。
制造耐磨襯板的制造工藝的步驟如下按照上述所給出的材料含量范圍進行配料→冶煉→在砂型內鑄造→退火→淬火→回火→成品入庫。
上述退火工藝步驟如下鑄件在低于500℃入爐保溫1.5～2.5小時，再以≤80℃/小時速度升至600～650℃，保溫2-3小時均熱后，以≤100℃/小時速度升至890～920℃，保溫2～3小時后，隨爐冷至300～350℃后空冷。
上述淬火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于600℃時入爐，以≤70℃/小時速度升溫至870～890℃，保溫2～3小時后，取出油淬。
上述回火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于200℃范圍入爐，保溫0.5～1.5小時后，以≤50℃/小時速度升至240～260℃，保溫3～5小時后空冷。
采用上述配比和工藝，為加工中等硬度磨料的球磨機耐磨襯板提供了一種新型材料，我們將其命名為ZG40CrSiMnMoCuRE，為了充分闡述本發明的技術方案為何能實現本發明的目的，現將各成份范圍的選擇理由及熱處理工藝的制訂依據表述如下碳(C)，碳能提高碳化物數量，從而使材料硬度提高，但含量過高使塑性和韌性下降，若過低使熔點升高流動性差，易氧化和熱裂，為了獲得良好的耐磨性，又具有一定強度和韌性，因此選用范圍為0.35～0.5%。
鉻(Cr)，鉻能固溶于鐵素體，又能和鋼中的碳形成多種碳化物，鉻提高淬火透性和回火穩定性，使鋼的強度、韌性上升，耐磨性提高，同時在含量小于2%時還有提高鋼的塑性作用，鉻在鋼中不利方面是擴大回火脆性，選用含量在0.8～1.5%為宜。
銅(Cu)，銅是擴大奧氏體相區的元素，在鋼中不形成碳化物，但在適當熱處理后能達到固溶強化和沉淀硬化作用，銅能提高韌性、降低鋼的韌-脆性轉變溫度，還可改善鋼的流動性，提高導熱性，但過量的銅易生成富銅相和微裂紋，因此選用在0.5～1%，本發明銅的含量較大，是本發明的主要特點之一。
鉬(Mo)，鉬在鋼中可使組織細化均勻，提高淬透性和抗熱裂性，提高回火穩定性，又能改善沖擊韌性，但鉬為稀貴金屬，因此選用在0.3～0.5%。
錳(Mn)，錳能提高淬透性和強化基體，使碳化物穩定和彌散，選用范圍在0.6～1.4%。
硅(Si)，硅起固溶強化作用，有助脫氧，并使鋼強度和硬度提高，但過高使塑性和韌性顯著降低，因此選用范圍在0.6～1.2%。
稀土(RE)，1＃稀土金屬作用為凈化鋼液，改善鋼中雜質形態和分布，改善鑄態組織和性能，稀土也是強脫氧劑，對硫結合能力大，有細化晶粒和凈化晶界作用，提高沖擊韌性和增加鋼液流動性并降低鑄件熱裂傾向，從而提高鑄件質量，選用范圍在0.01～0.1%，采用1＃RE是本發明的特點之一。
硫(S)和磷(P)作為有害元素，含量控制在0.04%以下，其余為鐵。
本發明熱處理工藝制訂依據和理由闡述如下1、退火工藝退火目的是消除內應力和使組織均勻、改善性能。由于襯板鑄件尺寸大，凝固和冷卻后鑄件內部存在殘留熱應力，并且組織不均勻，伴隨有網狀碳化物存在。本退火工藝特點是為防止變形和開裂要經過預熱階段，并在880～920℃保溫2～3小時以消除碳化物，然后爐冷至300～350℃后出爐。上述工藝參數的選擇依據了本材料固態相變特性(相變溫度和相變速度)，并經過大量對比性實驗進行了修正。
2、淬火工藝淬火工藝的目的是使鑄件獲得足夠的硬度，以使其具有一定的抗磨性。考慮到這種材料奧氏體轉化溫度在880℃左右，故在870～890℃保溫2～3小時，以使組織全部轉化為奧氏體。保溫溫度過高會出現晶粒粗化，影響性能，保溫溫度過低不能得到全奧氏體組織。由于這種材料有良好的淬透性，因此選用油介質淬火，以防止出現淬裂現象。淬火后最終組織為均勻馬氏體和少量殘余奧氏體。
3、回火工藝回火的目的是消除淬火過程中產生的淬火應力。考慮到淬火后鑄件容易出現裂紋，因此采用200℃以下入爐，升溫速度小于50℃/小時，升溫至240～260℃保溫3～5小時。升溫速度過快會產生裂紋;保溫溫度過高會引起回火脆性，過低則需延長保溫時間，影響生產率。回火后金相組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體。
上述熱處理工藝簡單可行，并保證鑄件不變形不產生裂紋，材料最終硬度在46HRC以上，沖擊韌性在18J/cm2以上，綜合性能優良。
本發明的技術方案特點在于同時采用1＃RE變質處理和提高Cu含量。采用1＃RE變質處理可以細化晶粒、凈化晶界，提高淬透性和組織及性能均勻性。加入Cu可以提高材料的韌性。Cu與1＃RE同時使用可提高1＃RE的變質效果。上述特點使本發明材料具有良好的硬度和韌性，在中等硬度磨料磨損工作條件下顯示出獨特的優越性能。
機械性能與金相組織


圖1是本發明實施例1的金相組織相片。
圖2是本發明實施例2的金相組織相片。
圖3是本發明實施例3的金相組織相片。
實施例1，材料成份(重量%)C 0.36%、S 0.28%、Si 0.88%、Mn 1.04%、P 0.028%、Cr 1.46%、Cu 0.63%、1＃RE0.057%，余量為Fe。
退火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于500℃入爐，保溫2小時，以70～80℃/小時速度升至630℃，保溫2.5小時均熱后，以90～100℃/小時速度升至900℃，保溫2.5小時后，隨爐冷至350℃后空冷。
淬火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于600℃入爐，以60～70℃/小時速度升溫至880℃，保溫2小時后，取出油淬。
回火工藝步驟如下鑄件入爐溫度低于200℃，保溫1小時后，以40～50℃/小時速度升至250℃，保溫4小時后，空冷。金相組織回火馬氏體+少量殘余奧氏體(參見圖1相片)。機械性能(帶“U”型缺口)ak21.0(J/cm2)，洛氏硬度46.5HRC。
實施例2，材料成份(重量%)C 0.41%、S 0.04%、Si 1.08%、Mn 0.89%、P 0.021%、Cr 1.39%、Mo 0.38%、Cu 0.54%、1＃RE0.072%，余量為Fe。
退火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于500℃入爐，保溫1.5小時，再以70～80℃/小時速度升至600℃，保溫2小時均熱后，以90～100℃/小時速度升至890℃，保溫3小時后，隨爐冷至300℃后空冷。
淬火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于600℃入爐，以60～70℃/小時速度升溫至870℃，保溫3小時后，取出油淬。
回火工藝步驟如下鑄件入爐溫度低于200℃，保溫1.2小時后，以40～50℃小時升至240℃，保溫3小時后，空冷。金相組織回火馬氏體+少量殘余奧氏體(參見圖2相片)。機械性能沖擊韌性(帶“U”型缺口)ak20.6(J/cm2)，洛氏硬度48.3HRC。
實施例3，材料成份(重量%)C 0.38%、S 0.032%、Si 0.89%、Mn 0.95%、P 0.021%、Cr 1.32%、Mo 0.41%、Cu 0.61%、1＃RE0.061%，余量為Fe。
退火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于500℃入爐，保溫2.5小時，再以75～80℃/小時速度升至650℃，保溫3小時均熱后，以90100℃/小時速度升至920℃，保溫3小時后，隨爐冷至350℃后空冷。
淬火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于600℃入爐，以60～70℃/小時速度升溫至890℃，保溫3小時，取出油淬。
回火工藝步驟如下鑄件在爐溫低于200℃入爐，保溫0.5小時，以40～50℃/小時速度升至260℃，保溫5小時后，空冷。金相組織回火馬氏體+少量殘余奧氏體(參見圖3相片)。機械性能沖擊韌性(帶“U”型缺口)ak 19.6(J/cm2)，洛氏硬度48.0HRC。
采用本發明的配比和工藝制成的球磨機耐磨襯板與已有的耐磨襯板相比，使用壽命提高了兩倍。
權利要求
1.一種低合金球磨機耐磨襯板，其特征在于各材料成份(重量%)的含量是C0.35～0.5%、Cr0.8～1.5%、Si0.6～1.2%、Mo0.3～0.5%、Mn0.6～1.4%、Cu0.5～1%、1#RE0.01～0.1%，余量為Fe。
2.一種制造權利要求1所述的低合金球磨機耐磨襯板的制造工藝，其特征在于按權利要求1所給出化學成分范圍進行配料→冶煉→在砂型內鑄造→退火→淬火→回火→冷卻后入庫，上述退火工藝步驟如下鑄件入爐(爐溫低于500℃)保溫1.5～2.5小時，再以≤80℃/小時速度升至600～650℃，保溫2～3小時均熱后，以≤100℃/小時速度升至890～920℃，保溫2～3小時后，隨爐冷至300～350℃后空冷;上述淬火工藝步驟如下鑄件入爐(爐溫低于600℃)以≤70℃/小時速度升溫至870～890℃，保溫2～3小時后，取出油淬;上述回火工藝工藝步驟如下鑄件入爐(爐溫低于200℃)，保溫0.5～1.5小時后，以≤50℃/小時速度升至240～260℃保溫3～5小時后空冷。
全文摘要
本發明提供了一種低合金球磨機耐磨襯板及制造工藝，其特征在于各材料成分(重量％)的含量是C0.35～0.5％，Cr0.8～1.5％，Si0.6～1.2％，Mo0.3～0.5％，Mn0.6～1.4％，Cu0.5～1％，文檔編號C22C38/22GK1080327SQ9310587
公開日1994年1月5日 申請日期1993年5月28日 優先權日1993年5月28日
發明者董烈剛, 符莉, 王壽增, 趙杰臣, 馬智群, 吳悅, 張士文, 毛錫書, 張炎生, 丁永強 申請人:青島四海電力鑄造廠