本发明专利技术提供一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面及其制备方法。所述铸铁辊面化学成分按重量百分比为：C：3.20~3.45%、Si：1.60~1.85%、Mn：0.40~0.60%、Mo：0.50~1.00%、Ni：1.50~4.00%、Cu：0.30~1.00%、Cr：0.30~1.00%、V：0.10~0.60%、P：0~0.02%、S：0~0.01%，其余为Fe及不可避免杂质。制备方法包括熔炼、离心铸造、后处理、表面加工4个过程。铸铁辊面硬度为54.8~63.0 HRC，抗压强度为1990~3010 MPa，较现有技术制备的高压辊磨机铸铁辊面的硬度和抗压强度分别提高约18%和70%。
【技术实现步骤摘要】
一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面及其制备方法
本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面及其制备方法。
技术介绍
高压辊磨机问世十年来，主要应用在水泥行业及个别有色金属矿山采矿，水泥行业已经从这种节能耗和钢耗的高效设备中获得了较高的效益。目前，冶金矿业粉碎矿石的数量庞大，而金属矿石大都坚硬难磨，且目前所采用的球磨机其能耗、钢耗以及效率的问题都比较突出。能否将高压辊磨机普遍应用于冶金矿业，一直都是研究者们关心的问题。但要将高压辊磨机普遍应用于冶金矿业(尤其是铁矿)，首要问题就是设备的静压力，即设备必须具有更大的承载能力和更强的耐磨性。高压辊磨机的压辊是主要的承载部件和磨损部件，压辊及相关部件的改进对高压辊磨机应用于冶金矿业有着非常重要的意义。目前提高压辊表面抗冲击韧性和耐磨性的一般性做法是先在压辊基体表面堆焊一层耐冲击金属层，然后再在其上堆焊一层硬度较高的耐磨层，最后可以焊一些人字形或一字形条纹以增加进料粒度，受到目前焊接技术的局限，最终辊面的平均洛氏硬度为55~60HRC。近期，德国洪堡公司将压辊表面作了进一步改进，他们将原有的堆焊耐磨层改成有序排列的硬质合金短柱。硬质合金柱的洛氏硬度可达65~67HRC，这意味着压辊的耐磨性得到了很大提高，进而其使用寿命较堆焊辊面也有显著提高，达8000小时左右。这种复合辊面材料多采用高铬铸铁，但该材料抗压强度和耐磨性不足，对高压辊磨机辊面的质量有很大影响。采用高合金钢为辊面材料，优点是具有足够的抗压强度和耐磨性，但在大型铸件浇注时容易导致成分不均匀、碳化物易聚集长大，最终辊面的强度、硬度及耐磨性不均匀，并且材料成本较高。贝氏体球墨铸铁由于具有良好的强韧性，耐磨性以及较为低廉的制造成本，目前被广泛应用于制造高耐磨性能的大型辊压机的辊面。但目前应用于高压辊磨机辊面中的贝氏体球墨铸铁大多是采用等温淬火方法，且热处理工艺存在工序多，生产周期长，耗能大，淬火介质易污染环境，对大型件进行等温淬火难以操作等问题。因此，目前急需专利技术出一种硬度较高并且能够提高生产周期，简化生产工艺，降低成本，同时保持高抗压强度和耐磨性的铸态合金贝氏体球墨铸铁或者简化热处理工艺的合金贝氏体球墨铸铁材料，使辊面的使用寿命大幅延长，效益达到最大化。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面及其制备方法，所述高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面具有成分偏析小，组织均匀，抗压强度高，耐磨性好，硬度较高，柱钉镶嵌方便和使用寿命长的优点，且其制备工艺简单，成本低，效益可以达到最大化。本专利技术的技术方案如下：一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面，其化学成分按重量百分比为：C：3.20~3.45%、Si：1.60~1.85%、Mn：0.40~0.60%、Mo：0.50~1.00%、Ni：1.50~4.00%、Cu：0.30~1.00%、Cr：0.30~1.00%、V：0.10~0.60%、P：0~0.02%、S：0~0.01%，其余为Fe及不可避免的杂质。所述一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面的制备方法，按照以下工艺步骤进行：（1）按照重量百分比为：C：3.20~3.45%、Si：1.60~1.85%、Mn：0.40~0.60%、Mo：0.50~1.00%、Ni：1.50~4.00%、Cu：0.30~1.00%、Cr：0.30~1.00%、V：0.10~0.60%、P：0~0.02%、S：0~0.01%，其余为Fe及不可避免杂质的化学成分选配原料，在中频炉中于1400～1520℃熔炼，出炉前在浇包内加入球化剂和孕育剂，其中球化剂的用量为合金化的铁水总质量的1.8%，孕育剂的用量为合金化的铁水总质量的0.3%；（2）将冷型加热至250~300℃，采用石英粉对冷型进行涂料，料层厚度为2.3~3.5mm，待冷型温度降至190~200℃时注入合金化的铁水进行离心铸造，铸造过程控制离心重力倍数为100~120G，并保持该重力倍数60min，一次浇注成型得到合金贝氏体球墨铸铁铸件；（3）将合金贝氏体球墨铸铁铸件冷却至室温，进行处理，处理方式为以下两种：方式一为直接回火处理，将冷却的合金贝氏体球墨铸铁铸件在空气炉中加热至350~500℃进行中温回火处理，保温时间为2~4h，得到组织为针状的贝氏体+残余奥氏体+共晶渗碳体+石墨的合金贝氏体球墨铸铁，硬度为52~57HRC；方式二为先淬火热处理再回火处理，步骤如下：a、将冷却的合金贝氏体球墨铸铁铸件在空气炉中以10~25℃/h的加热速度升至820~880℃进行奥氏体化处理，保温时间为1~2h；b、将水雾化后连续喷淋在奥氏体化处理的合金贝氏体球墨铸铁铸件上进行冷却，控制水流压力为0.1~0.2MPa，待铸件温度降到320~350℃停止喷淋；c、将铸件放入空气炉中，在280~320℃保温1.5~2.5h，空冷至室温，得到组织为贝氏体和马氏体复相的球墨铸铁铸件；d、将贝氏体和马氏体复相的球墨铸铁铸件在空气炉中加热至350~500℃进行中温回火处理，保温时间为2~4h，最终得到组织为下贝氏体+少量马氏体+固溶了Cr、Mo和V的Fe3C+弥散分布的二次碳化物+残余奥氏体+石墨球的铸铁铸件，硬度为57~63HRC；（4）选用峰角α为140°~160°的钻头，采用错位排列的分布方式在辊面上加工盲孔，待盲孔底部形状接近圆弧形，采用球头铣刀对已经加工的盲孔进行扩孔，保证盲孔周边残余量为0.2~0.5mm，再采用螺旋球头铰铣刀对盲孔进行精加工，保证盲孔的加工精度为0~0.02mm；最后将碳化钨烧结成的柱钉嵌入精加工的盲孔内，得到本专利技术的高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面。所述球化剂选用Cu-Mg合金和6#合金，其中Cu-Mg合金的成分按重量百分比为：Mg：13~15％，其余是铜，6#合金的成分按重量百分比为Si：44%，Re：4~6%，Mg：7~9%，Mn：<4%，Ca：<3%，Ti：1%，其余为Fe，两者在球化剂中的份量按重量比为5：1。所述孕育剂为Si-Ba合金，成分按重量百分比为Si：55~60％，Ba：4~6％，Ca：0.5~2.5％，其余是Fe。所述步骤（2）的合金贝氏体球墨铸铁铸件的处理方式二中，步骤b完成后与c的时间间隔不超过120s。所述高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面硬度为54.8~63.0HRC，抗压强度为1990~3010MPa，工作层之间碳化物总量相差不超过0.55%。与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果是：（1）本专利技术通过合理调整低合金贝氏体球墨铸铁中各合金元素的含量，使其在铸态下可以获得贝氏体组织。并且Mn、Ni、Cu和Si等元素固溶于奥氏体，增加了铁素体的自由能，而降低了奥氏体的自由能，延缓了贝氏体转变，使得贝氏体转变区域向右移动，并与珠光体转变区域分离。同时，高的Si含量阻碍了贝氏体转变时碳化物的析出，所以，在贝氏体片层间无碳化物析出。合金中各元素起到相互平衡作用，因此在凝固时成分不易偏析，组织更加均匀，最终辊面的强度和耐磨性也更加稳定。（2）本专利技术的合金贝氏体球墨铸铁铸件处理方式为两种，一种是铸态下直接回火处理和另一种是先淬火热处理再回火处理，其中铸态下直本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面，其特征在于其化学成分按重量百分比为：C：3.20~3.45%、Si：1.60~1.85%、Mn：0.40~0.60%、Mo：0.50~1.00%、Ni：1.50~4.00%、Cu：0.30~1.00%、Cr：0.30~1.00%、V：0.10~0.60%、P：0~0.02%、S：0~0.01%，其余为Fe及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面，其特征在于其化学成分按重量百分比为：C：3.20～3.45％、Si：1.60～1.85％、Mn：0.40～0.50％、Mo：0.62～1.00％、Ni：2.80～4.00％、Cu：0.66～1.00％、Cr：0.65～0.73％、V：0.10～0.60％、P：0～0.02％、S：0～0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述铸铁辊面硬度为54.8～63.0HRC，抗压强度为1990～3010MPa，工作层之间碳化物总量相差不超过0.55％。2.权利要求1所述的一种高压辊磨机的合金贝氏体球墨铸铁辊面的制备方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：(1)按照重量百分比为：C：3.20～3.45％、Si：1.60～1.85％、Mn：0.40～0.50％、Mo：0.62～1.00％、Ni：2.80～4.00％、Cu：0.66～1.00％、Cr：0.65～0.73％、V：0.10～0.60％、P：0～0.02％、S：0～0.01％，其余为Fe及不可避免杂质的化学成分选配原料，在中频炉中于1400～1520℃熔炼，出炉前在浇包内加入球化剂和孕育剂，其中球化剂的用量为合金化的铁水总质量的1.8％，孕育剂的用量为合金化的铁水总质量的0.3％；(2)将冷型加热至250～300℃，采用石英粉对冷型进行涂料，料层厚度为2.3～3.5mm，待冷型温度降至190～200℃时注入合金化的铁水进行离心铸造，铸造过程控制离心重力倍数为100～120G，并保持该重力倍数60min，一次浇注成型得到合金贝氏体球墨铸铁铸件；(3)将合金贝氏体球墨铸铁铸件冷却至室温，进行处理，处理方式为以下两种：方式一为直接回火处理，将冷却的合金贝氏体球墨铸铁铸件在空气炉中加热至350～500℃进行中温回火处理，保温时间为2～4h，得到组织为针状的贝氏体+残余奥氏体+共晶渗碳体+石墨的合金贝氏体球墨铸铁，硬度为52～57HRC；方式二为先淬火热处理再回火处理，步骤如下：a、将冷却的合金贝氏体球墨铸...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈礼清，崔君军，何亚民，李海智，佟伟平，左良，魏勇，徐智平，
申请(专利权)人：东北大学，成都利君实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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