新型低铬铸铁磨球的研究

来源:热处理网作者:张覃轶


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第2 5卷 第 5期 
20 0 7年 9月 

物 理 测 试 
Phy is Exa i to a   e tn sc   m na in  nd T s ig 

Vo . 5, .   1 2 No 5
Se . p  2 007

 

新 型低 铬 铸 铁磨 球 的研 究 
刘稳 善   解培 民   刘 博  , ,  
(. 安 大 学 道 路 施 工 技 术 与装 备 教 育 部 重 点 实 验 室 , 西 西 安 7 0 6 ;. 安科 技 大 学  1长 陕 1 04 2西

通 信 与信 息工 程 学 院 , 西 西 安 7 O 5 ) 陕 1O 4 
摘  要 : 索 了适 应 某 铜 矿 大 型 球磨 机 的 低 铬 铸 铁 需 要 , 究 了磨 球 成 份 , 处理 工 艺 及 组 织 性 能 , 发 了一 种 贝 探 研 热 开  

氏体 + 马 氏体 组 织 的低 铬 铸 铁 及 其 强 韧 性 处 理 的工 艺 。应 用 结 果 表 明 : 种 磨 球 的 吨 矿 石 消 耗 量 从 0 8 ~0 9  这 .0 .0 k 降 到 0 6 ~O 6  g 每 年 可 减 少 磨 球 消 耗 10t g下 . O . 5k , 4 。   关 键 词 : 铬 铸 铁 磨 球 ; 磨 性  低 耐
中 图 分 类 号 :  4 .  TG 1 3 9 文 献标 识 码 :   A 文 章 编 号 :0 10 7 ( 0 7 0 — 0 0 0  1 0 — 7 7 2 0 ) 50 2 — 4

S u y 0   w  p   W  t d   f Ne Ty e LO Chr m i m   s  r n Ba l o u Ca t I o   l  
LI W e — ha  , XI Pe— n U  ns n E  imi  , LI Bou U   

( . y La o a o y f r H ih y Co s r c i n Te h o o y a d E u p e to   i it y o   d c t n C a g n 1 Ke   b r t r   o   g wa   n t u t   c n lg   n   q im n   fM n s r   fE u a i . h n '   o o a
U n v r iy, 'n 71 i e st Xi   006 Sha nx , i a; .Cole e ofCor e p de c   nd I or a i n En ne rn a 4, a i Ch n 2 lg     r s on n e a   nf m to   gi e i g,X i n '   a

Sce c   n   c n l g   ie st i n e a d Te h o o y Un v r i y,Xi n 7 0 5 '   1 0 4,S a n i Ch n ) a h a x , i a 

Ab ta t I r s on ng o a g   c l m ilofc sr e :n  e p di  t lr e s ae l    opp r m i e t  c m po iin, a t e m e   oc s e   n   he o sto he t r a nt pr e s,s r t r  a d tuc u e n  

p o e t s o    o c r mi m  a t i n b l f r mi   r   t d e . Th   a t io   t   an t ,ma t n ie mi r — r p r i   fa l w- h o u c s  r   al o   l we e s u id e o   l e c s  r n wih b i i e re st  c o  
s r t e a d he p oc dur  nha i  f   te t   n   ou ns   r   veope T heap lc in r s t  how ha   tuc ur  n t   r e ee ncng is s r ng h a d t gh s we e de l d.   p iato   e uls s t t

t ec n u t no  l b l   r e u e fo 0 8 ~ O 9   g tt  . ~ O 6   g t n  h r fr h  n u lc n  h   o s mp i   fmi  al aerd s rm  . O o l s . 0k / O 0 6 . 5k / 。a dt e eo et ea n a o —
s m p i n o  al  a   ed c e s d b    0 t n . u to   fh lsc n b   e r a e   y 1   o s 4  
Ke  r y wo ds:ow- hr m i l c o um  a tion ha 1 we r r ss a e c s r   l; a   e it nc  

磨球 是冶 金 建 材 、 电力 及 化 工 等 行 业 粉 磨 工 序  的主要 易损件 。 目前 国 内用于磨 球 生 产 的材 质 主要  是 铬系 白 口铸 铁 、 通 白 口铸 铁 、 合 金 白 口铸 铁 、 普 低   高合 金 白 口铸铁 、 锰 球 铁 和 锻 钢 等 。高 铬 合 金 铸  中 铁 虽有 耐磨性 高 和破 碎 率 低 的 优 点 , 是 由 于加 入  但 的合金 元素 多 , 炼温 度 高 ,需 电炉 熔 炼 等原 因 , 熔 使  得磨 球 成 本 较 高 。低 铬 白 口铸 铁 磨 球 由于 价 格 较  低, 制造 工 艺简 单 , 高 度 适 中 , 在 众 多 的耐 磨 材  硬 其 质 中 , 价 比最 高 , 被广 泛采 用 。 性 故   笔 者 研 制 的低 铬 铸 铁 磨 球 用 于 2 0    0 mm × 7   3 0  l 大 型 溢 流 型球 磨机 , 磨 矿 物 以黄 铁 矿 、   0im 6 T 所   黄铜 矿为 主 , 随有 辉铜 矿 、 铜 矿 、 英方 解 石 、 伴 斑 石 绿  泥石 和 白 云 石 等 。矿 石 的 硬 度 , 普 氏 硬 度 达 到  其 F 0 1 。采 用 金 属 模 浇 铸 而 成 , 经 中温 回 火 处  1~ 2 并 理 。低 铬 铸铁 的化 学 成 份 ( 量 分 数 , ) C 2 5 质   :   . ~ 
2 8, i0 6 1 0 M n 0 5 1 0 Cr1 4 1 8, . S  . ~ . ,   . ~ . ,   . ~ . P≤ 

间 。为提 高磨 球 的耐 磨 性 , 讨 了不 同 热处 理 条 件  探 下低 铬铸 铁磨 球 的组 织 与 性 能 , 计 了 一 种 马 氏体  设 +贝 氏体 高 强韧性 的低铬 铸铁 淬火 磨球 。  

1 低 铬 白 口铸 铁 磨 球 的金 相 组 织   
将 铸态磨 球 切 片制备 金 相 试 样 , 察 其 铸 态组  观 织 ( 1 。其 中墨 色块 状组 织 为珠光 体 ( 度 3 6 图 ) 硬 3 ~ 

00 . 4硬度 HR  6 C 4 。该 磨 球 由于 硬 度 偏 低 , 磨 性  耐 较差 , 吨 矿 石 的 磨 球 消 耗 量 在 0 8 0 9  g之  每 . ~ .0k
作者 简 介 : 稳 善 (9 2) 男 , 刘 1 5一 , 工程 师 ;   E mall — e sa @ 13 cr  - i:u w nh n 6 . o i n

图 1 低 络 铸 铁 的 铸 态 组 织 
Fi.1 M i r sr t r   fl w hr m i m  a tio   g   c o tucu e o  o c o u c s  r n

修 订 日期 :0 70 —4 20 —40 

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第 5 期 

刘 稳 善 等 : 型低 铬 铸 铁 磨 球 的研 究  新

4 0HV0 2 是 由共 晶 奥 氏体 冷 却 到 室 温 转 变 而 来  0  .)
的; 网状组 织 为莱 氏体 , 色基 体 为共 晶 渗碳 体 ( 白 硬 
度 9 0 1 2  8    3HV0 2 。硬 度 检 验 表 明 , 色 块 状  0 .) 黑

2 ~2 ; 3 5 ④铸 态样 在 8 0℃水 淬 、 度 可达 HR   6 8 硬 C 6 


6 , 先 的共 晶奥 氏体 基本 上 都转 变 成 马 氏体 , 7原 保 

留了部 分 共 晶 渗碳 体 ; 等 温 退 火样 经 8 0 ℃水 玻  ⑤ 8 璃 溶液 淬火 4 2 0 o -5   C回火 , 度 为 HRC 6 硬  0左 右 , 组  织 为 马 氏体 + 共 晶 渗 碳 体 ; 等 温 球 化 退 火 后 在  ⑥ 90 0 ℃水玻璃 溶 液 淬 火 、 度 可 达 HRC 6 。8 0℃ 硬  4 8   和 9 0℃水玻 璃 溶 液 淬 火 后 , 3 h不 同 温 度 回火  0 经  
硬 度变 化见 图 3所示 。  

组 织硬 度 不高 , 白色组 织硬 度 很 高 , 因其 形 成 网  而 但 状 , 磨球 的脆性 大 。 故  

2 热 处理 工 艺试 验   
将铸 态低 铬铸 铁磨 球 切割 成 2  5mm×2   5mm×   2  5mm 多个 试样 , 别对 其试 样进 行 回火 、 分 正火 球化  退 火 和淬 火处 理 , 检验 其硬 度和 组 织 , 结果 如 表 1所  示, 部分金 相 组织见 图 2  。 由 表 1可 以 看 , 低 铬 铸 铁 的铸 态 试 样 经 5 0 ① 0  ℃回火 , 度 基 本 未 降 低 ; 铸 态 样 经 8 0 ℃ 正 火  硬 ② 8 后, 硬度 下 降近 HR   , 现屈 氏体 , C2出 基体 析 出粒 状  碳化 物 , 晶 碳 化 物 减 少 ; 铸 态 试 样 经 等 温 退 火  共 ③
(0 9 0℃ × 1 5h 7 0 ℃ × 2h 金 相 组 织 主 要 为 珠  .  + 3  )

通 过组 织 观察 、 能 检测 和 现场 试 验 表 明 , 成  性 该 分 的磨 球 : 在铸 态 + 回火状 态 下使 用 , ① 由于 硬度 不  高 , 磨性 略差 ; 耐 ②铸 态磨 球 经 淬 火 和 回 火 处 理后 ,   由于 组织粗 大 , 在 大 量 网状 组织 , 火 内应 力 大 , 存 淬  

磨 球 易开裂 ; 铸态 磨 球经 高温 球 化 +淬 火 、 ③ 回火 处 
理, 可以克 服 开裂 , 成 本 高 、 产率 低 。 但 生  
实践 表 明 , 型球 磨机 破碎 的矿石 硬 度 高 , 大 磨球 

冲击 力大 , 管过 多 的莱 氏体 和 共 晶渗 碳 体 提 高 了  尽

光体 +团絮状 石 墨 +共 晶 渗碳 体基 体 , 度 为 HR   硬 C

硬度 , 但脆性 大 , 球易 破碎 ; 出现 大量 的珠 光体 , 磨 而  

表 1 低 铬 铸 铁 试 样 不 同 热 处 理 状 态 下 的硬 度 和 组 织 特 征 
Tabe 1 Ha d s   nd m i r suc u e o  a p e a  if r nttm pe l   r ne sa   c o t t r   fs m l  td fe e   e  ̄ r   fhe  r a m e   e o   att t nt e

( )等 温 退 火 状 态 ;b 8 C/ 火 + 3 0℃ 回 火 ;c 0 a ( )8 0_ 淬 5 ()9 0℃ 淬 火 + 3 0℃ 回 火  5

图 2 铬铸铁试 样的等温退火、 火、 淬 回火 组 织 
Fi.2 M ir sr c u rofs m pls a t r io he m a  nne l q nc   nd t m p r rs e tv i  g   c o t u t e    a e   fe  s t r la a 。 ue h a  e e   e p c iey

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物 理 测 试 

第 2 5卷 

3 成 分 改 进 及 熔 炼 
0  凹 

碳、 硅是 促进 贝 氏体转 变 的元 素 , 在 低铬 铸 铁  碳 中是 影 响硬 度 、 磨 性和 韧性 的关键 元 素 n , 含 量  耐  碳 低 , 出现缩 孔 和 疏 松 , 球 表 面 质 量 也差 ; 当增  易 磨 适 加碳 含量 , 可提 高 铸 球 硬 度 。增 加 硅 含 量 还 可 促 进 
碳 的石 墨化 。  

趟 

隧 

图 3 不 同 淬 火 、 火 温 度 对 铸 球 硬 度 的 影 响  回
Fi.   I l e c   fo   r e so   a ldif r n  e p r t r   g3 nfu n e o   n ha dn s   f b l  f e e ttm e e u e o   e h a d e p r fqu nc   n t m e  

适 量 的钼 、 能 提 高 磨 球 的淬 透 性 , 化 晶 粒 , 铬 细   增 加基 体强 度 和 韧 性 。但 铬元 素 抑 制 贝 氏体 转 变 ,   加 入量 应适 当 。由 于 钼铁 价 格 昂 贵 , 吨 磨 球 增 加  每
成 本约 1 0   0元 , 节 约 成 本 , 用 稀 土 镁 。稀 土 镁  5 为 改

硬 度却 偏低 , 磨 性 差 。 原成 分 配 比 的低 铬 铸 铁 磨  耐 球 存在 着热 处 理 时难 于调 整 组 织 与 性 能 问题 , 适  不 于大 型球磨 机 的 生产 应 用 , 予 调整 成 分 和 热 处理  应 工 艺 。众所 周 知 , 氏 体 + 马 氏 体组 织 具 有 高 硬 度  贝 的 同时韧性 也 很 高 , 大 型 球 磨 机 中 破 碎 高 硬 度 矿  是 石 磨球 的理 想组 织 。  

具 有细 化 晶粒 、 化 基 体 、 化 晶界 、 善 铸 造 组 织  强 净 改 结 晶形 态 , 于消 除粗 大柱状 晶组 织  等 作用 , 时  利 同 还可 以促进 碳 的球 化 , 细化组 织 并 减少 铸 球 的脆 性 。   调整低 铬 铸铁 磨 球 成 分 后 新 旧成 分 ( 量 分 数 , ) 质    
对 比如 ( 2 所 示 。 表 )  

表 2 低 络 铸 铁 磨 球 的 两 种成 分 设 计 
Ta e2 Two c m po ntd sg    o Cr c s r n b l  bl     o ne   e i n oflw    a tio   a l

3 1 合 金熔 炼和 浇铸  . 采用 1 0k 中频感 应 炉 , 废 钢 和生 铁 熔 化 , 5  W 将   在 出炉前 1  i 入锰 铁 、 铁 和 硅 铁 。 出炉 温度  0r n加 a 铬

玻璃一 水溶 液 , 碱 然后 在 2 0 2 0℃回火 4h  0 ̄ 5  。
淬火 、 回火后 的金 相组 织 如 图 4所 示 , 白色 的共 

晶渗碳 体 量 已很 少 , 大量 的黑 色 组 织 是 贝 氏体 +少 

在 1 O~15   0   0℃ , 入 钢 包 后 将 稀 土 镁 压 入 铁 水  量 马 氏体 , 体 上 分 布 的 圆球 为 石 墨化 碳 。该 组 织  5 5 倒 基 中, 并搅 拌 约 2  ̄3   , 0 0S 浇铸 温度 在 1 0   1 5   0   0℃ , 与改 进前 比较 , 晶渗碳 体 网基 本 消 除 , 量 的碳 被  4 4   共 过 约 3 0℃脱模 , 至室 温 。 0 冷  
3 2 热处 理及 组织 性能  .

球化 , 大 降低脆 性 。经 检 测 硬 度 为 HR   0 5 , 大 C 5 ~ 4  这 种磨 球硬 度 高 , 性 小 , 磨 性 好 , 用 结 果 表 明  脆 耐 使
0. O~ 0 5 kg。 6 .6    

.O . 0k 热处理 在 台式 电阻炉 中进 行 , 5 0 5 在 5 ~6 0℃预  每吨矿 石 的 磨 球 消 耗 量 从 0 8 ~ 0 9  g下 降 到  热 , 9 0℃加热 淬火 , 火介 质 采 用一 定 密度 的水  在 0 淬

图 4 铸 球 在 9 0℃ 水 玻 璃 淬 火 +2 0℃ 回火 后 的组 织  0 0
F g 4 M ir sr c u e o   a l fe   0 ℃ q e c   n   0 ℃ tmp r i.   c o tu t r   b   t r9 0 f l a u n h a d2 0 e e  

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刘 稳 善 等 : 型 低 铬 铸 铁 磨球 的 研 究  新

4 结论   
( )改 进 前 的 低 铬 铸 铁 磨 球 , 铸 态 回火 条 件  1 在 下 , 度欠佳 , 硬 耐磨 性 不 高 , 吨 矿 石 的磨 球 消 耗 量  每 在 0 8 ~0 8   g 采 用 改进 工 艺 : 火 + 淬 火 + 回 . 0 . 5k ; 退   火, 可获 得 高硬度 , 成本 高 , 但 生产 周 期 长 , 有 淬 火  仍
开 裂 的危 险 。  

体 组 织 , 量 的碳 被 球 化 , 除 了 网状 组 织 , 过 消 内应 力 

小 , 性好 , 度 又 高 , 球 不 易 破 碎 , 磨 性 高 , 韧 硬 磨 耐 每 
吨矿石 的磨 球 消耗量 平 均下 降到 0 6 ~0 6   g  . 0 . 5k 。
参考文献 :  
E i 王 仲 珏 , 土 低 铬 铸 铁 磨 球 的 生 产 E] l 稀 J .现 代 铸 铁 ,0 0 3 : 2 0 ,( ) 
4 — 7  54 .

( )新 成 分 的 低 铬 铸 铁 磨 球 , 直 接 在 水 玻 璃  2 可 中淬火 + 回火 , 得 高强 韧 性 的 贝 氏体 + 少 量 马 氏  获

E ] 胡 恒 法 , 新 华 , 海 玲 .新 型低 铬 铸 铁 磨 球 工 艺 改 进 E ] 2 裴 穆 J .热 
加 工 工 艺 ,0 2 () 5 —8 2 0 ,4 :75 .  

第 三届 试 验 机 与试 验 技 术 论 坛 取得 圆满 成 功 
20 0 7年 8月 9日, 命 圣地 —— 南 昌还 在 燃 烧  参 加试 验机 论 坛 , 革 为会议 再 添重 彩 。   八 ? 建军 节 的热 情 , 年 一 度 的试 验 机 论 坛——  一 一 本 次会 议是 由江西 卫视 、 西 教 育 电视 台 、 西  江 江

“ 三届 试验 机 与试 验 技 术 论 坛 ” 第 隆重 召 开 , 题 为  电 台 、 中国工 业报 》 《 国投 资 》 《 西 日报 》 《 主 《 、中 、江 、 理 
“ 递 试验技 术 天籁 之音 , 索 试验 机 未 来 之 路 。 分  化 检验 》《 理 测 试 》 多 家 权 威 媒 体 和 知 名 机 构 , 传 探 ” 、物 等   别 来 自政 府 相 关 机 构 、 防 军 工 企 业 、 空 航 天 企  携 手有 中国试 验机行 业 领头 羊 之称 的新 三 思集 团共  国 航 业 、 研 院所 和 大 专 院 校 共 的有 两百 多名 嘉 宾 出席  同 打造 的试 验 机 与 试 验技 术 交 流平 台 , 科 旨在搭 建 一  了本 次 会议 。作 为本 次 会议 承办 单 位 的新 三 思 集 团  个 试验 机 用 户 与 试 验 机 生产 厂 家互 动交 流 的平 台 ,   黄 志 方 董 事 长 和协 办单 位 南 昌大 学 朱 友 林 副 校 长 、 扭 转 中国试 验 机企 业在 中国试 验 机 大舞 台 长 期担 当    仪 器仪 表行 业 协会李 跃 光副 理 事长 等主 要 领导 也 共  配 角 的尴 尬 局 面 , 塑 试 验 机 用 户 对 中国 试验 机 企  重 同出席 了开幕 式 。 中科 院 周 远 院士 、 京航 空 材 料  业 的信心 , 兴 中 国 民族 工 业 试 验 机 行 业 。本 次 会  北 振 研 究 所苏彬 博 士作 为特 邀嘉 宾 出席 了开幕 式 。   议 参会 人 员之 多 、 规格 之高 , 称 试验 机 行 业 的顶 级  堪
为期 两 天 的中 国试 验 机与 试 验技 术 论 坛 围绕 中  1 年前 , 三思 人 以过人 的 勇 气进 人 试 验 机 行  盛 会 。 1 新  

业 , 经风 风 雨 雨 , 历 以惊 人 的深 圳 速 度 , 速 成 为 中  迅
国试 验机 行业 的领 军企 业 , 更加 值 得 令 人称 道 的是 :  

国试 验机 行业 发 展趋 势及 尖端 试 验技 术 相 关 重要 话 

新 三 思 人 不 仅 重视 企业 自身 的发 展 , 而且 特 别 重 视  题展 开 , 专 家 论 文 专 场 、 有 试验 机 行 业 趋 势 论 坛 、 行  新 三 思对 社会 与 行 业 的 贡献 。2 0 0 5年 , 湖南 张 家  业 技 术 论 坛 、 国最 大 力 学 联 合 实 验 室 现 场 观 摩 。 在 中  

界 , 三 思 人成 功 地 举 办 了第 一 届 试 验 机 与试 验技  会 前 , 新 由新三 思集 团主办 的“ 首届 ‘ 三 思 杯 ’ 验 机  新 试
术论坛, 打造 了一 个 国内试 验 机行 业 技 术 交 流平 台 , 创新 设计 大 赛 ” 奖 典 礼 同期 举 行 。新 三 思还 在 论    颁

众 多试 验 机 行 业 专 家 、 者 和 工 程 师 们 实 现 了 多 年  坛 期 间展 出 了新 三 思 试 验 机 研 究 院 的最 新 研 发 成  学 来 梦 寐 以求 的 中国试验 机行 业人 士 大 团圆 ; 0 6年 , 果 。让 我们 期待新 三 思集 团 明年 在 上海 举 办 的第 四  20   又在 北 京 成 功 召 开 了 第 二 届 试 验 机 与 试 验 技 术 论  届 中 国试验 机与 试验 技术 论坛 。   坛 ;0 7年 , 相 约在 南 昌… …特 别 值 得 一 提 的是 , 20 又   两院院士、 中国材 料 学 界 泰 斗 师 昌绪 先 生 两 次 应 邀 
( 三思供 稿 ) 新