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      采用變質及高溫正火處理相結合的工藝提高低鉻合金鑄鐵球的質量
      來源:本站    發布日期:2012/9/16    
            近幾年來,高鉻合金鑄鐵球雖然已在較大范圍內得到應用,但是,由于我國的鉻礦貧乏,鉻鐵的價格較高,再加上高鉻球的生產設備投入大,生產工藝較復雜,所以高鉻鑄球的成本較高,很難被一般用戶所接受。不少用戶尋求質優價廉的低鉻合金鑄鐵球的生產工藝。
            通常的低鉻合金鑄鐵球的生產工藝,很難從根本上消除破碎失效的弊端。鉻系耐磨鑄球的綜合球耗,在相同工況條件下,主要取決于磨球材質的基體組織及其共晶碳化物的類型。高鉻合金鑄鐵球之所以具有良好的耐磨性能,其主要機理是,高鉻鑄球具有高硬度并有足夠韌性的低碳馬氏體基體,更重要的是其共晶碳化物的晶格類型主要為(Cr,Fe)7C3,并呈斷網、孤立分布。低鉻合金鑄鐵球之所以容易破碎,根本原因在于,其共晶碳化物的晶格類型主要為(Fe,Cr)3C,并且容易成粗長板條狀分布,這種碳化物對基體產生了割裂作用,導致韌性下降,從而引起破碎。所以,減少低鉻合金鑄鐵球的的主要途徑應該是,除了強化基體組織外,重要的是細化其碳化物,關鍵是使碳化物呈斷網、孤立分布,以減少它對基體的割裂作用,達到提高韌性的目的。
            添加鉬、銅及其他合金元素,可強化基體,細化組織;采取適當的熱處理可使共晶碳化物孤立化;通過變質處理可使低鉻合金鑄鐵球的共晶碳化物細化,而且能使碳化物形狀、分布改變,進而斷網;變質處理操作簡便、經濟實用、效果顯著,是生產低成本高質量低鉻合金鑄鐵球的有效途徑。
            1  化學成分
            化學成分設計的原則是,盡量降低成本,不添加昂貴的鉬,也不添加銅。
            1.1  碳
            在低鉻鑄鐵中,含碳量過低,硬度下降。含碳量高,雖然磨球硬度高,但碳化物增多,而且共晶碳化物呈板條狀分布或高碳相呈典型的萊氏體組織,還會產生柱狀晶,使其韌性急劇下降。所以含碳量控制在2.2~3.0%之間為宜。
            1.2  鉻
            鉻能強烈形成碳化物,可細化晶粒,細化碳化物,改善碳化物的分布,使磨球的強度、硬度提高但沖擊韌性有所下降,故含鉻量在1~1.5%之間較為合適。
            1.3  錳
            錳能強烈增加碳化物的穩定性,能提高強度和硬度,而且有脫硫除氧的作用。但在低鉻鑄球的實際生產中,過高的錳量將加劇柱狀晶的形成。降低磨球的塑性和沖擊韌性,故錳應控制在0.8~1.5%范圍之內。
            1.4  硅
            在鉻系耐磨鑄鐵球中,硅是利少弊多的元素。含硅量超過1%時,不但影響共晶碳化物的分布形態,而且降低材質的硬度。因此,含硅量應控制在0.8%以下。
            1.5  磷
            磷能提高硬度,改善耐磨性,但卻強烈降低沖擊韌性,故取磷<0.08%。含硫量小于0.06%。
            1.6  變質處理
             變質處理的作用是改變碳化物的形態,細化組織,從而達到提高韌性的目的。稀土合金是應用較廣的變質劑,它的特點是熔點低,原子半徑大,在Fe-Cr-C合金中是強成分過冷元素,同時又是非碳化物形成元素,因此,一方面它可使初生的奧氏體枝晶細化;另一方面,它可促使碳化物均勻分布。我公司石配廠采用稀土鎂硅鐵合金作為變質劑,通過試驗,將其含量定為1%。
            2  試驗內容
            試驗用爐料為,碳素廢鋼、L10煉鋼生鐵、FeCr55C1000高碳鉻鐵、FeSi65硅鐵、FeMn74C7.5高碳錳鐵、鋁按GB1196-83《鋁錠的級別、牌號及化學成份》標準選用三級、稀土鎂硅鐵FeSiMg8RE7。
      熔煉設備用GWJ0.25中頻無芯感應熔煉爐,金屬型澆注鑄球,金屬型采取多個水平分型頂澆加砂套冒口(模具采用安徽省寧國市新寧鋼球設備制造有限公司生產的新寧牌模具,見圖1),采用RT3-105-10臺式電阻爐對鑄球進行高溫正火熱處理。

            試驗設備,HLN-11A硬度計;JB-30A;;沖擊試驗機;金相顯微鏡。鐵液出爐溫度為1 500℃,1%的稀土鎂硅鐵變質劑可先在包內加入1/2,另外1/2隨流加入,包內打渣兩次,澆注溫度控制在1 340~1 380℃,澆注時應注意擋渣,開模溫度控制在900℃左右。試產的鑄鐵球在同一熱處理爐內經920℃保溫3小時后,出爐空冷。
            3  試驗結果
            3.1  力學性能與金相組織
            在試產的1噸鑄鐵球中,隨機抽取6個球進行力學性能及金相組織檢驗。檢驗結果見表1。

      *      P—珠光體     K—共晶碳化物
            通過在顯微鏡下觀察,可看出6個球的金相組織均為珠光體+斷網的共晶碳化物,但相比較而言,3#球的共晶碳化物斷網情況最好,共晶碳化物幾乎呈孤立、不連續的斷網分布。而從表中的沖擊值來看,3#球的沖擊韌性也最好。從而確定金相組織與鑄球的力學性能密切相關。
            而化學成分控制范圍相同,未經變質處理和高溫正火處理,經過中溫回火處理的低鉻合金鑄鐵球,其洛氏硬度為45,沖擊值僅為1.72 J/cm2,金相組織為典型的萊氏體組織;而經過變質處理,沒有經高溫正火處理,只經過中溫回火處理的低鉻合金鑄鐵球,其洛氏硬度(取6個球的平均值)為45.5,沖擊值為3~4J/cm2,金相組織為珠光體+網狀或半連續網狀碳化物,同時組織沒有經高溫正火的組織細小。
            3.2  現場使用情況
      我公司石配廠采用爐前變質處理+高溫正火處理相結合的生產工藝生產的低鉻合金鑄鐵球,已在烏石化公司化肥廠及熱電廠使用了近兩年,根據用戶返回的信息表明,我公司生產的低鉻合金鑄鐵球,球耗低,破碎率也低于其它廠家的同類產品,使用性能優良,大大減低了工人的勞動強度。
            4  結  論
            1、嚴格控制低鉻合金鑄鐵球的化學成分是變質處理的前提。尤其是含碳量必須控制在2.2~3.0%,含鉻量控制在1~1.5%。
            2、采用稀土鎂硅鐵合金進行變質處理,使碳化物形狀、分布改變,進而斷網,同時使晶粒細化,組織致密,提高韌性。
            3、采用高溫正火熱處理,獲得珠光體加斷網的共晶碳化物,可獲得硬度大于HRC42,沖擊韌性大于6 J/cm2的良好性能,提高韌性和耐磨性。
            4、采用變質處理加高溫正火處理相結合的工藝生產的低鉻合金鑄鐵球,球耗低,破碎率低。
      作者:Admin
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