高鉻鑄鐵磨球?qū)Ρ仍囼炑芯?/h1>
2019-05-24 02:51丁榮暉
中國金屬通報 2019年3期
丁榮暉，楊 靜
（蘇州高博軟件技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 蘇州 215163）
隨著高耐磨材料的開發(fā)和應(yīng)用，低鉻鑄鐵磨球產(chǎn)量呈逐步下降的趨勢。而高鉻鑄鐵磨球耐磨性好，球體破碎率較低，具有良好的綜合性能，可使磨球級配和磨內(nèi)填充率保持長時間相對穩(wěn)定，有利于磨機穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，正以不可替代的優(yōu)勢在水泥粉磨和電力磨煤生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。
在不同熱處理工藝措施的影響下，高鉻鑄鐵合金機械性能會產(chǎn)生不同的變化，只有當(dāng)對高鉻鑄鐵合金磨球采用960℃油淬，450℃中溫回火的熱處理工藝方法時，其綜合使用性能最佳，此時磨球磨耗達到39g/t水泥，破碎率＜0.5%[4]。筆者為驗證這種生產(chǎn)工藝的合理性，選取了低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻鑄鐵磨球和新型高鉻鑄鐵磨球進行化學(xué)成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和耐磨性能進行對比分析。
1 鑄鐵磨球化學(xué)成分對比
對能夠滿足工況需要，符合磨球硬度和沖擊韌性要求的低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻鑄鐵磨球和新型高鉻鑄鐵磨球化學(xué)成分比較如表1所示。
表1 3種磨球化學(xué)成分（%）
2 鑄鐵磨球金相組織對比
新型高鉻鑄鐵磨球鑄態(tài)組織為：奧氏體＋少量馬氏體＋碳化物，其金相照片如圖1所示。經(jīng)過油淬+回火處理后金相組織為：回火馬氏體+彌散碳化物+少量殘留奧氏體。
圖1 新型高鉻鑄鐵試樣鑄態(tài)組織
4%硝酸-酒精浸蝕 ×250
普通高鉻磨球金相組織與新型高鉻鑄鐵磨球相比，其碳化物顆粒較粗大，沒有新型高鉻鑄鐵磨球分布的均勻。而且新型高鉻鑄鐵磨球的夾雜物形態(tài)呈圓形，數(shù)量較少，提高了冶金質(zhì)量[5,6]。
低鉻鑄鐵磨球的鑄態(tài)組織為珠光體+（M3C型共晶碳化物+萊氏體）。940℃正火處理后金相組織為（M3C型共晶碳化物+萊氏體）+彌散碳化物+索氏體。
3 鑄鐵磨球機械性能對比
沿著垂直于磨球澆口直徑方向磨削出一個平面，如圖2所示，分別以圓心為基點取1/4R、1/2R、3/4R點和表面做硬度試驗[7]。硬度采用HR-150A型洛氏硬度計檢測，測量結(jié)果如表2所示。
圖2 半球硬度檢測
表2 磨球硬度測試結(jié)果
從表中可以看出新型高鉻磨球從中心到表面硬度變化范圍為59～61HRC，硬度值之差在1～2HRC；風(fēng)淬高鉻磨球硬度變化范圍在54～59HRC之間，硬度差值達到5HRC；低鉻鑄鐵磨球硬度變化范圍最大，差值達到7HRC。試驗表明低鉻鑄鐵磨球硬度分布最不均勻，普通高鉻磨球次之，新型高鉻磨球的硬度分布比較均勻。
用線切割和磨削的方法將3種材料的Φ60mm磨球加工成10mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)無缺口沖擊韌性試樣，如圖3所示，用JB-5型沖擊試驗機做沖擊韌性試驗，試驗結(jié)果如表3所示。
圖3 常溫沖擊試驗試樣
表3 磨球沖擊韌性測試結(jié)果
4 鑄鐵磨球沖擊疲勞試驗對比
落球沖擊疲勞試驗采用Φ100mm的低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻磨球和新型高鉻鑄鐵磨球各16個，落程高度為3.5m，沖擊次數(shù)0～24000次。衡量磨球失效的標(biāo)準(zhǔn)是剝落片狀物最大直徑和最小直徑的平均值＞20mm且中心高度＞5mm，以3個失效磨球的平均落球次數(shù)為該種磨球的跌落次數(shù)。磨球落球沖擊疲勞性能數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 磨球沖擊疲勞試驗數(shù)據(jù)對比表
由表中數(shù)據(jù)可見新型高鉻磨球試驗數(shù)據(jù)要優(yōu)于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球，說明新型高鉻磨球具有良好的抗沖擊疲勞能力。
5 鑄鐵磨球耐磨性試驗對比
選用MLD-10型動載荷沖擊磨損試驗機上進行磨損試驗，以此比較低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻磨球和新型高鉻磨球的耐磨性。所有試驗材料都加工成10mm×10mm×30mm尺寸試樣，磨料為40～70目石英砂，沖擊次數(shù)150次/min 上試樣為3種試驗材料試樣，下試樣為圓環(huán)狀45#鋼（HRC55），轉(zhuǎn)速150r/min，試驗材料磨損失重質(zhì)量在1/10000克精度天平上稱量。
根據(jù)《磨球技術(shù)條件》[8]要求，當(dāng)磨球能承受αk≥3 J/cm2沖擊能量時，就能夠適應(yīng)工況條件下服役而不會破裂。因此，將沖擊功設(shè)置為3 J。
由表5可知，新型高鉻磨球、普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球體積硬度是逐漸遞減的，和表4三種磨球磨損量呈正比關(guān)系，這說明了材料硬度高低和抗沖擊疲勞磨損能力有著直接的關(guān)系。由上表中可知新型高鉻磨球的耐磨性是低鉻鑄鐵磨球的1.53倍，是普通高鉻磨球的1.12倍，耐磨性能較好。
表5 磨球磨損試驗結(jié)果
6 結(jié)論
新型高鉻磨球裝機實驗在Φ3.2m×13m球磨機中進行，共投入磨球140t，歷時近6個月，共生產(chǎn)水泥22860t，磨球總消耗量為892kg，球耗比普通高鉻磨球降低25%。由表6中數(shù)據(jù)可見新型高鉻磨球球耗和破碎率均優(yōu)于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球。
表6 新型高鉻磨球水泥廠裝機實驗結(jié)果
實踐證明，使用新型高鉻磨球后，磨球耐磨性能較好，提高水泥產(chǎn)出效率，降低了生產(chǎn)成本，同時延長了球磨機運行周期，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
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在不同熱處理工藝措施的影響下，高鉻鑄鐵合金機械性能會產(chǎn)生不同的變化，只有當(dāng)對高鉻鑄鐵合金磨球采用960℃油淬，450℃中溫回火的熱處理工藝方法時，其綜合使用性能最佳，此時磨球磨耗達到39g/t水泥，破碎率＜0.5%[4]。筆者為驗證這種生產(chǎn)工藝的合理性，選取了低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻鑄鐵磨球和新型高鉻鑄鐵磨球進行化學(xué)成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和耐磨性能進行對比分析。
1 鑄鐵磨球化學(xué)成分對比
對能夠滿足工況需要，符合磨球硬度和沖擊韌性要求的低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻鑄鐵磨球和新型高鉻鑄鐵磨球化學(xué)成分比較如表1所示。
表1 3種磨球化學(xué)成分（%）
2 鑄鐵磨球金相組織對比
新型高鉻鑄鐵磨球鑄態(tài)組織為：奧氏體＋少量馬氏體＋碳化物，其金相照片如圖1所示。經(jīng)過油淬+回火處理后金相組織為：回火馬氏體+彌散碳化物+少量殘留奧氏體。
圖1 新型高鉻鑄鐵試樣鑄態(tài)組織
4%硝酸-酒精浸蝕 ×250
普通高鉻磨球金相組織與新型高鉻鑄鐵磨球相比，其碳化物顆粒較粗大，沒有新型高鉻鑄鐵磨球分布的均勻。而且新型高鉻鑄鐵磨球的夾雜物形態(tài)呈圓形，數(shù)量較少，提高了冶金質(zhì)量[5,6]。
低鉻鑄鐵磨球的鑄態(tài)組織為珠光體+（M3C型共晶碳化物+萊氏體）。940℃正火處理后金相組織為（M3C型共晶碳化物+萊氏體）+彌散碳化物+索氏體。
3 鑄鐵磨球機械性能對比
沿著垂直于磨球澆口直徑方向磨削出一個平面，如圖2所示，分別以圓心為基點取1/4R、1/2R、3/4R點和表面做硬度試驗[7]。硬度采用HR-150A型洛氏硬度計檢測，測量結(jié)果如表2所示。
圖2 半球硬度檢測
表2 磨球硬度測試結(jié)果
從表中可以看出新型高鉻磨球從中心到表面硬度變化范圍為59～61HRC，硬度值之差在1～2HRC；風(fēng)淬高鉻磨球硬度變化范圍在54～59HRC之間，硬度差值達到5HRC；低鉻鑄鐵磨球硬度變化范圍最大，差值達到7HRC。試驗表明低鉻鑄鐵磨球硬度分布最不均勻，普通高鉻磨球次之，新型高鉻磨球的硬度分布比較均勻。
用線切割和磨削的方法將3種材料的Φ60mm磨球加工成10mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)無缺口沖擊韌性試樣，如圖3所示，用JB-5型沖擊試驗機做沖擊韌性試驗，試驗結(jié)果如表3所示。
圖3 常溫沖擊試驗試樣
表3 磨球沖擊韌性測試結(jié)果
4 鑄鐵磨球沖擊疲勞試驗對比
落球沖擊疲勞試驗采用Φ100mm的低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻磨球和新型高鉻鑄鐵磨球各16個，落程高度為3.5m，沖擊次數(shù)0～24000次。衡量磨球失效的標(biāo)準(zhǔn)是剝落片狀物最大直徑和最小直徑的平均值＞20mm且中心高度＞5mm，以3個失效磨球的平均落球次數(shù)為該種磨球的跌落次數(shù)。磨球落球沖擊疲勞性能數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 磨球沖擊疲勞試驗數(shù)據(jù)對比表
由表中數(shù)據(jù)可見新型高鉻磨球試驗數(shù)據(jù)要優(yōu)于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球，說明新型高鉻磨球具有良好的抗沖擊疲勞能力。
5 鑄鐵磨球耐磨性試驗對比
選用MLD-10型動載荷沖擊磨損試驗機上進行磨損試驗，以此比較低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻磨球和新型高鉻磨球的耐磨性。所有試驗材料都加工成10mm×10mm×30mm尺寸試樣，磨料為40～70目石英砂，沖擊次數(shù)150次/min 上試樣為3種試驗材料試樣，下試樣為圓環(huán)狀45#鋼（HRC55），轉(zhuǎn)速150r/min，試驗材料磨損失重質(zhì)量在1/10000克精度天平上稱量。
根據(jù)《磨球技術(shù)條件》[8]要求，當(dāng)磨球能承受αk≥3 J/cm2沖擊能量時，就能夠適應(yīng)工況條件下服役而不會破裂。因此，將沖擊功設(shè)置為3 J。
由表5可知，新型高鉻磨球、普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球體積硬度是逐漸遞減的，和表4三種磨球磨損量呈正比關(guān)系，這說明了材料硬度高低和抗沖擊疲勞磨損能力有著直接的關(guān)系。由上表中可知新型高鉻磨球的耐磨性是低鉻鑄鐵磨球的1.53倍，是普通高鉻磨球的1.12倍，耐磨性能較好。
表5 磨球磨損試驗結(jié)果
6 結(jié)論
新型高鉻磨球裝機實驗在Φ3.2m×13m球磨機中進行，共投入磨球140t，歷時近6個月，共生產(chǎn)水泥22860t，磨球總消耗量為892kg，球耗比普通高鉻磨球降低25%。由表6中數(shù)據(jù)可見新型高鉻磨球球耗和破碎率均優(yōu)于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球。
表6 新型高鉻磨球水泥廠裝機實驗結(jié)果
實踐證明，使用新型高鉻磨球后，磨球耐磨性能較好，提高水泥產(chǎn)出效率，降低了生產(chǎn)成本，同時延長了球磨機運行周期，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
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