[发明专利]钼系低合金铸铁

说明书

本发明属于铸铁合金的技术领域，即提供一种含钼的耐磨铸铁合金。

磨球系球磨机中的研磨体，由于球磨机在冶金、采矿、建材、电力、煤炭等各种工业中已经得到广泛应用，因而磨球已成为目前工业上用量最大的消耗材料之一，仅举几个统计数字便足以说明之：（1）全国黑色金属矿山每年要消耗磨球10多万吨;（2）全国水泥工业每年要消耗磨球10-15万吨，而且这些被磨损的钢材混入水泥井作为杂质被浇注于建筑物的混凝土中。提高磨球的质量所遇到的一个几乎难以克服的矛盾是：硬度高的磨球材料易脆，制成的磨球容易破碎而韧性好的磨球材料硬度低，制成的磨球不耐磨。目前在国内外研究得较多的是高铬铸铁磨球，这种磨球材料由于含铬量高，必须在电炉中熔炼，故成本高;而且它对于残留奥氏体含量很敏感，残留奥氏体含量高，磨球破碎率就高。美国专利（US.4194906）曾报导过一种含钼的铸铁磨球，然而该专利认为钼含量超过1%（重量百分比）后硬度不再明显升高;而且当用水雾冷淬时，其硬度随钼含量增加还呈下降趋势。

本发明的目的是寻找一种具有高硬度（HRC为55-65），高冲击韧性（s_k＝0.6～0.7千克·米/厘米²），因而既耐磨又不易破碎，并且适合于采用冲天炉熔炼，生产成本低的磨球用铸铁材料，探索该新型磨球材料的熔炼和热处理工艺。

本发明提供了一种钼系低合金铸铁磨球，它含有钼、铜、硅等元素，本发明的特征在于：其钼含量高于（以重量百分比计算，以下同）1.0，而且另外加入了铬和稀土元素使基体中析出高度弥散的二次渗碳体，并促使共晶碳化物断网，本发明的合金成分范围为，碳2.0～4.0;硅0.5～2.0;锰0.5～1.5;铬0.5～3.0;钼1.0～5.0;铜0.5～3.0;稀土0.5～1.5，铁余量。

本发明的钼系低合金铸铁磨球可以使用冲天炉熔炼，其炉型结构为冷风多排风口，例如可以是三排风口的直筒形冲天炉，本发明的第二个技术特征在于合金熔炼时要保证出炉铁水温度达到1400～1450℃，即比常规要高出70℃左右。用包内冲入法加入合金元素，其中元素铬，钼以中间合金的形式加入。要保证磨球的断面在铸态时是全白口组织，无麻口区存在。本发明的第三个技术特征在于磨球在1400℃以上温度浇注成型后，要经过热处理制度为930℃保温然后空淬的热处理，其全相组织以索氏体组织和粒状的二次碳化物为主，大约含有20～30%的共晶碳化物和莱氏体组织，磨球既具有较高的硬度，又有很好的冲击韧性，因而既耐磨又不易破碎。

本发明所提供的钼系低合金铸铁磨球与高铬磨球相比具有如下优点：

（1）受残留奥氏体影响小，破碎率比高铬磨球小，在高温球磨机中高铬球本身破碎率达8%，而本发明的磨球破碎率为0。

（2）成本低，由于采用冲天炉熔炼，成本可比高铬球降低20%左右。

本发明所提供的钼系低合金铸铁磨球同美国专利所报导的含钼铸铁磨球相比，则具有如下优点：

（1）由于添加铬和稀土元素，且含钼量提高，洛氏硬度值比美国专利所报导的磨球提高5～7（HRC）;冲击性a值提高一倍。

（2）由于含钼量高，且含锰，使合金淬透性增加，磨球表面硬度与中心硬度趋于一致。

本发明所提供的钼系低合金铸铁磨球，其实施例和熔炼工艺如下：

实施例1：

合金成分范围为：

碳29;硅0.5;锰0.9;磷＜0.1;硫＜0.1;铬2.0;钼1.0;铜1.0;稀土0.8;铁余量。

采用三排风口冲天炉熔炼，出炉铁水温度1.400～1.450℃，在铁水包中投入Cr-Fe、Mo-Fe、稀土金属和Cu块，进行合金化。在1400℃以上浇注成直径50～100毫米的磨球系列，经过900℃保温，空冷即成为成品磨球，金相组织中含有30%的共晶碳化物和莱氏体组织，其余为索氏体组织和粒状的二次碳化物。硬度值;铸态HRC42-47，热处理态HRC47-51，冲击韧性a_k值为0.5～0.6千克·米/厘米²。

实施例2

合金成份范围为：碳3.0;硅1.2;锰1.2;磷＜0.1;硫＜0.1;铬2.3;钼3.0;铜2.0;稀土1.0;铁余量。磨球熔炼浇注和热处理工艺与实施例1相同，磨球铸态硬度值为HRC44-51.2;热处理态为HRC57-64，冲击韧性a_k值为0.6千克·米/厘米²，金相组织为索氏体组织加粒状二次碳化物，其中含有近30%的部分断网状的共晶碳化物和莱氏体组织。

实施例3

合金成份范围为：碳3.3;硅0.9;锰1.1;磷＜0.1;硫＜0.1;铬2.6;钼2.0;铜1.6;稀土0.8;铁余量。磨球熔炼浇注和热处理工艺与实施例1相同。磨球的铸态硬度值为HRC43～49.7;热处理态为HRC55-60;冲击韧性a_k值为0.65～0.70千克·米/厘米²，金相组织为索氏体组织加粒状二次碳化物，其中还含有20-25%的共晶碳化物和莱氏体组织，共晶碳化物断网较好。