新材料在球磨机制造中的应用

摘要

介绍球磨机衬板的选择，采用了马氏体钢强化处理新工艺。既保证了马氏体钢的硬度和耐磨性，又提高了一定的韧性的强度，在球磨机衬板上应用 较好。

关键词：球磨机；衬板；材质；寿命

1、概述

随着矿山生产的不断发展，要求进一步提高球磨机的使用寿命及降低成本。特别是由于矿山机械设备的工况条件较差，许多耐磨件的磨损十分严重。例如：电铲铲齿、电铲斗、球磨机衬板等，都是大宗的易损件。现今，矿山用的易损备件，一般大都是高锰钢材质。众所周知，世界上没有 的耐磨材料，而应该根据工况条件选用材质。高锰钢是在较大的冲击载荷的投机倒把下，才能加工硬化，起到耐磨作用，如果不是在一定的冲压条件下滑动磨擦，就不会有加工硬化 ，起不到耐磨作用。因此，在耐磨材料选材方面，应根据工况条件，选用材料和工艺。

几年来，矿机厂通过研究试验，发现30CrMnSi铸钢具有较好的综合机械性能，同时还有操作工艺简单，淬火测试低等特点。于是研究出30CrMnSiMoTiRe新材料在选厂进行了工业试验，ZG30CrMnSiMoTiRe球磨机端衬板，比高锰钢球磨机端衬板的使用寿命提高了30%。因此本文将介绍这种新材料在球磨机制造业中的应用。

2、化学成份的分析与设计

在矿山机械的紧急措施中，要求代替高锰钢的合金铸钢，具有高锰钢硬化后的硬度和较好的韧性。从钢的金相组织对耐磨性的影响考虑，与针状马氏体相比，板条马氏体具有较高的韧性和耐磨性。

根据合金化原理和我国的资源情况，研究中的合金铸钢化学成分设计见表1。

(1)钢中的合金元素及其作用

①碳：马氏体的硬度取决于钢中的含碳量。若含碳量大于0.3%时，水淬后，钢中有针状马氏体出现，尽管淬火后硬度增高，但韧性下降。对于选用的新钢种试验易产生淬火裂纹；当含碳小于0.3%时，得到的组织是板条马氏体，具有较好的冲击韧性，淬火水冷后仍可得到较理想的硬度，所以，将含碳量控制在0.28-0.31%之间。

②铬：铬在钢中可提高淬透性和强度、硬度、耐磨性而不使钢变脆，并有二次硬化作用，其 含量在1.0～1.5之间。

③锰：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，它能强化铁素体和增加钢的淬透性，但当锰含量大于1.5时，会降低钢的韧性故限制在1.0%-1.3%之间。

④硅：硅能浴于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和屈服强度，更重要的能提高临界点和回火稳定性。 为了不降低钢的韧性，将含量控制在1.5%以下。

⑤钼：钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，为了不降低钢的韧性，将钼含量控制在0.35%以下。

⑥钛：钢中加入少量的钛，能固定碳和氮，可细化晶粒，提高塑性和韧性，但会形成过多TiN夹杂，对韧性不利，故将钢中钛含量控制在0.12%以下。

⑦稀土：稀土是我国富有元素，它十分活泼，几乎与所有元素起作用，有工业“味精”美称。可净化钢液，消除或降低钢液中有害元素危害磨损抗力，可提高冲击韧性和抗断裂韧性。Re在钢液中能将钢中H2，N2气和非金属夹杂物的变质 ，使夹杂物性质，形状和分页得到细化和改善。Re元素易富集于自然界，消除降低S、P杂质在晶界偏聚，提高钢的塑性与韧性。Re在钢中有一定固溶度（0.02%-0.05%），与Fe形成置换式固溶体，引起球形对称畸变，起到固溶化作用。

(2)试验用钢的化学成分和工艺流程

所选的耐磨件是球磨机端衬板。采用砂型铸造成形，并浇铸出几组试样，从中截取性能试验试样。试验用钢的实际化学成分列于表2。

由铸态钢的金相组织照片可以看出，主要是由粗大的珠光体和网状铁素体组成，硬度为HB246，将铸态钢(图1)退火，可使晶粒细化、组织均匀，退火后的硬度为HB193。试样毛坯退火后，加工成各种试样，按试验件淬火要求进行热处理后加工、备用。

3、钢的工艺性能测定

(1)临界点

用膨胀仪测定了钢的临界点，奥氏体化温度900度，测得的临界点列于表3。

(2)加热温度对奥氏体晶粒度和硬度的影响

根据测定的Ac3临界转变温度，选择了8个不同的奥氏体化温度对15*15*15的试样加热，保温后水淬。奥氏体晶粒度的显示，采用过饱和的苦味酸水溶液，加少许洗净剂和新几尔灭的浸蚀剂，在70度下热浸。按YB27-64评级图评级。数据列于表4。

从表4的数据可以看出，30CrMnSiMoTiRe钢在1000度下加热，仍可保持极细的奥氏体晶粒度。这是由于钢中存在着弥散分布的TiN所致。在880～900度下加热，均可获得高硬度细晶粒。在这个温度下淬火，可获得硬度在HRC50以上的细小板条马氏体组织，使钢具有硬度高，韧性好的特点。

(3) 30CrMNSiMoTiRe钢的淬透性

采用GB225-63结构钢的端淬法，测得淬透性曲线。

根据钢的含量，定出半马氏体的硬度为HRC42，计算出钢在水中的淬透直径(见表5)。

4、钢的机械性能

为了研究回火温度对钢的机械性能影响，我们采用950度水淬后在不同温度下回火其机械性能测定结果见表5，表中数据均为3次试验的平衡值。

从表6中可以看出，低于350度回火，硬度降低缓慢，金相组织为回火马氏体组织。回火温度超过350度，硬度降低迅速，组织为回火索氏体。

从表6中Ak值看出350度左右回火，出现回火脆性韧性急剧下降。因此可见在250度回火机械性能 。所以30CrMnSiTiRe钢最合适的热处理工艺就是900度淬火后在230～250度进行低温回火，得到回火板条马氏体组织。

5、30CrMnSiTiRe钢的耐磨性分析

图2是几种材料在DM-I型动载磨损试验机上不同载荷下的耐磨性，糜烂为150目的刚玉砂布。

从图2可以看出，在不同载荷下30CrMnSiTiRe钢的耐磨性，好于或接近于Mn13钢的耐磨性。因此，在适当工况条件下，便宜的30CrMnSiMoTiRe钢可代替高锰钢，可用于制造矿山机械中的耐磨件如球磨机衬板，特别是粉碎设备所承受的是较低的冲击载荷，选用具有板条马氏体组织的铸钢件较为适宜。

6、结论

ZG30CrMnSiMoTiRe是制造球磨机衬板的理想材料。其耐磨性和强度都高于高锰钢，但塑性韧性较高锰钢要低，不能用在冲击，较为理想。推广应用新型ZG30CrMnMoTiRe耐磨钢新材料，新工艺有显著的技术经济效益。