專利名稱：水泥工業(yè)中貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明磨球為水泥工業(yè)中貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球。
水泥工業(yè)中常用耐磨材料，主要有高錳鋼、鎳硬鑄鐵和高鉻鑄鐵三種系列產(chǎn)品，高錳鋼即Mn13鑄態(tài)是奧氏體組織，其韌性高(＞12Kg.m/Cm2)，依靠加工硬化后得到馬氏體組織，而具有耐磨性能，因而只有在高應力服役狀態(tài)，加工硬化充分的條件下，才能顯示其優(yōu)越性;鎳硬鑄鐵是一種含鎳3-5%，鉻1.5～3.5%的合金白口鑄鐵，鑄態(tài)可得馬氏體加片狀碳化物組織，雖然具較好的耐磨性能，但因其脆性大，又需用合金元素，使其成本高，難以在許多行業(yè)尤其水泥行業(yè)中推廣使用;高鉻鑄鐵俗稱高鉻白口鑄鐵，是一種含鉻14-16%，鉬2.5-3%的白口鑄鐵，鑄態(tài)組織是珠光體十奧氏體十馬氏體，空淬則得馬氏體組織，當鉻含量＞12%時，碳化物由M3C型(HV1100)變成M7C3型(HV1300-1800)，整體宏觀硬度＞HRC55，因而也有較高的耐磨性，被稱為當代最耐磨材料，但高鉻鑄鐵不足之處是沖擊韌性低(0.3～0.5Kg·m/cm2，脆性大，不易機械加工，加之含合金元素高，昂貴，又必須用電爐熔煉，鑄造工藝和熱處理工藝復雜，難于掌握，所以在水泥工業(yè)中，只有少數(shù)廠家用這種耐磨材料做磨球，而占水泥總產(chǎn)量80%以上的中小水泥廠，卻廣泛使用耐磨性能極差的中碳鋼鍛球，甚至使用成份復雜的鋼鐵廢屑燒結(jié)鍛壓而成的再生磨球，其壽命短，耐磨性能差，直接影響生產(chǎn)效率。
本發(fā)明磨球的目的是提出一種經(jīng)濟，實用、生產(chǎn)工藝簡單易行，成本低廉耐磨的貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，代替目前水泥工業(yè)中使用的中碳鋼磨球，以及高鉻鑄鐵磨球。
作為研磨體的抗磨材料，最理想的金相組織特征是，在堅硬的基體上鑲嵌著更堅硬的骨架，例如高鉻鑄鐵基體就為堅硬的馬氏體，其上鑲嵌的堅硬骨架為M7C3型碳化物。本實用新型貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球的特點是，基體較不含釩鈦元素的普通貝氏體基體堅硬得多，石墨成球狀對金屬基體割裂程度低，因而沖擊韌性比高鉻鑄鐵高，加之釩鈦元素固溶于金屬基體中形成固溶強化，以及釩鈦碳化物 散析出時的 散強化，使貝氏體釩鈦球鐵磨球有較高的綜合機械性能，尤其鑲嵌其上的呈孤立塊狀的釩鈦氮碳化合物骨架硬度更大(HV2000-2850)，比高鉻鑄鐵中M7C3的硬度高得多，因而使貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球的宏觀硬度達HRC50以上，沖擊韌性ak＝3Kg-m/cm2。雖然貝氏體釩鈦球鐵基體硬度略低于高鉻鑄鐵，但作為骨架的碳化物硬度卻要高些，特別是抗破碎性(沖擊韌性)要比高鉻鑄鐵大得多。這是由于貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，金屬基體和其上鑲嵌的骨架硬度都大，抗破碎性好，具有較好的耐磨性能，因此作為水泥工業(yè)中研磨體磨球，具有廣泛的應用價值。
本發(fā)明磨球貝氏體釩鈦球鐵磨球，用釩鈦等微合金鐵水，加入1.0～2.0%的稀土鎂球化劑和0.8～1.5%75Si-Fe為孕育劑處理成球墨鑄鐵，澆鑄成球，其成份C3.3～3.6%;Si2.2～2.8%，Mn0.4～0.9%，V0.2～0.4%，Ti0.1～0.18%;S0.03～0.04%;Re＝0.035～0.05%;P＜0.1%。在奧氏體化溫度為880～920℃;奧氏體化時間40～60分鐘，等淬溫度220～250℃，等淬時間90～120分鐘條件下，貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球硬度大，脆性小，耐磨性能好。
本發(fā)明磨球貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，可用普通沖天爐熔煉，也可用電爐熔煉，可用砂型鑄造，也可用金屬型鑄造;可用箱式爐，也可用連續(xù)熱處理爐進行熱處理，生產(chǎn)過程中可按服役條件對耐磨材料提出的要求，采用不同的熱處理工藝，生產(chǎn)各種規(guī)格的不同壽命的磨球，適應機械化生產(chǎn)要求。
眾所周知，鑄鐵在凝固過程中的收縮，可以看作是金屬相(基體)形成的收縮和石墨析出時的膨脹兩個方面的綜合結(jié)果。
當鑄鐵含C量為3.5～4%時，C絕大部分呈游離狀態(tài)，即以石墨形式析出，粗略估計若有3.5%的C以石墨析出時，其膨脹量可達7%。當鑄鐵中C含量控制在共晶點附近時，其凝固溫度區(qū)間不大，金屬相(基體)收縮導致的鑄鐵收縮小于石墨析出時導致的鑄鐵膨脹。
作為具一定直徑的球體鑄件，澆注幾秒內(nèi)，高溫鐵水與室溫下的鑄型接觸，砂型將以202卡/(厘米)2·分的速率吸收熱量，使鑄件很快凝固一層外殼;砂型溫度升高使其吸走的熱量的速率降低，砂型吸走的熱量與鑄件內(nèi)部傳出的熱量之間逐漸處于近似熱平衡狀態(tài)。這種熱平衡將持續(xù)到內(nèi)部液體溫度降到凝固點以前;當內(nèi)部液體達到凝固溫度時，開始大量凝固并伴隨大量膨脹，凝固完畢就轉(zhuǎn)入固體收縮過程。
本發(fā)明磨球另一個特點是鑄造貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，是在一個封閉系統(tǒng)中進行。鑄造時不用冒口，利用結(jié)晶時共晶膨脹實現(xiàn)磨球自身補縮。采用硬質(zhì)鑄型，這種鑄型可以是金屬型，也可以是大于90～95的砂型，采用單個內(nèi)澆口或多個內(nèi)澆口澆注，不用冒口，用內(nèi)澆口截面尺寸大小來控制其自身的凝固速率，使得澆注液體在大量膨脹階段開始前，內(nèi)澆口凝固完畢，然后經(jīng)等溫淬火，得到致密貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球。磨球凝固時間依其直徑大小而不同。
本發(fā)明磨球貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球?qū)嵤├?，φ100，球重，3.66kg的貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，以釩鈦等微合金鐵水，加入1.0～2.0%稀土鎂球化劑，0.8～1.5%75Si-Fe為孕育劑，澆注成球，其中C3.5%，Si2.5%，Mn0.5～0.9%，P0.10%，S0.03～0.04%，V0.35%，Ti0.12%，Mg0.47%Cr0.8～1.5%，Mo0.4～0.8%，Re0.035～0.045%，澆注溫度1280～1300℃，不用冒口，采用垂直分型的金屬型單個內(nèi)澆口，其截面為園形。
實施例2φ100，球重3.66kg的貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，用釩鈦等微合金鐵水，加入1.0～2.0%稀土鎂球化劑，0.8～1.5%75Si-Fe為孕育劑，澆注成球，其中C3.5%，Si2.5%，Mn0.5～0.9%，P0.10%，S0.03～0.04%，V0.28～0.4%，Ti0.12～0.18%，Cr0.8～1.5%，Mo0.4～0.8%，Re0.035～0.045%，Mg0.047%，澆注溫度1280～1300℃，不用冒口，附圖
(1)，鐵水由上大下小具一定高度的直錐體狀直澆口1，進入環(huán)形橫澆道2，然后經(jīng)兩個內(nèi)澆道3，進入磨球型腔4，內(nèi)澆口截面為扁梯形，內(nèi)澆口長6～10cm，砂型硬度90～95。
本發(fā)明磨球的經(jīng)濟效益，以1985年統(tǒng)計數(shù)字全國水泥產(chǎn)量1.3億噸，其中中小水泥廠約產(chǎn)一億噸，若在全國一半的中小水泥廠推廣使用貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，一年可節(jié)資1100萬元，用以代替中碳鋼磨球可節(jié)資1425萬元，其技術(shù)經(jīng)濟指標如表1所示。
權(quán)利要求
1.一種水泥工業(yè)中球墨鑄鐵磨球，其特征是為一種貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球；
2.一種水泥工業(yè)中球墨鑄鐵磨球，其特征是一種致密的貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，不用冒口，利用結(jié)晶時共晶膨脹，實現(xiàn)磨球自身補縮致密耐磨;
3.按照權(quán)利1要求，本發(fā)明磨球的特征是用釩鈦等微合金鐵水，加入1.0～2.0%稀土鎂球化劑，0.8～2.0%75Si-Fe為孕育劑，處理成球墨鑄鐵，然后經(jīng)等溫淬火成含釩鈦球墨鑄鐵磨球;
4.按照權(quán)利2要求，本發(fā)明磨球的特征是用釩鈦等微合金鐵水，加入1.0～2.0%稀土鎂球化劑，0.8～2.0%75Si-Fe為孕育劑，澆注成球;
5.按照權(quán)利1要求，本發(fā)明磨球的特征是貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，V含量0.2～0.4%;Ti含量0.1～0.18%;
6.按照權(quán)利1與5要求，本發(fā)髂デ虻奶卣魘潛詞咸宸邦亞蚰デ潁琈n含量0.4～0.9%，Si含量2.2～2.8%;
7.按照權(quán)利1與5要求，本發(fā)明磨球的特征是貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，Re含量0.035～0.05%;
8.按照權(quán)利1-6要求，其特征是貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，奧氏體化溫度880～920℃，等淬溫度220-250℃，使磨球硬度大，脆性小;
9.按照權(quán)利1-6要求，其特征是貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，采用硬度90～95的砂型，單個內(nèi)澆口或多個內(nèi)澆口，其截面為扁梯形;
10.按照權(quán)利1-6要求，其特征是貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，采用垂直分型的金屬型，單個內(nèi)澆口，截面為園形。
全文摘要
一種水泥工業(yè)中貝氏體釩鈦球墨鑄鐵磨球，用釩鈦等微合金鐵水，加入1.0～2.0％稀土鎂球化劑，0.8～1.5％75Si—Fe為孕育劑處理后澆注，不用冒口，利用結(jié)晶時共晶膨脹，實現(xiàn)磨球自身補縮；由于石墨成球狀對基體割裂程度低，釩鈦等元素固溶于金屬基體中形成固溶強化，釩鈦碳化物硬度極高等因素，使這種磨球致密耐磨，沖擊韌性高(α
文檔編號C22C33/08GK1033197SQ87108110
公開日1989年5月31日 申請日期1987年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月20日
發(fā)明者張梅初 申請人:四川建筑材料工業(yè)學院