1、 PAGE 5 高鉻系列研磨介質熱處理工藝研究 寧國市 姚永茂 摘要：分析高鉻系列研磨介質三種熱處理工藝的優缺點，等溫淬火和采用亞臨界熱處理工藝可以到達相應技術指標要求，滿足生產需要。 Summary: analyze the merit and defect for two kinds of heat treatment technology for grinding media in high-chromium system and conclude that it can meet the requirement for the corresponding technical speci

2、fication and production by adopting the sub-critical 關鍵詞：研磨介質 剩余奧氏體 等溫淬火 亞臨界熱處理Key words: Grinding media, remaining austenite, sub-critical heat-treatment.一 高鉻系列研磨介質目前生產狀況磨球和磨段統稱為研磨介質或研磨體,廣泛應用于水泥、礦山、火電、非金屬加工及磁性材料等行業的粉體工程，我國每年的消耗量據不完全統計在200萬噸以上，為滿足各行業不同工況條件的要求，鑄造研磨介質的材質是多種多樣，但總的來講還是以鉻系材料為主，現在材料的開展趨勢是

3、以高鉻代替低鉻，高鉻材質產量要占到總量的40%以上。二 高鉻系統列研磨介質熱處理工藝 高鉻合金白口鑄鐵鑄態顯微組織是過飽和的奧氏體+片狀或塊狀含鉻共晶碳化物，共晶碳化物較粗大呈斷續網狀分布，為了充分發揮高鉻合金白口鑄鐵的抗磨性能，必須通過熱處理來改變基體組織，將奧氏體轉化成馬氏體，以提高基體的硬度，從而提高耐磨性，目前常用的高鉻系列研磨介質熱處理工藝有以下三種：1 高溫淬火+回火為了提高高鉻高鉻系白口鑄鐵耐磨性能，目前各廠多采用高溫淬火+回火工藝，以獲得馬氏體基體，硬度一般在HRC56-62，Ak值一般在6J/cm2以上，淬火方法有風淬、霧淬、油淬和介質淬等，從技術角度來講這種工藝應該是比擬成

4、熟的工藝，可以充分發揮高鉻鑄鐵的優良性能。由于鉬鐵價格不斷上漲，國內耐磨材料廠根本都采取以錳代鉬來提高淬透性，錳含量控制在1.5%以上,這樣就增加了殘留奧氏體含量,根據資料介紹1采用這種熱處理工藝的高鉻材質殘留奧氏體量一般都在10-30%(見表1),而且隨著淬火溫度的提高,剩余奧氏體量也隨之增加(見表2) 表1 不同熱處理工藝條件下殘留奧氏體含量 Table 1 the content of remaining austenite in different heat-treatment technology conditions.試驗號熱 處 狀 態Ar%1980C02.5h空冷+200 C0

5、2h空冷342980C02.5h空冷+ 5 C01h+200 C02h空冷233980C02.5h空冷+ 30C01h+200 C02h空冷154980C02.5h空冷+ 70C01h+200 C02h空冷95980C02.5h空冷+ 1960C01h+200 C02h空冷26980C02.5h油淬+250 C02h空冷25.77980C02.5h+油淬 40C030min+250 C02h空冷14.88980C02.5h油淬+ 196C030min+250 C02h空冷0作者介紹：姚永茂 男 1940年生，高級工程師，安徽省寧國市注：該項試驗化學成分：C 2.65 Cr 12 Si 1.4

6、Mn 0.62表2 不同淬火溫度條件下殘留奧氏體含量(3) Table 2 the content of remaining austenite in different quenching temperature conditions. (3)淬火溫度950 C0980 C01010 C01050 C01100 C0Ar%11.518.831.761.478.7奧氏體具有強烈的加工硬化性能，磨球在使用中不斷受到沖擊，會使奧氏體向馬氏體轉變，同時伴隨著體積增大而帶來相變應力。馬氏體與奧氏體不共格，在介面處很容易位錯塞積或形成位錯墻等，在應力作用下，這些薄弱部位和其它缺陷處形成應力集中而容易形成

7、裂紋源，裂紋沿切向擴展產生表層剝落。據資料介紹1不同沖擊能量對相對失重與殘留奧氏體含量關系如圖1所示： 相對失重 A 1.24J/cm2B3.7J/cm2C6.2J/cm2 1.1 1.0 0.9 1.2 1.1 1.0 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Ar% 圖1 不同沖擊能量對相對失重與剩余奧氏體關系Fig.1 Influence of different impact energy on relative weight loss and remaining austenite contents 由圖可見在小能量沖擊時(直線A) ,

8、殘留奧氏體含量高時磨損量還有降低的趨勢;中等能量沖擊時(直線B), 隨著殘留奧氏體含量增大,磨損量也隨之增加;當沖擊能量更大時(直線C), 隨著殘留奧氏體含量增大,磨損失重更加明顯增大.這說明在高能量沖擊時, 隨著殘留奧氏體含量的增加磨損量也隨之增大.而一般磨機內研磨介質沖擊功遠大于試驗的沖擊功(見圖2).在干法磨機中磨內溫度一般在100-200C0，研磨介質在磨機中又經反復沖擊，雙重因素加速研磨介質表層一定深度范圍內發生殘余奧氏體形變并向馬氏體轉化，隨深度增加轉變量降低，局部地方產生體積膨脹，據資料介紹(2)這種組織轉變體積膨脹可到達6%，形成組織應力，當應力超過基體強度時就會產生塊狀剝落，

9、造成研磨介質失園，在風掃磨中這種現象由其明顯。在濕法磨中雖然溫度不高，但在反復沖擊磨損情況下，也會產生殘余奧氏體形變并向馬氏體轉化，具資料介紹(2)，經過5000次沖擊后，剩余奧氏體轉變量為70%，經10000次沖擊后剩余奧氏體轉變量為90%。 對不同狀態的高鉻鑄鐵磨球進行檢驗，經過熱處理未使用的磨球中，剩余奧氏體量多在14-20%之間，經3個多月使用而未破碎磨球的剩余奧氏體量小于7-12%，而由于大塊剝落后又經磨損形成多角形磨球的剩余奧氏體量在28%左右，剝落下來的較大塊殘片的剩余奧氏體量小于2%，這些數據足以說明剩余奧氏體量高時，磨球易產生塊狀剝落，造成磨球失園。球徑圖2 沖擊能量與磨機直

10、徑和球徑的關系 Fig.2 the relationship between the impact energy and the mill diameter, ball diameter.從上述分析中可知通過高溫淬火+回火的高鉻系列的研磨介質為什么產生失園的機理,由于有失園現象存在,產生非正常的磨損,增加了研磨介質的磨耗.當然可以提高回火溫度來減少剩余奧氏體，在500C0回火可以將剩余奧氏體降到2%以下，但要犧牲硬度3，回火溫度從350C0升到500C0,硬度從HRC63.4降到HRC54.6,下降幅度到達14%.見表3表3 Cr13高鉻鑄鐵經950C0淬火和不同溫度回火后的HRC，ak，Ar

11、%，的變化(3)Table 3 The change of HRC, ak, Ar% of Cr13 cast iron after quenching at 950 and in different tempering temperature.熱處理工藝HRCakAr%950C0油淬63.462.90.211.5950C0油淬+350C0回火59.959.20.489.24950C0油淬+400C0回火59.356.90.410.7950C0油淬+450C0回火58.655.90.358.54950C0油淬+500C0回火54.651.80.221.9950C0+600C0回火43.10.3

12、0注:此項試驗化學成分:C 1.91 Cr 13.16 Mn 0.682 等溫淬火工藝 等溫淬火工藝在鋼和奧貝球鐵等材質上應用很普遍,也取得顯著成效,目前有很多耐磨材料技術人員開始將等溫淬火這一工藝應用到高鉻鑄鐵的熱處理生產上,在不增加合金的情況下,使研磨介質的性能提高30%以上,充份挖掘現有材質的潛在能力. 高鉻鑄鐵等溫淬火就是將鑄件加熱到940-1050C0,然后快速冷卻到了280-330C0,在這個溫度下等溫2-5小時出爐空冷.根據不同的含鉻量、球徑的大小、環境溫度的上下、淬火介質溫度、確定鑄件在介質里的冷卻時間和出介質時的外表溫度，以及等溫時間的長短，這些工藝參數必須在生產實踐中摸索后

13、確定。 據資料介紹4普通高鉻鑄鐵經等溫淬火處理后，其性能有較大幅度提高，試驗化學成分如下：C 3.11 Si 1.19 Mn0.77 Cr 13.65 S 0.011 P 0.042 Cu 0.66 Ni 0.073 MO0.18經常規淬火+回火(1)及280C0(2) 320C0(3) 350C0(4) 不同溫度等溫處理后的性能如下: 表4 高鉻白口鑄鐵的硬度和沖擊值試樣編號1234硬度HRC57.664.765.264.8沖擊韌度 J/cm26.17.08.46.7 由上表可知經等溫淬火處理后硬度可提高12%以上,沖擊值可提高37%,而耐磨性能可提高13-33% 經等溫處理后的高鉻白口鑄鐵

14、的金相組織為馬氏體+貝氏體3 亞臨界處理工藝 所謂亞臨界處理就是在Ac3臨界溫度以下進行熱處理來獲得較好的綜合力學性能的熱處理工藝，高鉻系列研磨介質采用亞臨界處理工藝其機械性能略低于高溫淬火+回火工藝，但其使用性能卻能和高溫淬火+回火工藝比美。3.1亞臨界處理工藝的分析 高鉻系列研磨介質在生產時多采用金屬型激冷工藝，其鑄態顯微組織是由奧氏體、馬氏體和M7C3型碳化物組成，在亞臨界處理過程中，基體中過飽和的碳和合金元素鉻、錳會由于原子擴散而以二次碳化物形式析出，使基體中碳和合金元素減少，導致MS點升高，在冷卻過程中，剩余奧氏體就會轉變成馬氏體，并且由于MS點升高，馬氏體量隨著亞臨界處理溫度提高和

15、保溫時間的延長而不斷增加，剩余奧氏體會隨著保溫時間的延長而不斷減少。據資料介紹7，奧氏體顯微硬度HV340-450，馬氏體的顯微硬度HV670-1200，馬氏體的顯微硬度比奧氏體顯微硬度高得多，隨著奧氏體量的減少和馬氏體量的增多，基體的硬度也隨之提高，出現了二次硬化現象。3.2亞臨界處理溫度與剩余奧氏體含量和馬氏體含量有以下關系圖4、圖55。試驗用高鉻鑄鐵化學成分:C 2.16 Si 0.61 Mn1.38 Cr 13.13 P 0.036 S 0.028Ar %H 圖4 回火溫度與剩余奧氏體含量關系 Fig.4 The relationship between tempering tempe

16、rature and remaining austenite. M% h 圖5 回火溫度與馬氏體含量關系Fig.5 The relationship between tempering temperature and martensite content. 由圖可知，在525C0時通過8-10小時高溫回火后，殘留奧氏體量可降到5%以下,而馬氏體含量可到達70%以上。亞臨界處理溫度在500-550C0，經過8-10小時保溫，硬度、沖擊值和耐磨性到達最正確值。3.7 經濟效益分析表5能耗比擬Table 7 The comparison of the energy consumption溫度 C0電能 KW費用 元/T600C0201120.61000 C0401241從上表可知采用亞臨界工藝處理的能源消耗比采用高溫淬火+回火工藝處理的低50%以上,再加上高溫工裝消耗、降溫風機能耗、屢次起吊能耗和人工費用，采用亞臨界工藝本錢比高溫淬火+回火工藝降低70%以上。4結論 高鉻合金白口鑄鐵研磨介質常用的三種熱處理工藝各有各的特點,要根據不同的工況條件和使用要求,選擇不同熱處理工藝方