專利名稱：中、高碳低合金鋼鍛球熱處理方法及架空滾道式淬火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵基合金的熱處理方法及其專用裝置，更確切地說(shuō)，涉及一種鍛制中、高碳低合金鋼球的熱處理方法及用于該方法淬火步驟中的架空滾道式淬火裝置。
磨球是球磨機(jī)中不可缺少的磨礦介質(zhì)。在工業(yè)規(guī)模的球磨機(jī)中一般皆是使用鐵基合金的磨球。而鐵基合金磨球又可分為鑄鐵磨球和鍛造鋼球兩大類。
鑄鐵磨球存在經(jīng)常產(chǎn)生縮孔、疏松、氣孔、夾渣等組織不均勻的缺陷，使用時(shí)磨損變形大，破碎率高，使用單耗高等缺點(diǎn)。
鍛造鋼球因其組織均勻，無(wú)縮孔、疏松、氣孔、夾渣等現(xiàn)象，受到用戶的歡迎。但是如果加工方法，特別是熱處理方法不得當(dāng)，也存在硬度低，不耐磨或者由于淬火不均勻而變脆、產(chǎn)生裂紋或破裂等。
無(wú)論鑄球或鍛球，若不經(jīng)過(guò)專門的工藝處理，都不耐磨，都存在以下缺點(diǎn)(1)粉磨單耗高，成本高；(2)磨球損耗快，增加了開(kāi)倉(cāng)次數(shù)，延長(zhǎng)了停機(jī)時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率；(3)增大運(yùn)輸量，增大了勞動(dòng)力和能源的消耗；(4)在有色礦及非金屬礦磨礦時(shí)，進(jìn)入礦粉中的鐵粉增多，使產(chǎn)品質(zhì)量下降；(5)在需要加酸的工藝條件下，鐵粉多將增加硫酸用量，一般地說(shuō)，多磨進(jìn)一噸鐵粉就需多消耗3噸左右的硫酸，不但增加了成本，還增加了浸出液中的鐵含量，給后續(xù)分離工序帶來(lái)困難。
因此，如何生產(chǎn)耐磨性好的鋼球成了人們共同的愿望。作為鍛造鋼球的材質(zhì)，過(guò)去常采用普通碳鋼料頭及鋼屑等，后來(lái)發(fā)展到使用中碳鋼、高碳鋼、高碳低合金鋼等材質(zhì)。尤其是中、高碳低合金鋼的鍛球由于硬度高、耐磨性好、耐沖擊，而且成本也比一般的合金鋼低，因此受到廣大用戶的歡迎。但是，如果沒(méi)有合適的熱處理方法相配合，仍難以使磨球發(fā)揮其上述優(yōu)點(diǎn)。特別是對(duì)于中、高碳低合金鋼鍛球來(lái)說(shuō)，淬火條件較難達(dá)到均勻，尤其是在淬火槽底存在氧化鐵鱗、淤泥等工藝廢物的情況下更是如此。當(dāng)鋼球周圍表面的淬火條件不均勻時(shí)，很容易由于應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋甚至整個(gè)鋼球炸裂，或者導(dǎo)致成品鋼球的表面在上下左右各方向的硬度不均一，從而使得鋼球在使用過(guò)程中由于磨損不均勻而嚴(yán)重變形，大大地影響了球磨效果。中國(guó)專利申請(qǐng)92108118.9號(hào)雖然公開(kāi)了一種鋼球熱處理工藝，但是該申請(qǐng)并沒(méi)有提出解決鋼球淬火不均勻的方法，更沒(méi)有提到使用象本發(fā)明中的架空滾道式淬火裝置來(lái)淬火。
本發(fā)明目的是要提供一種可克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，能使中、高碳低合金鋼鍛球熱處理成品合格率接近100％的熱處理方法及為實(shí)施該方法而專門設(shè)計(jì)的架空滾道式淬火裝置。
本發(fā)明人使用中、高碳低合金鋼作原料制造鍛球，進(jìn)行了對(duì)鋼球熱處理的種種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用一種由本發(fā)明人設(shè)計(jì)的架空滾道式淬火裝置對(duì)鋼球進(jìn)行滾動(dòng)淬火，即可避免鋼球產(chǎn)生裂紋或炸裂，并使成品鋼球表面硬度均勻，從而使鋼球的熱處理成品合格率接近或基本上達(dá)到100％，大大地降低了成本。由于這一研究成果，從而完成了本發(fā)明。
從而，本發(fā)明提供了如下的中、高碳低合金鋼鍛球熱處理方法和為實(shí)施該方法的專用裝置1、一種中、高碳低合金鋼鍛球熱處理方法，包括將鍛制好的鋼球在水介質(zhì)中淬火和在油介質(zhì)中回火，其特征在于，其中所說(shuō)的水介質(zhì)中淬火是在一種具有固定傾斜角或可調(diào)傾斜角架空滾道的淬火裝置中進(jìn)行滾動(dòng)淬火。
2、如上所述的鍛球熱處理方法，其中所說(shuō)中、高碳低合金鋼的化學(xué)成分如下
成分 百分比(重量％)C 0.4-1.2Si 0.5-1.2Mn 0.7-2.2S ＜0.05P ＜0.05Cr ≤0.4V ≤0.15Ti ≤0.15Mo ≤0.2Cu ≤0.4Fe 余量3、如上所述的鍛球熱處理方法，其中所說(shuō)鋼球淬火時(shí)入水的溫度為700-820℃。
4、如上所述的鍛球熱處理方法，其中所說(shuō)淬火時(shí)所用水浴的溫度為40-80℃。
5、如上所述的鍛球熱處理方法，其中所說(shuō)淬火后鋼球出水時(shí)的表面溫度為100-200℃。
6、如上所述的鍛球熱處理方法，其中所說(shuō)回火時(shí)所用油浴的溫度為200-230℃，油浴的介質(zhì)為機(jī)油，回火時(shí)間為3-5小時(shí)。
7、一種架空滾道式淬火裝置，其特征在于，在淬火水槽內(nèi)設(shè)置有一條或多條固定傾斜角或可調(diào)傾斜角的金屬架空滾道。
8、如上所述的架空滾道式淬火裝置，其中所說(shuō)的固定傾斜角金屬架空滾道的傾角為2-15°。
9、如上所述的架空滾道式淬火裝置，其中所說(shuō)金屬架空滾道的兩側(cè)設(shè)置有用于防止鋼球滑出滾道的凸緣。
10、如上所述的架空滾道式淬火裝置，其中所說(shuō)架空滾道的長(zhǎng)度為2-6米。
在上述的第1-6項(xiàng)關(guān)于方法的特征中，第1項(xiàng)的技術(shù)特征為必要技術(shù)特征，第2-6項(xiàng)皆為附加的或進(jìn)一步限定的技術(shù)特征。在上述的第7-10項(xiàng)關(guān)于裝置的特征中，第7項(xiàng)的技術(shù)特征為必要技術(shù)特征，第8-10項(xiàng)皆為附加的或進(jìn)一步限定的技術(shù)特征。
下面詳細(xì)地解釋本發(fā)明。本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在淬火時(shí)鋼球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)淬火的效果有很大影響。若將鋼球直接落入水底不動(dòng)，則會(huì)因?yàn)樗椎挠倌唷⒀趸さ入s物影響鋼球底部接觸面的散熱，造成上、下表面的冷卻速度不一致，出現(xiàn)淬火硬度不均勻現(xiàn)象，而使用本發(fā)明的架空滾道式淬火裝置則可以克服這種淬火硬度不均勻的現(xiàn)象。
本發(fā)明的架空滾道式淬火裝置中的架空滾道可以是固定傾斜角的，也可以是可調(diào)傾斜角的，當(dāng)架空滾道是固定傾斜角的情況下，其傾斜角度優(yōu)選為2-15°。但最好是將傾斜角做成可調(diào)的，以便根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)傾斜角度。例如，為了制造這種架空滾道，可用輕軌、扁鋼、圓鋼等材料焊接成具有20-60mm間距的柵欄，這個(gè)柵欄必須具有足夠的剛度，以便當(dāng)鋼球在上面滾動(dòng)時(shí)不會(huì)下彎。將這樣的柵欄安裝在水槽液面下20-30cm的深度，將傾斜角度調(diào)整到2-15°的范圍內(nèi)。這樣，柵欄的每?jī)筛邨l之間就形成了一條可供鋼球滾動(dòng)的滾道。按照本發(fā)明人設(shè)定的優(yōu)選淬火條件，待鍛好的鋼球表面溫度預(yù)冷到700-820℃時(shí)，迅速投入本發(fā)明的淬火裝置中，使鋼球在架空滾道上于40-80℃的水中滾動(dòng)冷卻，達(dá)到淬火目的。鋼球的淬火時(shí)間，也就是鋼球在水中的停留時(shí)間，與鋼球的直徑有關(guān)，鋼球的直徑越大，它的淬火時(shí)間越長(zhǎng)。優(yōu)選是以淬火鋼球出水時(shí)的表面溫度為100-200℃來(lái)掌握，因?yàn)殇撉蛐牟康臏囟纫话惚绕浔砻鏈囟雀?0-60℃，這樣就能使得鋼球在進(jìn)入回火油浴中時(shí)，鋼球的溫度與回火油浴的溫度相接近。至于淬火時(shí)鋼球在水中停留時(shí)間的長(zhǎng)短可以通過(guò)調(diào)節(jié)滾道傾斜角度或調(diào)節(jié)滾道的長(zhǎng)度(即水槽長(zhǎng)度)來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)滾道的長(zhǎng)度固定時(shí)，可以調(diào)節(jié)滾道的傾斜角。例如，當(dāng)處理直徑較大的鋼球時(shí)，可以將傾斜角度調(diào)小，以便延長(zhǎng)其淬火時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明人的試驗(yàn)，如果不用架空滾道而是直接將直徑100mm的鋼球落入水底的淬火方法，單個(gè)球的上下表面硬度差高達(dá)10-20°HRC，而且容易炸裂，使用中還容易因磨損不均勻而變形。在機(jī)械制造業(yè)中，為了防止這種不均勻現(xiàn)象，一般是用夾具夾持住工件，使夾具在水中擺動(dòng)，以消除不均勻現(xiàn)象，但這樣的效果不夠好，特別是對(duì)于鋼球來(lái)說(shuō)，使用夾具存在諸多不便。于是本發(fā)明人想出了讓工件(鋼球)在水中自然滾動(dòng)淬火的方法，使該工件能夠迅速而均勻地冷卻。采用本發(fā)明裝置淬火的鋼球，其表面硬度均勻，內(nèi)應(yīng)力小，不會(huì)產(chǎn)生裂紋或炸裂的現(xiàn)象，給下一道工序帶來(lái)方便。使用時(shí)也不會(huì)因磨損不均勻而變形。
使用本發(fā)明的淬火裝置和按照本發(fā)明的方法，可以有效地對(duì)任何種類的中、高碳鋼材制的鋼球進(jìn)行熱處理，但是。從鋼球的硬度、韌性、耐沖擊性和成本等多方面考慮，優(yōu)選是使用具有上述第2項(xiàng)所限定成分的中、高碳低合金鋼材料。此外，使用本發(fā)明的裝置和方法。還可用某些不合格的軌道鋼材料(例如攀鋼P(yáng)D3鋼軌因成分出格被判為廢料的雜牌鋼ZQ2、ZQ-1、ZQ-2、ZQ-3等)生產(chǎn)出性能優(yōu)越的整體硬化耐磨鋼球，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
與現(xiàn)有技術(shù)的鍛球熱處理方法相比，使用本發(fā)明的方法與專用裝置進(jìn)行鋼球熱處理可達(dá)到如下有益效果(1)可避免鋼球在淬火時(shí)由于淬火條件不均勻而產(chǎn)生裂紋或炸裂；(2)能提高成品鋼球的硬度、沖擊韌性和耐磨性；(3)成品鋼球不會(huì)由于硬度不一致導(dǎo)致的磨損不均而變性；(4)降低了磨球的損耗。延長(zhǎng)了使用壽命，降低了使用成本。實(shí)踐證明，按本發(fā)明方法進(jìn)行熱處理的磨球的單耗只相當(dāng)于同等材質(zhì)并按現(xiàn)有技術(shù)熱處理磨球的1/2左右；(5)減少了球磨機(jī)的開(kāi)倉(cāng)次數(shù)，從而減少了停機(jī)時(shí)間，提高了球磨機(jī)的生產(chǎn)率；(6)減少了由于鋼球磨損所生成的鐵粉，從而減少了后續(xù)化工過(guò)程反應(yīng)試劑的用量并簡(jiǎn)化了化工過(guò)程。
下面結(jié)合附圖來(lái)解釋本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明架空滾道式淬火裝置的示意主視圖；圖2是圖1的俯視圖。
在圖1和圖2中各代號(hào)的定義如下1、淬火水槽；2、架空滾道；3、支架；4、鋼球；5、水面。
在本附圖所描述的較佳方案中，架空滾道2由扁鋼構(gòu)成。雖然在圖1中看到的鋼球4是完整的外形，但實(shí)際上鋼球4是處于兩根扁鋼之間，正如圖2的鋼球4所示那樣，由于扁鋼之間的距離小于鋼球的直徑，所以鋼球不會(huì)落到由兩根扁鋼限定的滾道之下，也不會(huì)滑出滾道之外。兩個(gè)支架3至少有一個(gè)是可調(diào)的，從而可以隨意地調(diào)節(jié)滾道的傾角和鋼球在水槽中的停留時(shí)間。當(dāng)處理不同直徑的鋼球時(shí)，可以采用具有不同滾道寬度的多個(gè)水槽，也可以在同一個(gè)水槽中設(shè)置具有不同滾道寬度的多條滾道。
下面通過(guò)實(shí)施例和比較例來(lái)進(jìn)一步解釋本發(fā)明。但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限定。
實(shí)施例1使用如圖1和圖2所示的架空滾道式淬火裝置，其主要尺寸為水槽長(zhǎng)(即滾道長(zhǎng))6m；水槽高1m、水槽寬1m；架空滾道的傾斜角為5°；架空滾道最高點(diǎn)與水面的距離為30mm；架空滾道用17根10×100mm的扁鋼窄面向上立著排成一個(gè)柵欄，共形成16條供鋼球滾動(dòng)淬火的滾道；每?jī)筛怃撝g限定的滾道寬度為40mm。
熱處理對(duì)象為直徑100mm的鍛制鋼球。
作為鋼球原料的高碳低合金鋼化學(xué)成分如下成分百分比(重量％)C1.1Si 0.92Mn 1.28S0.04P0.03V0.13Ti 0.08Fe 余量采用紅切下料，二次加熱鍛制成球，利用鍛后余熱在架空滾道上進(jìn)行滾動(dòng)淬火，其余各種熱處理?xiàng)l件如下淬火水溫75℃鋼球入水時(shí)表面溫度750±10℃淬火時(shí)間8分鐘鋼球出水時(shí)表面溫度160±10℃鋼球出水后至放入回火浴的時(shí)間間隔10-20秒回火介質(zhì)機(jī)油回火浴溫度220℃回火保溫時(shí)間200分鐘，共處理10個(gè)鋼球，對(duì)所獲產(chǎn)品的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果(平均值)見(jiàn)表1。
比較例1除了不采用本發(fā)明的架空滾道式淬火裝置而是直接將鋼球落入水槽底部進(jìn)行淬火之外，其余條件皆與實(shí)施例1相同，共處理10個(gè)鋼球，對(duì)所獲產(chǎn)品的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
實(shí)施例2除了將淬火水溫改為50℃外，其余條件皆與實(shí)施例1相同，共處理10個(gè)鋼球，其檢測(cè)結(jié)果(平均值)見(jiàn)表1。
比較例2除了不采用本發(fā)明的架空滾道式淬火裝置而是直接將鋼球落入水槽底部進(jìn)行淬火之外，其余條件皆與實(shí)施例2相同，共處理10個(gè)鋼球，其檢測(cè)結(jié)果(平均值)見(jiàn)表1。
由表1可以看出，在本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中所獲鋼球的表面硬度在上、下兩方的表面完全一致，而且在對(duì)其上、下、左、右、前、后6點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，各點(diǎn)的表面硬度均一致。而作為現(xiàn)有技術(shù)的比較例1和比較例2中所獲鋼球上、下表面的硬度差別很大。另外，在3.5米高度的50000次落球試驗(yàn)中，本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的鋼球無(wú)一破損，完好率達(dá)到100％。而比較例1的鋼球有11％破損，比較例2的鋼球有13.5％破損。如果考慮到由于表面硬度不一致而引起的磨損變形或破損，則比較例1和2的鋼球在使用過(guò)程中由于變形或破損引起的半途報(bào)廢還要遠(yuǎn)大于上述的破損百分?jǐn)?shù)。由此可見(jiàn)，按照本發(fā)明方法和使用本發(fā)明裝置進(jìn)行熱處理加工的鋼球的質(zhì)量要比按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行熱處理加工的鋼球好得多。
權(quán)利要求
1.一種中、高碳低合金鋼鍛球熱處理方法，包括將鍛制好的鋼球在水介質(zhì)中淬火和在油介質(zhì)中回火，其特征在于，其中所說(shuō)的水介質(zhì)中淬火是在一種具有固定傾斜角或可調(diào)傾斜角架空滾道的淬火裝置中進(jìn)行滾動(dòng)淬火。
2.如權(quán)利要求1所述的鍛球熱處理方法，其特征在于，其中所說(shuō)中、高碳低合金鋼的化學(xué)成分如下成分 百分比(重量％)C0.4-1.2Si 0.5-1.2Mn 0.7-2.2S＜0.05P＜0.05Cr ≤0.4V≤0.15Ti ≤0.15Mo ≤0.2Cu ≤0.4Fe 余量
3.如權(quán)利要求1或2所述的鍛球熱處理方法，其特征在于，其中所說(shuō)鋼球淬火時(shí)入水的溫度為700-820℃。
4.如權(quán)利要求1或2所述的鍛球熱處理方法，其特征在于，其中所說(shuō)淬火時(shí)所用水浴的溫度為40-80℃。
5.如權(quán)利要求1或2所述的鍛球熱處理方法，其特征在于，其中所說(shuō)淬火后鋼球出水時(shí)的表面溫度為100-200℃。
6.如權(quán)利要求1或2所述的鍛球熱處理方法，其特征在于，其中所說(shuō)回火時(shí)所用油浴的溫度為200-230℃，油浴的介質(zhì)為機(jī)油，回火時(shí)間為3-5小時(shí)。
7.一種架空滾道式淬火裝置，其特征在于，在淬火水槽內(nèi)設(shè)置有一條或多條固定傾斜角或可調(diào)傾斜角的金屬架空滾道。
8.如權(quán)利要求7所述的架空滾道式淬火裝置，其特征在于，其中所說(shuō)固定傾斜角金屬架空滾道的傾角為2-15°。
9.如權(quán)利要求7或8所述的架空滾道式淬火裝置，其特征在于，其中所說(shuō)金屬架空滾道的兩側(cè)設(shè)置有用于防止鋼球滑出滾道的凸緣。
10.如權(quán)利要求7或8所述的架空滾道式淬火裝置，其特征在于，其中所說(shuō)架空滾道的長(zhǎng)度為2-6米。
全文摘要
一種中、高碳低合金鋼鍛球熱處理方法，包括在水介質(zhì)中淬火和在油介質(zhì)中回火，其特征是在一種具有固定或可調(diào)傾斜角架空滾道的淬火裝置中進(jìn)行滾動(dòng)淬火。所說(shuō)淬火裝置的特征是在淬火水槽內(nèi)設(shè)置有一條或多條固定或可調(diào)傾斜角的金屬架空滾道。利用本發(fā)明方法和裝置進(jìn)行熱加工處理的鍛球，其表面各點(diǎn)硬度的均勻性、沖擊韌性、落球試驗(yàn)的完好率以及耐磨性均遠(yuǎn)優(yōu)于按現(xiàn)有技術(shù)方法生產(chǎn)的鍛球。
文檔編號(hào)C21D1/62GK1165865SQ97100608
公開(kāi)日1997年11月26日 申請(qǐng)日期1997年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月6日
發(fā)明者陳治遠(yuǎn), 敬守政, 陳朝光 申請(qǐng)人:西昌市鐵工廠