在電解二氧化錳和電解錳行業(yè)，二氧化錳中鐵及其它金屬元素的含量直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，而這些元素一方面來自礦石本身，另一方面來自粉磨設(shè)備。目前，在電解錳和二氧化錳行業(yè)最常用的粉磨設(shè)備是雷蒙磨粉機(jī)，雷蒙磨粉機(jī)上的磨輥、磨環(huán)、鏟刀是易損件，工作中要承受沖擊和磨料磨損，所以要求它們的材質(zhì)具有良好的抗磨能力，足夠的強(qiáng)度和一定的沖擊韌性，目前應(yīng)用較多的是高錳鋼，經(jīng)水韌處理后為奧氏體組織，有很高的韌性，加工硬化后的硬度可提高至HB450—550，沖擊越強(qiáng)烈，抗磨能力發(fā)揮得越好。但是它們僅在強(qiáng)烈沖擊、擠壓造成奧氏體向馬氏體的相變的條件下，才有較高的耐磨性，所以高錳鋼用于雷蒙磨粉機(jī)上則表現(xiàn)出抗磨能力欠佳，二氧化錳產(chǎn)品中鐵含量過高，壽命短的弊端。
為了尋求在雷蒙磨粉機(jī)粉碎中具有高耐磨性的易損件，我們進(jìn)行了多次研制試驗(yàn)。最后發(fā)現(xiàn)多元合金化高鉻鑄鐵具有良好的抗磨能力，足夠的強(qiáng)度和一定的沖擊韌性。
1、試驗(yàn)方法
1.1成分的確定
碳和鉻是碳化物形成元素，碳含量多少決定碳化物的數(shù)量，而鉻含量決定碳化物的類型。兩者均對抗磨性起著重要的作用。含碳量越高，則組織中脆性相碳化物就越多，它雖然對提高材料抗磨性有益處．但將大幅度降低材料的機(jī)械性能，尤其是沖擊韌性，反之則相反。一般說來，含碳量超過共晶碳含量時，在鑄鐵組織中將會產(chǎn)生粗大初生碳化物，不僅急劇降低機(jī)械性能，而且由于粗大初生碳化物在磨損中易碎裂剝落，導(dǎo)致磨損表面早期形成凹凸磨損面，降低抗磨性能，因此，含碳量選擇小于共晶碳含量。
同時，為了防止粗大初生碳化物的產(chǎn)生，保證碳化物全部呈現(xiàn)高硬度的、孤立狀( Cr - Fe)7C3型碳化物抗磨相，選好適宜的鉻碳比即Cr/C是十分重要的。在鉻含量不小于10%的條件下，Cr/C -般控制在5.0—6.5為宜。鉻雖然大多數(shù)與碳結(jié)合形成碳化物，但尚有部分溶解在奧氏體中強(qiáng)化基體，增加鑄鐵淬硬性，在含碳量一定的條件下，隨著鉻含量的提高而提高淬硬性。也就是說隨著Cr/C的增加，鑄鐵淬硬性而提高。
鋁能顯著提高高鉻鑄鐵淬透性，而Cr/C比愈高，鉬提高淬透性的效果就愈大。同時鉬還與碳形成Mo2C型碳化物，并且顯著細(xì)化組織。
鎳不溶于碳化物，全部進(jìn)入奧氏體，充分發(fā)揮提高淬透性的作用。
錳穩(wěn)定奧氏體，但帶來大量殘余奧氏體。
少量的釩可使碳化物球狀化，同時減少粗大的柱狀晶組織。
鈦也是碳化物形成元素，其碳化物TiC顯微硬度可達(dá)HV3200，對抗磨性極其有利。
銅能夠改變鉻、鉬等元素在碳化物和基體組織中的分配，提高基體組織電極電位，從而減少基體與碳化物之間的電極電位差，提高鑄鐵的抗腐蝕磨損性能。
為了脫硫去氣，凈化鐵水，細(xì)化晶粒并改善組織，加入微量稀土元素是十分必要的，一般稀土元素的加入量為0.04%～0.05%。
多元合金化高鉻鑄鐵磨輥等的設(shè)計(jì)成分和熔煉成分如表1。
1.2熔煉和鑄造
采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，按設(shè)計(jì)成分配料，依次加入鉻鐵、鉬鐵、鎳板、電解銅、鈦鐵、釩鐵控制合金含量，熔煉溫度1 550℃，澆注溫度控制在1400℃，將熔煉好的鐵水注入預(yù)先放有少量稀土和復(fù)合變質(zhì)劑的澆包中，然后進(jìn)行澆注。
1.3熱處理
采用井式電阻爐熱處理，熱處理工藝如圖1。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
分別在HR1500 -T型洛氏硬度計(jì)和JB- 30A型沖擊試驗(yàn)機(jī)上測定多元合金化高鉻鑄鐵磨輥，磨環(huán)的硬度和沖擊韌性，測試結(jié)果見表2，耐磨性試驗(yàn)在ML - 10磨料磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用180號標(biāo)準(zhǔn)剛玉砂布為磨料，載荷為2 kg，以高錳鋼作為基準(zhǔn)試樣，并與其它幾種材料的試樣相比較，結(jié)果見表3。
為了考核多元合金化高鉻鑄鐵的使用性能，驗(yàn)證工藝的穩(wěn)定性和生產(chǎn)技術(shù)水平，在某電化廠的雷蒙磨粉機(jī)上進(jìn)行裝機(jī)試驗(yàn)，其結(jié)果見表4。
通過金相顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，該多元合金化高鉻鑄鐵的金相組織為馬氏體、碳化物和少量的殘余奧氏體。這種鑄鐵之所以具有優(yōu)良的耐磨性能，是由于主要元素鉻和其它多元元金鉬、銅、釩、鈦、鎳等的綜合作用，其中碳化物以(Cr-Fe)7C3型復(fù)合碳化物呈孤立狀均勻分布于基體中，這種碳化物顯微硬度高達(dá)HV1 500～HV1 800，足以成為抵抗磨料的摩擦和沖擊磨損的理想抗磨相，而鑲包這種碳化物的馬氏體組織的顯微硬度也高達(dá)HV820～HV960，并具有足夠的堅(jiān)韌性，在磨料磨損中，既能抵抗磨料的磨損，也能牢固地鑲包抗磨相碳化物，從而大大減小碳化物剝落或碎裂傾向，有效地發(fā)揮碳化物的抗磨作用，二者相輔相從，共同作用。因此，其耐磨性普遍高于高錳鋼12倍以上。
3、結(jié) 論
(1)多元合金化高鉻鑄鐵，硬度達(dá)到HRC61～HRC65，沖擊韌性達(dá)8N12 Jl/cm2，其耐磨性是普通高鉻鑄鐵的3倍，是高錳鋼的l2倍多。
(2)多元合金化高鉻鑄鐵，其復(fù)合組織為馬氏體、碳化物和殘余奧化體，這種復(fù)合組織具有良好的耐磨性，一定的強(qiáng)度和足夠的沖擊韌性。
(3)該多元合金化高鉻鑄鐵在雷蒙磨粉機(jī)上的應(yīng)用，一方面提高了二氧化錳產(chǎn)品的競爭力，另一方面大大減小了維修費(fèi)用。
