[发明专利]低合金铸铁磨球及其制造方法

说明书

本发明为一种低合金铸铁磨球及其制造方法，属于球磨机技术领域。

球磨机是广泛应用于冶金、建材、矿山和电力等行业的主要碾磨设备，磨球是主要消耗备件，据统计，93年我国耗球120多万吨，价值数十亿元。目前广泛应用的磨球品种有以下四类，第一类是中高碳钢或低合金钢锻球，这类球韧性好，破碎率低，但硬度低，耐磨性差；第二类是中锰稀土球墨铸铁球，这类球的韧性较低，抗冲击疲劳剥落能力差，易破碎，但耐磨性优于锻钢球，生产工艺简单，生产成本较低；第三类是高铬铸铁球，它靠含有大量的M₇C₃型坚硬硫化物和马氏体组织而具有最高的平均体积硬度，表里硬度均匀，冲击韧性高，破碎率低，耐磨性好，但贵重合金元素含量高，必须用电炉冶炼，生产成本比锻钢球和中锰球高得多。第四类是低合金铸铁磨球，这类磨球合金元素比高铬球大大减少，冶炼容易，具有珠光体为主的基体组织，经过适当的热处理和稀土变质处理后，可得到均匀弥散的断网状碳化物，耐磨性很好，生产工艺简单，可以用冲天炉冶炼，生产成本低，是近几年发展最快的一类磨球品种，渐渐有取代锻钢球，中锰球铁球和高铬铸铁球之势。低合金铸铁磨球韧性较低，使用过程中破碎率较高，这与碳化物分布和磨球内部存在缩孔和疏松等铸造缺陷有关。以前铸造磨球是静态铸造，采用砂型或金属型成型，出品率低。

本发明的目的是给出一种低合金铸铁磨球及其制造方法，该磨球采用低合金铸铁并通过离心铸造的新的铸造方法，从而改善低合金铸铁磨球内碳化物的分布，减少磨球内部的铸造缺陷，进一步提高磨球的韧性，降低磨球的破碎率。

本发明的低合金铸铁磨球的化学成分如下(重量％)：

C：2.544～3.76％；Si：0.3～1.0％；Mn：0.604～2.1％；

Cr：3.0～5.0％；P＜0.08％；S＜0.08％；

RE：0.05～0.30％；W0.036～0.32％；Nb0.004～0.024％；

Ta0.0004～0.006％；Ti0.0008～0.006％；

其余为Fe。

首先说明本发明磨球的材料。其各组分的成分范围及限定理由如下：

C：C是影响低合金白口铸铁中碳化物数量的主要元素，而碳化物对低合金铸铁的耐磨性起决定性作用，含C少于2.5％时，碳化物数量太少，对改善耐磨性不利，含C量超过3.5％以后，继续增加含C量，对耐磨性影响不大，但显著降低韧性，为此将C控制在2.5～3.5％。

Si：增加Si含量，一方面促使基体硬度增加，有利于提高碳化物分散度；另一方面促进石墨化，对淬透性有不利影响，过高含Si量亦使白口铸铁的脆性趋势增加，为此将Si控制在0.3～1.0％。

Mn：Mn是一种有效而廉价的稳定奥氏体的元素，又是一种弱硫化物形成元素，在低合金白口铸铁中，加入0.5％以上的Mn，有利于淬透性的提高，但Mn在提高淬透性的同时，还能大幅度降低马氏体转变温度，随含Mn量增加，残余奥氏体量也增加，因此Mn量不宜超过1.5％。为此Mn含量控制在0.5-1.5％。

Cr：Cr在低合金白口铸铁中，是主要的合金元素，Cr是强硫化物形成元素，加Cr后，能阻止游离石墨产生，保证获得完全白口，且使碳化物由普通渗碳体(Fe₃C)转变为合金渗碳体(Fe，Cr)₃C，从而显著提高碳化物的显微硬度，改善耐磨性。Cr的加入，亦有利于淬透性的提高，故含Cr量要求大于3.0％，但Cr合金较昂贵，加入过多的Cr将增加生产成本，因此低合金铸铁中Cr量不宜超过5.0％，为此Cr量控制在3.0～5.0％。

P：P尽管增加铁水的流动性，然而使材质变脆，所以希望P含量越低越好，P含量一般控制在0.08％以下。

S：S和P一样使材质脆化，应尽量降低S的含量，希望S含量越低越好，S含量一般控制在0.08％以下。

RE：低合金白口铸铁中共晶碳化物是(F，Cr)₃C型，呈连续网状分布，从而割裂了基体，导致低合金铸铁韧性不足，脆性过高。磨球在实际应用过程中承受一定的撞击，为了提高磨球的韧性，保证使用过程中不发生脆裂，因此就有必要改善其韧性，对于低合金自口铸铁而言，改善韧性的关键在于改变共晶硫化物的形态和分布，使其由连续网状分布转变为断网状分布，枝晶形态转变为板块形态，加入0.05％以上的RE可以获得满意的效果，RE加入量过多使低合金铸铁含硅量增加，夹杂物增多，从而导致性能的下降，为此将RE含量控制在0.05～0.30％。