[发明专利]一种高硬度耐磨球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种高硬度耐磨球及其制备方法。

背景技术

摩擦行为无处不在，造成了巨大的国民经济损失。调查发现，仅磨料磨损一项每年就使得工业国家损失国民生产总值的1％-4％，随着经济的高速发展和社会的进步，磨损所带来的社会损失将更加巨大。

磨损材料一般在相对应的工况条件下使用，由于使用环境的不同对其性能要求也不同。在干磨的条件下，耐磨材料的失效形式主要是磨料磨损引起的材料磨损、宏观断裂和磨损面变形，由此提出对耐磨材料的基本性能要求：(1)高的硬度，高硬度的基体可以抵抗磨粒对基体的微观切削作用，在一定程度上体现了材料的耐磨性；(2)较高的塑韧性、应变疲劳抗力、脆断抗力和剥层疲劳抗力，高的塑韧性可以减少或者抑制裂纹的萌生和扩展，特别是在高冲击作用的工况下具有优异的抗断裂破坏能力；(3)高的淬透性材料的淬透性高才能保证在大尺寸条件下材料整体组织均匀、性能稳定，耐磨性得予保证。

耐磨球作为球磨机中的磨砂介质，既要有高的硬度、抗冲击性、耐磨性，又要有好的韧性。但是，现存的耐磨球在硬度、抗冲击性、耐热性、耐磨性、和韧性方面性能欠佳，不能满足现代社会的要求。

发明内容

本发明提出了一种高硬度耐磨球，其具有高的硬度，同时具有优异的冲击强度、耐热性、耐磨性和抗腐蚀性。

本发明提出了一种高硬度耐磨球，其组成按质量分数包括：C:0.02-0.06％，Mn:0.38-0.86％，W:0.01-0.03％，Si：0.53-0.81％，Ni：0.21-0.45％，Cr：5-9.8％，Mo：0.11-0.15％，V：0.7-1.0％，Nb:0.2-0.5％，Ca：0.01-0.038％，Zr：0.01-0.015％，Cu：0.01-0.03％，Zn：0.01-0.035％，S≤0.028％，P≤0.033％，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，上述高硬度耐磨球，其组成按质量分数包括：C:0.045％，Mn:0.73％，W:0.02％，Si：0.53％，Ni：0.35％，Cr：8.6％，Mo：0.14％，V：0.75％，Nb:0.33％，Ca：0.025％，Zr：0.014％，Cu：0.025％，Zn：0.026％，S：0.019％，P：0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提出了一种高硬度耐磨球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、熔炼：将废钢加入到中频感应熔炼炉中，并加热至1500-1520℃，保温20-45min后加入铬铁、钼铁、钒铁、铌铁、钨铁，待完全熔化后加入硅铁和锰铁，升温至1530-1570℃加热至完全熔化后加入镍合金、硅钙合金、锆铁、金属锌，各原料完全熔化得到钢液，浇注，待钢液完全凝固后开模，炉冷至室温得到耐磨球坯；

S2、热处理：将得到的耐磨球坯依次经过正火、淬火和高温回火处理；在正火处理中，将温度升至980-1030℃，保温50-80min，空冷至室温；在淬火处理中，将温度升至800-820℃，保温30-75min，水冷至室温；在高温回火处理中，将温度升至500-530℃，保温130-150min，水冷至室温，从而得到热处理耐磨球；

S3、预处理：将S2中得到的热处理耐磨球用砂纸打磨再用丙酮和乙醇清洗，得到清洗耐磨球；将15-35份的钛粉和20-35份的石墨粉放入球磨机中混合均匀得到熔覆粉末，将熔覆粉末与粘接剂混合成糊状后均匀涂敷在得到的清洗耐磨球的表面，厚度为1-3mm，然后放入电炉中，将电炉的温度设置为160-180℃，保温2-3.5h，随炉冷却至室温后得到预处理球；所述钛粉其组成按质量分数包括：C:0.1-0.15％，Mo：0.2-0.8％，Si：0.6-1.8％，Fe：0.2-0.3％，Cl：0.02-0.06％，N：0.02-0.08％，O：0.1-0.55％，H：0.01-0.03％，余量为Ti；

S4、反应氮弧熔覆：将S3中得到的预处理球放入反应氮弧熔覆系统进行反应氮弧熔覆，得到耐磨球，所述反应氮弧熔覆系统采用氩弧焊机，以高熔点的钨作为阴极，预处理球作为阳极，采用氮气作为保护气体和反应气体；所述反应氮弧熔覆工艺的参数具体如下：熔覆电流150-180A，氮气流量12-18L/min。

优选地，在S3中，所述粘接剂为羧甲基纤维素钠溶液、乙醇、蔗糖溶液和水玻璃中的一种。