新材料在球磨機制造中的應用
摘要
介紹球磨機襯板的選擇，采用了馬氏體鋼強化處理新工藝。既保證了馬氏體鋼的硬度和耐磨性，又提高了一定的韌性的強度，在球磨機襯板上應用 較好。
關鍵詞：球磨機；襯板；材質；壽命
1、概述
隨著礦山生產的不斷發展，要求進一步提高球磨機的使用壽命及降低成本。特別是由于礦山機械設備的工況條件較差，許多耐磨件的磨損十分嚴重。例如：電鏟鏟齒、電鏟斗、球磨機襯板等，都是大宗的易損件?，F今，礦山用的易損備件，一般大都是高錳鋼材質。眾所周知，世界上沒有 的耐磨材料，而應該根據工況條件選用材質。高錳鋼是在較大的沖擊載荷的投機倒把下，才能加工硬化，起到耐磨作用，如果不是在一定的沖壓條件下滑動磨擦，就不會有加工硬化 ，起不到耐磨作用。因此，在耐磨材料選材方面，應根據工況條件，選用材料和工藝。
幾年來，礦機廠通過研究試驗，發現30CrMnSi鑄鋼具有較好的綜合機械性能，同時還有操作工藝簡單，淬火測試低等特點。于是研究出30CrMnSiMoTiRe新材料在選廠進行了工業試驗，ZG30CrMnSiMoTiRe球磨機端襯板，比高錳鋼球磨機端襯板的使用壽命提高了30%。因此本文將介紹這種新材料在球磨機制造業中的應用。
2、化學成份的分析與設計
在礦山機械的緊急措施中，要求代替高錳鋼的合金鑄鋼，具有高錳鋼硬化后的硬度和較好的韌性。從鋼的金相組織對耐磨性的影響考慮，與針狀馬氏體相比，板條馬氏體具有較高的韌性和耐磨性。
根據合金化原理和我國的資源情況，研究中的合金鑄鋼化學成分設計見表1。
(1)鋼中的合金元素及其作用
①碳：馬氏體的硬度取決于鋼中的含碳量。若含碳量大于0.3%時，水淬后，鋼中有針狀馬氏體出現，盡管淬火后硬度增高，但韌性下降。對于選用的新鋼種試驗易產生淬火裂紋；當含碳小于0.3%時，得到的組織是板條馬氏體，具有較好的沖擊韌性，淬火水冷后仍可得到較理想的硬度，所以，將含碳量控制在0.28-0.31%之間。
②鉻：鉻在鋼中可提高淬透性和強度、硬度、耐磨性而不使鋼變脆，并有二次硬化作用，其 含量在1.0～1.5之間。
③錳：錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，它能強化鐵素體和增加鋼的淬透性，但當錳含量大于1.5時，會降低鋼的韌性故限制在1.0%-1.3%之間。
④硅：硅能浴于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和屈服強度，更重要的能提高臨界點和回火穩定性。 為了不降低鋼的韌性，將含量控制在1.5%以下。
⑤鉬：鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性，防止回火脆性，為了不降低鋼的韌性，將鉬含量控制在0.35%以下。
⑥鈦：鋼中加入少量的鈦，能固定碳和氮，可細化晶粒，提高塑性和韌性，但會形成過多TiN夾雜，對韌性不利，故將鋼中鈦含量控制在0.12%以下。
⑦稀土：稀土是我國富有元素，它十分活潑，幾乎與所有元素起作用，有工業“味精”美稱?？蓛艋撘?，消除或降低鋼液中有害元素危害磨損抗力，可提高沖擊韌性和抗斷裂韌性。Re在鋼液中能將鋼中H2，N2氣和非金屬夾雜物的變質 ，使夾雜物性質，形狀和分頁得到細化和改善。Re元素易富集于自然界，消除降低S、P雜質在晶界偏聚，提高鋼的塑性與韌性。Re在鋼中有一定固溶度（0.02%-0.05%），與Fe形成置換式固溶體，引起球形對稱畸變，起到固溶化作用。
(2)試驗用鋼的化學成分和工藝流程
所選的耐磨件是球磨機端襯板。采用砂型鑄造成形，并澆鑄出幾組試樣，從中截取性能試驗試樣。試驗用鋼的實際化學成分列于表2。
由鑄態鋼的金相組織照片可以看出，主要是由粗大的珠光體和網狀鐵素體組成，硬度為HB246，將鑄態鋼(圖1)退火，可使晶粒細化、組織均勻，退火后的硬度為HB193。試樣毛坯退火后，加工成各種試樣，按試驗件淬火要求進行熱處理后加工、備用。
3、鋼的工藝性能測定
(1)臨界點
用膨脹儀測定了鋼的臨界點，奧氏體化溫度900度，測得的臨界點列于表3。
(2)加熱溫度對奧氏體晶粒度和硬度的影響
根據測定的Ac3臨界轉變溫度，選擇了8個不同的奧氏體化溫度對15*15*15的試樣加熱，保溫后水淬。奧氏體晶粒度的顯示，采用過飽和的苦味酸水溶液，加少許洗凈劑和新幾爾滅的浸蝕劑，在70度下熱浸。按YB27-64評級圖評級。數據列于表4。
從表4的數據可以看出，30CrMnSiMoTiRe鋼在1000度下加熱，仍可保持極細的奧氏體晶粒度。這是由于鋼中存在著彌散分布的TiN所致。在880～900度下加熱，均可獲得高硬度細晶粒。在這個溫度下淬火，可獲得硬度在HRC50以上的細小板條馬氏體組織，使鋼具有硬度高，韌性好的特點。
(3) 30CrMNSiMoTiRe鋼的淬透性
采用GB225-63結構鋼的端淬法，測得淬透性曲線。
根據鋼的含量，定出半馬氏體的硬度為HRC42，計算出鋼在水中的淬透直徑(見表5)。
4、鋼的機械性能
為了研究回火溫度對鋼的機械性能影響，我們采用950度水淬后在不同溫度下回火其機械性能測定結果見表5，表中數據均為3次試驗的平衡值。
從表6中可以看出，低于350度回火，硬度降低緩慢，金相組織為回火馬氏體組織?；鼗饻囟瘸^350度，硬度降低迅速，組織為回火索氏體。
從表6中Ak值看出350度左右回火，出現回火脆性韌性急劇下降。因此可見在250度回火機械性能 。所以30CrMnSiTiRe鋼最合適的熱處理工藝就是900度淬火后在230～250度進行低溫回火，得到回火板條馬氏體組織。
5、30CrMnSiTiRe鋼的耐磨性分析
圖2是幾種材料在DM-I型動載磨損試驗機上不同載荷下的耐磨性，糜爛為150目的剛玉砂布。
從圖2可以看出，在不同載荷下30CrMnSiTiRe鋼的耐磨性，好于或接近于Mn13鋼的耐磨性。因此，在適當工況條件下，便宜的30CrMnSiMoTiRe鋼可代替高錳鋼，可用于制造礦山機械中的耐磨件如球磨機襯板，特別是粉碎設備所承受的是較低的沖擊載荷，選用具有板條馬氏體組織的鑄鋼件較為適宜。
6、結論
ZG30CrMnSiMoTiRe是制造球磨機襯板的理想材料。其耐磨性和強度都高于高錳鋼，但塑性韌性較高錳鋼要低，不能用在沖擊，較為理想。推廣應用新型ZG30CrMnMoTiRe耐磨鋼新材料，新工藝有顯著的技術經濟效益。