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    濕式球磨機(jī)襯板長(zhǎng)期處于堿性或酸性液體介質(zhì)中工作，同時(shí)受到磨球、礦石的沖擊、磨損和介質(zhì)的腐蝕。失效形式主要是磨損、腐蝕和斷裂。為保證襯板的使用壽命，襯板材質(zhì)應(yīng)具備合理的力學(xué)性能匹配，即具有高強(qiáng)度、高韌性和高硬度，同時(shí)還應(yīng)具有一定的抗腐蝕能力。目前，國內(nèi)常用的球磨機(jī)襯板材料是ZCMn13，使用后其殘?bào)w表面硬度只有HB260一350，沖擊硬化特性未能充分發(fā)揮，耐磨性較差，壽命較短。同時(shí)，高錳鋼塑變抗力較低，襯板在使用過程中往往容易變形，造成襯板之間相互咬合，使維修拆卸困難。為解決高錳鋼襯板在使用中存在問題，提高襯板使用壽命，近年來我們研制開發(fā)了低合金鋼襯板，經(jīng)工廠生產(chǎn)試用，效果良好。但是，由于低合金鋼主要組織是馬氏體和少量碳化物，耐磨性尚有待提高，而且，球磨機(jī)襯板極易在使用后期出現(xiàn)斷裂失效現(xiàn)象，使用壽命仍得不到顯著的提高，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
    根據(jù)以上存在的問題，我們進(jìn)行了襯板用中鉻合金耐磨鋼的研制。該試驗(yàn)通過適當(dāng)提高C、Cr含量，優(yōu)選合金元素的加入量，增加鋼組織中碳化物量，獲得點(diǎn)球狀或短桿狀碳化物形態(tài)。同時(shí)，為提高鋼的沖擊韌性，試驗(yàn)中經(jīng)過熱處理工藝的選擇，使鋼獲得馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體+碳化物組織，從而使該鋼材具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，提高了耐磨性和使用壽命。
1、試驗(yàn)鋼化學(xué)成分的選擇
    本試驗(yàn)以MnSiCrMo系鋼為基礎(chǔ)，采用少量、多元綜合合金化的成分設(shè)計(jì)方法，通過加入碳化物形成元素Cr、Mo、Mn、B和非碳化物形成元素Si，發(fā)揮多元合金元素的綜合作用，使鋼能在空氣中淬硬，獲得馬氏體+貝氏體+碳化物組織，有效地提高鋼的淬透性，在保證鋼的主要化學(xué)成分合適的基礎(chǔ)上，再添加微量元素進(jìn)行微合金化，不顯著增加成本卻可以明顯地細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性和耐磨性。
  根據(jù)合金元素的作用和襯扳的使用條件，以及在多次成分篩選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表1。
2、試驗(yàn)內(nèi)容和研究方法
    試驗(yàn)鋼按成分設(shè)計(jì)配料后，采用15 kg中頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度達(dá)1550℃，經(jīng)最終脫氧后出爐，澆注溫度為145℃。試樣采用頂注法澆注成11mm×11mm×55mm和∮14mm×160mm試樣，然后磨削成10mmx 10mm×55mm無缺口沖擊試樣和∮13mmX160mm抗彎強(qiáng)度試樣。顯微組織試樣和硬度試樣，均從沖擊試樣或抗彎強(qiáng)度試樣上截取。在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、材料強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)和洛氏硬度計(jì)上分別進(jìn)行沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度和硬度實(shí)驗(yàn)。采用日立S-570掃描電鏡觀察分析金相組織。
2.1奧氏體化溫度試驗(yàn)
    為掌握奧氏體化溫度對(duì)試驗(yàn)鋼的晶粒度、硬度、沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度等的影響，進(jìn)行奧氏體化溫度選擇試驗(yàn)，以確定試驗(yàn)鋼合適的奧氏體化溫度。試驗(yàn)工藝如圖1所示。將沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度試樣各分為4組，每組5個(gè)試樣，試驗(yàn)后進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。經(jīng)過比較不同奧氏體化溫度對(duì)機(jī)械性能的影響后（詳見本文3試驗(yàn)結(jié)果與分析），確定試驗(yàn)鋼合適的奧氏體化溫度為1020℃。
2.2降溫淬火和回火溫度試驗(yàn)
    根據(jù)奧氏體化溫度試驗(yàn)確定的奧氏體化溫度1020℃，先進(jìn)行降溫淬火處理，然后進(jìn)行回火溫度試驗(yàn)。降溫淬火工藝如圖2所示。淬火加熱先升溫至1020℃，保溫30mim，以促進(jìn)奧氏體均勻化，使合金碳化物溶解于基體內(nèi)，提高試驗(yàn)鋼的淬透性；為防止試驗(yàn)鋼晶粒粗大，避免淬火應(yīng)力過大，產(chǎn)生淬火裂紋，再將試樣隨爐冷至920qC保溫30 mim。在此過程中溶解于基體中的碳化物以點(diǎn)球狀或短桿狀析出，提高了試驗(yàn)鋼的硬度和沖擊韌性。隨后出爐風(fēng)冷。回火工藝如圖3所示，將經(jīng)過降溫淬火后的沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度試樣各分為5組，每組5個(gè)試樣，回火后進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。經(jīng)比較不同回火溫度對(duì)機(jī)械性能的影響后，確定試驗(yàn)鋼合適的回火溫度。
2.3利用鑄造余熱等溫淬火試驗(yàn)
  該試驗(yàn)直接利用鑄造余熱，將澆注后冷卻至奧氏體結(jié)晶完成溫度的試樣，從鑄型中取出快冷至下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)進(jìn)行保溫，進(jìn)行下貝氏體轉(zhuǎn)變，使試驗(yàn)鋼獲得下貝體組織，從而提高試驗(yàn)鋼的沖擊韌性、節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率。
    首先澆注試樣，當(dāng)試樣在鑄型內(nèi)結(jié)晶凝固并冷卻至奧氏體結(jié)晶完成溫度時(shí)開箱，將試樣在空氣中快速冷至略高于等溫淬火溫度后，放入導(dǎo)熱率低、隔熱性能好的介質(zhì)中保溫緩冷一段時(shí)間，使試驗(yàn)鋼獲得下貝氏體組織，再將試樣從保溫介質(zhì)中取出冷至室溫。因此，試驗(yàn)主要進(jìn)行保溫介質(zhì)、開箱溫度和保溫溫度的選擇。
    等溫淬火過程，必須滿足鑄件打箱后高溫快冷和低溫慢冷的要求。高溫快冷主要是避免試驗(yàn)鋼產(chǎn)生珠光體型組織，這可以在開箱后空冷或風(fēng)冷實(shí)現(xiàn)；低溫慢冷的目的，是使試驗(yàn)鋼在下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)有足夠的時(shí)間進(jìn)行下貝氏體轉(zhuǎn)變，以形成下貝氏體組織。因此，必須選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫性能好的保溫介質(zhì)，才能在連續(xù)冷卻時(shí)模擬等溫淬火過程完成下貝氏體轉(zhuǎn)變。根據(jù)要求，我們選擇了硅酸鋁耐火纖維材料，這種材料能在927—1343℃范圍內(nèi)直接與熱源接觸長(zhǎng)期使用，導(dǎo)熱率低，隔熱性能好，具有很好的抗熱震性（溫度急變）和抗機(jī)械震動(dòng)性。
    開箱溫度選擇為850℃，9000℃，950℃，1020℃。通過試驗(yàn)最終選擇950℃進(jìn)行開箱，在此溫度開箱得到的組織比較細(xì)小，試樣的綜合機(jī)械性能較好。
    保溫溫度選擇試驗(yàn)工藝如圖4所示。將試樣分為6組，每組5個(gè)試樣，每組在規(guī)定的保溫溫度下放進(jìn)保溫介質(zhì)中，保溫30 min后取出空冷至室溫，進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。
   在試驗(yàn)中，開箱溫度和保溫溫度的測(cè)量采用經(jīng)過標(biāo)定校驗(yàn)的熱電偶插入鑄型內(nèi)進(jìn)行。在生產(chǎn)中為了便于操作，預(yù)先測(cè)量某一鑄件（襯板）自澆注后冷卻至開箱溫度和保溫溫度的時(shí)間，在利用鑄造余熱等溫淬火過程中，只要根據(jù)冷卻時(shí)間即可判斷出鑄件的開箱溫度和保溫溫度，從而進(jìn)行開箱冷卻和等溫淬火。
3、試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1奧氏體化加熱溫度對(duì)晶粒度的影響
  用淬硬法測(cè)定試驗(yàn)鋼在不同奧氏體化溫度下的晶粒度見表2。
    結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼的奧氏體晶粒隨溫度升高而長(zhǎng)大的傾向很小，加熱至970~1020℃時(shí)，晶粒度仍很小，可見試驗(yàn)鋼中加入的微合金化元素Ti、V、RE細(xì)化晶粒作用明顯。
3.2奧氏體化溫度對(duì)試驗(yàn)鋼性能的影響
    奧氏體化溫度對(duì)試驗(yàn)鋼機(jī)械性能的影響如圖5示。試驗(yàn)鋼的硬度隨著奧氏體化溫度的升高逐漸增高，到了920℃硬度值增加緩慢，并保持在HRC62附近。沖擊韌性隨奧氏體化溫度的升高先降后升，950℃是轉(zhuǎn)折點(diǎn)，溫度升至1020℃時(shí)，沖擊韌性達(dá)到最大值。抗彎強(qiáng)度隨奧氏體化溫度的變化類似于沖擊韌性。當(dāng)奧氏體化溫度(850℃)較低時(shí)，試驗(yàn)鋼組織中存在較多的鐵素體，合金碳化物以團(tuán)塊狀分布在晶界，因而試驗(yàn)鋼的硬度較低，沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度較高。隨著奧氏體化溫度的升高，試驗(yàn)鋼中鐵索體逐漸消失，馬氏體隨之增多，硬度逐漸升高，沖擊韌性逐漸降低。當(dāng)溫度升高至950℃以上，分布在晶界中的合金碳化物逐漸溶解于晶粒內(nèi)，促使奧氏體成分均勻化，多元合金元素的綜合作用得以發(fā)揮，提高了試驗(yàn)鋼的淬透性，因而，沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度逐漸升高，硬度保持在較高的值。當(dāng)輿氏體化溫度達(dá)到102℃，試驗(yàn)鋼的綜合機(jī)械性能較好。
3.3回火溫度對(duì)試驗(yàn)鋼性能的影響
    回火溫度對(duì)試驗(yàn)鋼機(jī)械性能的影響如圖6示。試驗(yàn)鋼的硬度沒有隨回火溫度的升高而降低，回火溫度達(dá)480℃時(shí)，硬度仍保持在HRC58左右，可見試驗(yàn)鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性。沖擊韌性在330℃回火時(shí)達(dá)到最大值，隨后逐漸下降，但低于430℃回火沒有出現(xiàn)明顯的回火脆性。可見試驗(yàn)鋼的回火脆性比較小。當(dāng)回火溫度低于430℃時(shí)，抗彎強(qiáng)度在1650—1800MPa波動(dòng)，高于430℃回火時(shí)，抗彎強(qiáng)度逐漸升高。由圖6見，經(jīng)1020℃降溫淬火，再經(jīng)330℃回火的試驗(yàn)鋼具有良好的綜合機(jī)械性能。相應(yīng)的金相組織見圖7。由圖可見試驗(yàn)鋼的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。
3.4利用鑄造余熱等溫淬火的保溫溫度對(duì)機(jī)械性能的影響
    利用鑄造余熱等溫淬火的保溫溫度對(duì)機(jī)械性能的影響如圖8所示。在較低溫度保溫時(shí)，沖擊韌性隨保溫溫度的升高而增加，保溫溫度為330℃時(shí)達(dá)到最大值。試驗(yàn)鋼的硬度比較高，保持在HRC59～63之間，保溫溫度對(duì)硬度值的影響不大。抗彎強(qiáng)度有隨保溫溫度升高而降低的趨勢(shì)。當(dāng)開箱溫度為950℃，保溫溫度為280℃～330℃時(shí)，試驗(yàn)鋼具有較高的綜合機(jī)械性能，但比按1020℃降溫淬火加330℃回火處理的試驗(yàn)鋼的機(jī)械性能稍低。相應(yīng)的金相組織見圖9。由圖可見試驗(yàn)鋼的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。
    由于利用鑄造余熱等溫淬火處理的試驗(yàn)鋼沒有經(jīng)過再加熱處理，而是直接開箱空冷至保溫溫度，放進(jìn)保溫介質(zhì)中保溫。因而，試驗(yàn)鋼晶界間存在斷網(wǎng)狀或塊狀碳化物，使沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度下降，而硬度較高。實(shí)際上，試驗(yàn)鋼在保溫介質(zhì)中并不是等溫，而是緩慢冷卻，若冷卻速度大了，在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)獲得貝氏體的量就少，這樣，試驗(yàn)鋼的沖擊韌性得不到顯著的提高。
4、結(jié)論
    (1)由于多元舍金元素的綜合作用，試驗(yàn)鋼具有晶粒細(xì)小、淬透性好、綜合機(jī)械性能良好的特點(diǎn)。
    (2)經(jīng)1020C降溫淬火，再經(jīng)330C回火的試驗(yàn)鋼的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物，試驗(yàn)鋼的機(jī)械性能：HRC= 58~60、沖擊韌性a=20. 30 J/cm2、抗彎強(qiáng)度a,,=1600—1800 MPa。
    (3)利用鑄造余熱進(jìn)行等溫淬火熱處理不但可以使試驗(yàn)鋼獲得馬氏體+貝氏體+殘余奧氐體+碳化物組織，而且可以節(jié)約能源，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。當(dāng)開箱溫度為9500C，保溫溫度在280—330℃時(shí)，試驗(yàn)鋼的機(jī)械性能：HRC= 59—63、沖擊韌性a=15～24 J，cm2、抗彎強(qiáng)度a：850～920 MPa，比按1020℃降溫淬火加330℃回火處理的試驗(yàn)鋼的機(jī)械性能稍低。
   (4)中鉻合金耐磨鋼可用作球磨機(jī)襯板材料。生產(chǎn)中根據(jù)襯頓使用的工況和材質(zhì)要求的不同以及工廠的實(shí)際生產(chǎn)條件，可選用利用鑄造余熱等溫淬火工藝或降溫淬火+回火工藝進(jìn)行熱處理。

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