铸态高铬屈氏体磨球的生产

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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摘要：本文从优化成分设计、熔炼、变质处理、铸造及热处理等工艺控制措施入手，综合介绍了铸态高铬屈氏体磨球的生产过程，并经生产试验使各工艺参数达最佳匹配，为生产出高质量的铸态高铬屈氏体磨球提供了强有力的理论支撑。
关键词：高铬屈氏体磨球；优化；工艺控制

含铬大于11%的铬系白口铸铁称为高铬铸铁，马氏体Cr15高铬铸铁是目前国内外广泛应用的较典性的耐磨铸铁，用于制造磨球、衬板等，取得了较好的节材降耗效果。马氏体高铬铸铁磨球具有较高的硬度，但韧性较差。马氏体Cr15磨球是经热处理淬火加回火的工艺获得的，因此需要一套专用的热处理设备。这不仅投资及能源消耗大、生产周期长、生产成本也较高，从而影响了它的广泛应用。

我们的目的是研制一种既有高铬铸铁的耐磨性和韧性，生产工艺简单、成本低廉的材料：铸态高铬屈氏体磨球。它与淬火马氏体Cr15磨球相比，具有省工、省时、省能耗、省原材料消耗的的优势。它的生产应用能产生较大的社会效益。

一．成分设计

碳：碳为生成共晶碳化物（Cr·Fe）7C3的主要元素，共晶碳化物在耐磨性方面起着重要作用。碳含量决定碳化物的数量。选择较高的碳含量，可获得较多的高硬度碳化物。为提高耐磨性，碳的质量分数应控制在2.8～3.1%。

铬：铬含量决定碳化物的类型。为保证碳化物以M7C3为主，铬含量必须大于12%，过低不能形成高硬度的（Cr·Fe）7C3型碳化物；过高则成本提高。因此铬的质量分数为12～14%。

硅：硅的主要作用是提高Ms点，减少残余奥氏体。一方面硅固溶于基体中，显著降低淬透性。随着硅含量增加，碳化物变得细小，硅溶于基体中使奥氏体含碳量降低；另一方面，硅又使奥氏体枝晶得到细化，碳化物变得细碎。而且硅含量增加，碳化物增加，硬度、耐磨性提高，但冲击韧性降低。
生产铸态高铬屈氏体磨球，适当提高硅含量，对于硅溶于基体中促进屈氏体转变的倾向，提高铸铁的抗腐蚀性有利，因此确定硅的质量分数为1.0～1.4%。

锰: 锰是提高淬透性，扩大奥氏体区的一种有效元素。在高铬铸铁中锰的作用：一是脱氧；二是强化基体和碳化物。含锰量过高，增加了奥氏体的稳定型，降低了Ms点，不利于铸态奥氏体转变。但少量的锰对于屈氏体有细化作用。考虑脱氧和脱硫的需要，锰的质量分数应控制在0.6～0.9%。

硫、磷：硫、磷为有害元素，对高铬铸铁的抗冲击韧性危害极大，含量应越少越好。尤其在湿磨时，硫会加速金属材料的腐蚀，进而加快腐蚀与磨损的交互作用，所以，硫的质量分数应控制在小于0.03%，磷的质量分数应控制在小于0.04%为宜。
微量合金元素：加入适量钒、钛可以达到细化晶粒，阻止形成网状碳化物的目的，控制量为V 0.15～0.3%，Ti 0.08～0.15%。因钒、钛价格昂贵，可暂不加入，增加0.3%铜。

二．熔炼

用中频或工频感应电炉熔化，酸性炉衬最为经济实惠。主要原料为碳素铬铁、生铁、废钢、钒铁、钛铁、锰铁、硅铁等，加料顺序为：加少量碳素铬铁——回炉料——生铁、废钢——熔化末期加入其余碳素铬铁（避免烧损过大）。熔化初期在高碳低铬（≤2%）成分下进行，防止出现过高的温度，温度控制在1450℃左右为宜，此时铁水氧化膜消失，铁水表面清洁明亮，同时往后翻黑泡时温度约为1450℃，即为反应平衡温度，加入钒铁后快速升温直至铁水出现微量火花（温度约为1480℃）时扒渣，用0.15～0.2%铝脱氧后覆盖珍珠岩，搅拌，扒渣，出炉。

三．变质处理

高铬铸铁液的变质处理系统采用包底冲入法。变质剂通常采用稀土硅铁合金，用量为0.5～1.2%。近年来许多专业铸造厂均采用一些秘方变质剂，目的是碳化物进一步孤立化、细碎化，甚至呈团球化，减少对基体的割裂作用；提高材质的冲击韧性，减少磨球的碎裂；从而提高磨球的耐磨性能。现提出以下配方供参考：

1.稀土硅铁合金30%，钾盐40%，碎玻璃15%，石灰粉15%。用量3～4%。
2.稀土铝镁硅铁合金，型号20XtAlMg25-15（化学成分含Re17～20%，Mg10～15%，Al20～25%。），用量为0.5～1.0% 0.8%钾盐。

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