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采用变质及高温正火处理相结合的工艺提高低铬合金铸铁球的质量
来源:本站    发布日期:2012-9-16    
      近几年来,高铬合金铸铁球虽然已在较大范围内得到应用,但是,由于我国的铬矿贫乏,铬铁的价格较高,再加上高铬球的生产设备投入大,生产工艺较复杂,所以高铬铸球的成本较高,很难被一般用户所接受。不少用户寻求质优价廉的低铬合金铸铁球的生产工艺。
      通常的低铬合金铸铁球的生产工艺,很难从根本上消除破碎失效的弊端。铬系耐磨铸球的综合球耗,在相同工况条件下,主要取决于磨球材质的基体组织及其共晶碳化物的类型。高铬合金铸铁球之所以具有良好的耐磨性能,其主要机理是,高铬铸球具有高硬度并有足够韧性的低碳马氏体基体,更重要的是其共晶碳化物的晶格类型主要为(Cr,Fe)7C3,并呈断网、孤立分布。低铬合金铸铁球之所以容易破碎,根本原因在于,其共晶碳化物的晶格类型主要为(Fe,Cr)3C,并且容易成粗长板条状分布,这种碳化物对基体产生了割裂作用,导致韧性下降,从而引起破碎。所以,减少低铬合金铸铁球的的主要途径应该是,除了强化基体组织外,重要的是细化其碳化物,关键是使碳化物呈断网、孤立分布,以减少它对基体的割裂作用,达到提高韧性的目的。
      添加钼、铜及其他合金元素,可强化基体,细化组织;采取适当的热处理可使共晶碳化物孤立化;通过变质处理可使低铬合金铸铁球的共晶碳化物细化,而且能使碳化物形状、分布改变,进而断网;变质处理操作简便、经济实用、效果显著,是生产低成本高质量低铬合金铸铁球的有效途径。
      1  化学成分
      化学成分设计的原则是,尽量降低成本,不添加昂贵的钼,也不添加铜。
      1.1  碳
      在低铬铸铁中,含碳量过低,硬度下降。含碳量高,虽然磨球硬度高,但碳化物增多,而且共晶碳化物呈板条状分布或高碳相呈典型的莱氏体组织,还会产生柱状晶,使其韧性急剧下降。所以含碳量控制在2.2~3.0%之间为宜。
      1.2  铬
      铬能强烈形成碳化物,可细化晶粒,细化碳化物,改善碳化物的分布,使磨球的强度、硬度提高但冲击韧性有所下降,故含铬量在1~1.5%之间较为合适。
      1.3  锰
      锰能强烈增加碳化物的稳定性,能提高强度和硬度,而且有脱硫除氧的作用。但在低铬铸球的实际生产中,过高的锰量将加剧柱状晶的形成。降低磨球的塑性和冲击韧性,故锰应控制在0.8~1.5%范围之内。
      1.4  硅
      在铬系耐磨铸铁球中,硅是利少弊多的元素。含硅量超过1%时,不但影响共晶碳化物的分布形态,而且降低材质的硬度。因此,含硅量应控制在0.8%以下。
      1.5  磷
      磷能提高硬度,改善耐磨性,但却强烈降低冲击韧性,故取磷<0.08%。含硫量小于0.06%。
      1.6  变质处理
       变质处理的作用是改变碳化物的形态,细化组织,从而达到提高韧性的目的。稀土合金是应用较广的变质剂,它的特点是熔点低,原子半径大,在Fe-Cr-C合金中是强成分过冷元素,同时又是非碳化物形成元素,因此,一方面它可使初生的奥氏体枝晶细化;另一方面,它可促使碳化物均匀分布。我公司石配厂采用稀土镁硅铁合金作为变质剂,通过试验,将其含量定为1%。
      2  试验内容
      试验用炉料为,碳素废钢、L10炼钢生铁、FeCr55C1000高碳铬铁、FeSi65硅铁、FeMn74C7.5高碳锰铁、铝按GB1196-83《铝锭的级别、牌号及化学成份》标准选用三级、稀土镁硅铁FeSiMg8RE7。
熔炼设备用GWJ0.25中频无芯感应熔炼炉,金属型浇注铸球,金属型采取多个水平分型顶浇加砂套冒口(模具采用安徽省宁国市新宁钢球设备制造有限公司生产的新宁牌模具,见图1),采用RT3-105-10台式电阻炉对铸球进行高温正火热处理。

      试验设备,HLN-11A硬度计;JB-30A;;冲击试验机;金相显微镜。铁液出炉温度为1 500℃,1%的稀土镁硅铁变质剂可先在包内加入1/2,另外1/2随流加入,包内打渣两次,浇注温度控制在1 340~1 380℃,浇注时应注意挡渣,开模温度控制在900℃左右。试产的铸铁球在同一热处理炉内经920℃保温3小时后,出炉空冷。
      3  试验结果
      3.1  力学性能与金相组织
      在试产的1吨铸铁球中,随机抽取6个球进行力学性能及金相组织检验。检验结果见表1。

*      P—珠光体     K—共晶碳化物
      通过在显微镜下观察,可看出6个球的金相组织均为珠光体+断网的共晶碳化物,但相比较而言,3#球的共晶碳化物断网情况最好,共晶碳化物几乎呈孤立、不连续的断网分布。而从表中的冲击值来看,3#球的冲击韧性也最好。从而确定金相组织与铸球的力学性能密切相关。
      而化学成分控制范围相同,未经变质处理和高温正火处理,经过中温回火处理的低铬合金铸铁球,其洛氏硬度为45,冲击值仅为1.72 J/cm2,金相组织为典型的莱氏体组织;而经过变质处理,没有经高温正火处理,只经过中温回火处理的低铬合金铸铁球,其洛氏硬度(取6个球的平均值)为45.5,冲击值为3~4J/cm2,金相组织为珠光体+网状或半连续网状碳化物,同时组织没有经高温正火的组织细小。
      3.2  现场使用情况
我公司石配厂采用炉前变质处理+高温正火处理相结合的生产工艺生产的低铬合金铸铁球,已在乌石化公司化肥厂及热电厂使用了近两年,根据用户返回的信息表明,我公司生产的低铬合金铸铁球,球耗低,破碎率也低于其它厂家的同类产品,使用性能优良,大大减低了工人的劳动强度。
      4  结  论
      1、严格控制低铬合金铸铁球的化学成分是变质处理的前提。尤其是含碳量必须控制在2.2~3.0%,含铬量控制在1~1.5%。
      2、采用稀土镁硅铁合金进行变质处理,使碳化物形状、分布改变,进而断网,同时使晶粒细化,组织致密,提高韧性。
      3、采用高温正火热处理,获得珠光体加断网的共晶碳化物,可获得硬度大于HRC42,冲击韧性大于6 J/cm2的良好性能,提高韧性和耐磨性。
      4、采用变质处理加高温正火处理相结合的工艺生产的低铬合金铸铁球,球耗低,破碎率低。
作者:Admin