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大型球磨机用耐磨钢球的热处理

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-2-18     浏览次数:    

    大型球磨机用耐磨钢球的热处理
    摘要:采用企业生产线上轧球的原材料,研究热处理工艺对耐磨钢球组织性能的影响。淬火加热温度分别为760、780、800、820、840、860和900℃,根据组织和性能分析,找出合适的淬火温度。选用合适的淬火温度,再分别进行不同温度(30、40、50、60、70和80℃)的恒温水浴淬火及回火试验(160、180、200、220和240℃),研究处理工艺对组织和性能的影响。结果表明:低合金中碳钢轧制钢球的最佳热处理工艺为:820℃淬火+160℃回火,获得均匀的回火马氏体,粗细、大小均适中,硬度最高。淬火介质温度为30℃时硬度最高,为57.8HRC。
    球磨机耐磨钢球广泛应用于冶金矿山、火力发电、水泥建材等行业球磨机。耐磨钢球是球磨机中的粉碎介质,用于粉碎磨机中的物料,使物料研磨的更细,以达到使用标准。随着冶金、建筑水泥、电力等工业的迅速发展,粉碎原料、燃料、矿石以及在制品的球磨机上的钢球的需求量也在不断增加。生产效率和效益是直接由耐磨钢球的质量决定的,而球磨机的必须备件又是耐磨钢球。耐磨钢球的批量化生产历史只有10年,其生产技术及产品性能等方面都需要进一步持续研究[1-5]。本课题结合先进的第三代耐磨钢球轧制生产线,研究耐磨钢球的热处理工艺。选择合适淬火温度,并在不同淬火介质温度下进行淬火,研究对组织性能的影响。

    图1淬火温度对试验钢显微组织的影响.℃;(b)780℃;(c)800℃;(d)820℃;(e)840℃;(f)860℃;(g)900℃

    1.试验材料及方法
    试验材料为企业实际生产线上用于轧制钢球的原材料,为低合金中碳钢,将材料加工成10mm×规格的圆钢,其化学成分见表1所示。试样在箱式电阻炉内进行淬火处理,淬火加热温度分别为、780、800、820、840、860和900℃,保温0.5h后水冷,根据组织和性能分析,找出合适淬火温度。选用合适的淬火温度,再分别进行不同温度(30、40、50、60、和80℃)的恒温水浴淬火及回火试验(160、180、200、220和240℃),研究处理工艺对组织和性能的影响。

    试验过程中根据GB/T230.1—2009《金属洛氏硬度试验》,采用HRS-150洛氏硬度计测定材料的硬度显微组织观察使用JSM-6510LA扫描电子显微镜恒温水浴处理采用DK-8AXX电热恒温水槽。


    2.结果与分析
    淬火温度对材料组织和性能的影响淬火不仅可以显著地提高钢的硬度、强度,还可以提高钢的耐磨性,是热处理工艺中最为重要的工序。
    不同淬火温度对显微组织和性能的影响如图1、图2所示。可以看出,760℃淬火时,由于温度处于相图中相应成分的Ac3温度以下,淬火组织中存在未溶铁素体和由奥氏体淬火转变而来的马氏体,铁素体含量多(图1(a)),硬度最低(36.3HRC)。随着淬火温度的增加,铁素体能溶解于奥氏体中,之后转化为高硬度的马氏体组织,硬度增加。820℃淬火时,铁素体完全溶解于奥氏体中,奥氏体成分比较均匀,得到均匀的板条马氏体,粗细、大小均比较适中(图1(c)),且硬度最高(58.3HRC),因此把820℃选为合适淬火温度。温度进一步升高,奥氏体的晶粒变得粗大,获得粗大的板条马氏体,且组织不均匀,硬度值降低。淬火温度900℃时,晶粒过于粗大且得到粗大的板条马氏体图1(g)),硬度值为(46.2HRC)。
    .2回火温度对材料组织和性能的影响℃淬火后不同温度回火后的显微组织和性能分别如图3、图4所示。可以看出,160℃回火,温度较低时,马氏体组织粗大(图3(a)),且硬度最高.8HRC)。随着回火温度的升高,马氏体组织逐渐析出碳化物变为回火马氏体,回火马氏体变得更加均匀。820℃淬火后回火主要是为了在保持淬火马氏体的高硬度和高耐磨性的同时,降低淬火应力和脆性,以免使用时崩裂或过早损坏。结合组织和硬度的分析,由于要求有较高的耐磨性,回火温度确定为160℃,在节约能源的基础上又可以满足性能需求。

    .3淬火介质温度对组织和性能的影响试样在820℃置于恒温水浴中淬火后,性能和显微组织分别如图5、图6所示。淬火介质温度30℃时试样硬度最大(57.8HRC),随着水温的增加,冷却速度不断降低,从图6中明显看出板条马氏体的含量不断减少,贝氏体和珠光体的含量不断增加,硬度值降低。淬火介质温度为60℃时开始出现贝氏体组织,为一束大致平行分布的条状铁素体和夹于条间的断续条状碳化物的混合物,铁素体自晶界的一侧或两侧向晶内长大(图6(d))。对于淬火介质温度为80℃(图6(f))和70℃(图6(e))而言,随着淬火介质温度的降低,冷却速度的增加,贝氏体中的铁素体条变薄,硬度升高。


    3.结论
    企业实际生产线上用于轧制钢球生产的低合金中碳钢820℃淬火,得到粗细、大小适中的均匀板条马氏体,且硬度最大(58.3HRC)。820℃淬火后160℃回火具有较高的硬度(51.8HRC)。

    轧制钢球820℃淬火,淬火介质温度为30℃时组织存在大量马氏体,硬度最大(57.8HRC)。随淬火介质温度升高马氏体含量逐渐降低,开始出现贝氏体和珠光体组织,硬度降低。淬火介质温度为70℃和℃时出现珠光体组织,硬度明显降低。


参考文献
[1]刘腾轼,顾星恒,杨弋涛,等.热处理工艺对低合金耐磨铸钢力学与摩擦磨损性能的影响[J].上海金属,2014,36(6):24-29.,GuXingheng,YangYitao,etal.[J].Shanghaimetal,2014,36(6):24-29.
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[3]JiangZhiqiang,DuJianming,FengXilan.[J]..international,2006,13(1):57-61.
[4]许兴军,徐胜.大直径锻造矿用耐磨钢球的研制[J].金属热处理,2013,38(1):47-49.,XuSheng.[J].HeatTreatmentofMetals,2013,38(1):47-49.
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本文由 球磨机耐磨钢球 整理编辑。

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