[发明专利]短流程半固态铸造耐磨球及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及其制备技术领域，尤其涉及一种短流程半固态铸造耐磨球及其制造方法。 

背景技术

金属磨球是一种形状较为简单的球形产品，是矿山、建材、煤炭、化工等工业部门不可缺少的重要部分。所以，耐磨钢球作为易耗品，其市场年需求量极大。每年国际磨球的需求量在500万吨以上，中国磨球的需求在100万吨以上，特别是大规模矿山用磨球需求量更为突出。 

根据各行业不同设备、不同工况条件的要求，制造磨球的材质及生产工艺多种多样，如锻造钢球、球墨铸铁、铬合金铸造磨球等。 

锻造生产磨球工艺过程是熔炼钢水、浇注钢锭、轧制圆钢、圆钢切块、加热锻轧或轧制钢球、钢球热处理、检查、成品入库、工艺过程复杂、二次加热进行锻造轧制，能源浪费大，工人劳动强度高。 

铸造生产磨球工艺过程是熔炼铁水或钢水、造磨球铸型、浇注磨球、打开铸型、清理铸球、热处理铸球、检验铸球、成品入库。该工艺过程虽然减少了轧制钢材和二次加热、锻打过程的能源消耗和工人劳动量。但由于铸造生产磨球缺陷比较多。结晶晶粒粗大，疏松缩孔夹渣等缺陷难以消除。目前，铸造磨球（包括低、中、高铬铸球）的硬度已经能够达到60HRC以上，但是其冲击韧性只能在5J/cm²以上。随着目前球磨机直径加大到13米左右，磨球在使用过程中主要以抛落为主，所以导致冲击韧性不高的磨球在使用过程中破碎率较高。这样看来，随着球磨机设备大型化，对磨球耐磨性高要求的同时，冲击韧性质的要求将会越来越高。所以，大型球磨机迫切需要配备一种与其相配套耐磨球，这种磨球的表层有一定厚度的高硬度层，内部具有很高的冲击韧性，而这样的性能使用传统的铸造方法是很难制得的。因此，需要使用一种新型的制备方法。 

半固态成型技术，自上世纪70年代以来，在理论和工业应用方面发展十分迅速。介于液态、固态之间的半固态金属，既可以在压力加工的过程中，压力较小的情况下成型形状复杂的制件，也可以减少铸造加工造成的常见缺陷，使制件的性能达到了一个较高的水平；同时还保留了压力加工和铸造加工二者所具有的节能、近净成行、环保等优点，满足新世纪的先进制造技术的要求。目前，半固态成形工艺在充型性能以及制件质量方面的优势已经得到了充分的体现，其在欧美等发达国家已经实现了工业化，现广泛应用于提高铝镁等轻金属的力学性能，至今尚未发现在球墨铸铁上应用。 

发明内容

本发明的目的就是针对目前锻造、普通铸造磨球的生产工艺存在缺陷，提供一种边部具有高硬度、高耐磨性，整体体积硬度达到HRC58，表面硬度达到HRC60~61，心部硬度为HRC54~57，110mm的磨球内外硬度差小于HRC6；磨球心部具有高韧性，韧性可达到15J/cm²以上，可有效降低破碎率的短流程半固态贝氏体球墨铸铁。 

本发明的再一个目的是提供一种短流程半固态贝氏体球墨铸铁制造方法。 

本发明的目的是通过以下方式来实现： 

本发明的短流程半固态铸造耐磨球，其特征在于其化学成分质量百分比为：C 3.3%～3.7%、Si 2.2%～2.6%、Mn 0.4%～0.7%、RE 0.03%～0.045%、Mg 0.004%～0.055%、B 0.015%～0.018%、Cu 0.5%~0.7%、P ≤0.1%、S ≤0.04%、余量为Fe及不可避免杂质。

一种制备短流程半固态铸造耐磨球的方法，其特征在于包括真空熔炼、利用孕育剂和球化剂进行一次孕育、将铁水浇注到金属铸型，同时进行二次孕育、采用电磁搅拌技术在金属铸型中制得半固态浆料，然后冷却、开模，并将铸件放置在熔融混合碱中进行等温淬火。具体操作步骤如下： 第一步，原料配制和铁液熔炼 

按下列质量百分比的化学成分配制原料：C 3.3%～3.7%、Si 2.2%～2.6%、Mn0.4%～0.7%、B 0.015%～0.018%、Cu 0.5%~0.7%，余量为Fe及不可避免杂质，将配制好的原料放入中频感应电炉中进行真空熔炼，使其升温至全部原料组分熔化，并熔炼成贝氏体球墨铸铁原铁液，出炉温度为1450~1500℃；

第二步，孕育处理和球化处理

将球化剂和孕育剂加入到第一步制得出炉的贝氏体球墨铸铁的原铁液中进行球化处理和孕育处理；