高鉻鑄鐵磨球對比試驗研究

丁榮暉，楊 靜

（蘇州高博軟件技術職業學院，江蘇 蘇州 215163）

隨著高耐磨材料的開發和應用，低鉻鑄鐵磨球產量呈逐步下降的趨勢。而高鉻鑄鐵磨球耐磨性好，球體破碎率較低，具有良好的綜合性能，可使磨球級配和磨內填充率保持長時間相對穩定，有利于磨機穩產、高產，正以不可替代的優勢在水泥粉磨和電力磨煤生產中得到廣泛的應用[1-3]。

在不同熱處理工藝措施的影響下，高鉻鑄鐵合金機械性能會產生不同的變化，只有當對高鉻鑄鐵合金磨球采用960℃油淬，450℃中溫回火的熱處理工藝方法時，其綜合使用性能最佳，此時磨球磨耗達到39g/t水泥，破碎率＜0.5%[4]。筆者為驗證這種生產工藝的合理性，選取了低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻鑄鐵磨球和新型高鉻鑄鐵磨球進行化學成分、內部組織結構、力學性能和耐磨性能進行對比分析。

1 鑄鐵磨球化學成分對比

對能夠滿足工況需要，符合磨球硬度和沖擊韌性要求的低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻鑄鐵磨球和新型高鉻鑄鐵磨球化學成分比較如表1所示。

表1 3種磨球化學成分（%）

2 鑄鐵磨球金相組織對比

新型高鉻鑄鐵磨球鑄態組織為：奧氏體＋少量馬氏體＋碳化物，其金相照片如圖1所示。經過油淬+回火處理后金相組織為：回火馬氏體+彌散碳化物+少量殘留奧氏體。

圖1 新型高鉻鑄鐵試樣鑄態組織

4%硝酸-酒精浸蝕 ×250

普通高鉻磨球金相組織與新型高鉻鑄鐵磨球相比，其碳化物顆粒較粗大，沒有新型高鉻鑄鐵磨球分布的均勻。而且新型高鉻鑄鐵磨球的夾雜物形態呈圓形，數量較少，提高了冶金質量[5,6]。

低鉻鑄鐵磨球的鑄態組織為珠光體+（M3C型共晶碳化物+萊氏體）。940℃正火處理后金相組織為（M3C型共晶碳化物+萊氏體）+彌散碳化物+索氏體。

3 鑄鐵磨球機械性能對比

沿著垂直于磨球澆口直徑方向磨削出一個平面，如圖2所示，分別以圓心為基點取1/4R、1/2R、3/4R點和表面做硬度試驗[7]。硬度采用HR-150A型洛氏硬度計檢測，測量結果如表2所示。

圖2 半球硬度檢測

表2 磨球硬度測試結果

從表中可以看出新型高鉻磨球從中心到表面硬度變化范圍為59～61HRC，硬度值之差在1～2HRC；風淬高鉻磨球硬度變化范圍在54～59HRC之間，硬度差值達到5HRC；低鉻鑄鐵磨球硬度變化范圍最大，差值達到7HRC。試驗表明低鉻鑄鐵磨球硬度分布最不均勻，普通高鉻磨球次之，新型高鉻磨球的硬度分布比較均勻。

用線切割和磨削的方法將3種材料的Φ60mm磨球加工成10mm×10mm×55mm的標準無缺口沖擊韌性試樣，如圖3所示，用JB-5型沖擊試驗機做沖擊韌性試驗，試驗結果如表3所示。

圖3 常溫沖擊試驗試樣

表3 磨球沖擊韌性測試結果

4 鑄鐵磨球沖擊疲勞試驗對比

落球沖擊疲勞試驗采用Φ100mm的低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻磨球和新型高鉻鑄鐵磨球各16個，落程高度為3.5m，沖擊次數0～24000次。衡量磨球失效的標準是剝落片狀物最大直徑和最小直徑的平均值＞20mm且中心高度＞5mm，以3個失效磨球的平均落球次數為該種磨球的跌落次數。磨球落球沖擊疲勞性能數據如表4所示。

表4 磨球沖擊疲勞試驗數據對比表

由表中數據可見新型高鉻磨球試驗數據要優于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球，說明新型高鉻磨球具有良好的抗沖擊疲勞能力。

5 鑄鐵磨球耐磨性試驗對比

選用MLD-10型動載荷沖擊磨損試驗機上進行磨損試驗，以此比較低鉻鑄鐵磨球、普通高鉻磨球和新型高鉻磨球的耐磨性。所有試驗材料都加工成10mm×10mm×30mm尺寸試樣，磨料為40～70目石英砂，沖擊次數150次/min 上試樣為3種試驗材料試樣，下試樣為圓環狀45#鋼（HRC55），轉速150r/min，試驗材料磨損失重質量在1/10000克精度天平上稱量。

根據《磨球技術條件》[8]要求，當磨球能承受αk≥3 J/cm2沖擊能量時，就能夠適應工況條件下服役而不會破裂。因此，將沖擊功設置為3 J。

由表5可知，新型高鉻磨球、普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球體積硬度是逐漸遞減的，和表4三種磨球磨損量呈正比關系，這說明了材料硬度高低和抗沖擊疲勞磨損能力有著直接的關系。由上表中可知新型高鉻磨球的耐磨性是低鉻鑄鐵磨球的1.53倍，是普通高鉻磨球的1.12倍，耐磨性能較好。

表5 磨球磨損試驗結果

6 結論

新型高鉻磨球裝機實驗在Φ3.2m×13m球磨機中進行，共投入磨球140t，歷時近6個月，共生產水泥22860t，磨球總消耗量為892kg，球耗比普通高鉻磨球降低25%。由表6中數據可見新型高鉻磨球球耗和破碎率均優于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球。

表6 新型高鉻磨球水泥廠裝機實驗結果

實踐證明，使用新型高鉻磨球后，磨球耐磨性能較好，提高水泥產出效率，降低了生產成本，同時延長了球磨機運行周期，具有較好的社會效益和經濟效益。