低鉻磨球半自動化生產線工裝的改造

毛蓉

（金堆城鉬業集團有限公司機電修配廠，陜西華縣 714 102）

低鉻磨球半自動化生產線工裝的改造

毛蓉

（金堆城鉬業集團有限公司機電修配廠，陜西華縣 714 102）

利用水冷法降低低鉻磨球脫模后的表面溫度，明顯改善了磨球硬度，并結合沖擊韌性和金相組織分析，得到了一種設備改造少、成本低，產品硬度高、組織均勻的低鉻鑄球半自動化生產線工裝改造方法。

半自動化生產線；工裝改造；硬度

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.00 8

0 引言

磨球是選礦、冶金、電力和化工等行業粉磨工序的主要易損件[1]。隨著我國經濟的快速發展，對磨球等耐磨材料的需求越來越大。市場的需要，催生出了各種各樣材質不同、性能各異的磨球種類[2-3]。其中低鉻鑄鐵磨球以明顯的價格優勢，在水泥、礦石等行業中得到廣泛應用[4]。通過前期試驗，我公司探索得到一種性能良好的低鉻磨球成分配比，但在生產實踐中發現，在現有半自動化生產工藝下，產品的硬度差別較大，不能穩定到達產品性能預期目標。

為解決這一問題，本文以半自動化磨球生產線為基礎，提出一種工裝改進設計，探索得到成本低、設備改造少、硬度高的低鉻合金磨球生產工裝改造方案。

表1 低鉻合金磨球實驗元素配比 %

1 方案設計及樣品制備

1.1 試驗方案設計

通過前期化學成分實驗[4]，已經確定了理想的化學成分配比，詳見表1。本文主要討論在現有半自動化磨球生產線基礎上，通過對磨球脫模時的工裝改進，得到硬度較高，沖擊韌性理想的低鉻合金磨球。

理論研究表明，在上述化學成分配比的條件下，低鉻合金磨球屬于亞共晶白口鐵，結晶過程中，先按勻晶轉變結晶出初晶（或先共晶）奧氏體；溫度降至1148 ℃左右時發生共晶轉變，形成共晶奧氏體和滲碳體，即萊氏體；溫度進一步降低，初晶奧氏體和共晶奧氏體均析出部分二次滲碳體，并隨之全部轉變為珠光體[5]。最終組織組成為：萊氏體+細針狀珠光體+少量碳化物。珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的，滲碳體以細片狀分散地分布在鐵素體基體上，起到強化作用，對低鉻合金磨球的硬度和強度都有貢獻。萊氏體中滲碳體組織均有較高硬度，是提高磨球性能的關鍵，但由于滲碳體極脆，對沖擊韌性影響較大，所以必須將滲碳體的數量控制在一個合理的范圍內。

通過理論分析可以發現，要提高低鉻合金磨球的硬度需適當提高萊氏體中滲碳體的含量，即在700 ℃～800 ℃后快速降溫，使磨球在脫模后進行類似淬火的熱處理過程，以提高表層滲碳體含量，達到提高硬度的作用。必須注意的是，決不能將低鉻合金磨球直接進行淬火處理，以免出現裂紋，影響使用壽命。

由于場地限制，現有半自動化磨球生產線布局相對緊湊，不適合大型設備降溫設備。因此，在實驗中，擬設計一個水箱或風機來保證磨球退模后熱量的快速轉移，達到類似淬火的效果。

1.2 工裝設計

根據理論分析和實際生產條件，為了保證實驗效果，磨球開箱脫模溫度需在600 ℃以上。在工裝設計時，可以考慮使用導熱性好的金屬材料分別做盛球和盛水裝置，保證熱量通過輻射和熱傳遞的方式順利傳遞到水中，球箱和水箱體積比大于1∶10，同時球箱略高于水箱，以方便安裝，具體裝置圖如圖1所示。為了進一步提高導熱速度，在水冷的基礎上加風冷噴霧，即在生產線上加一臺軸流風機，并人工加水霧，利用風速吹起小霧滴，使磨球表面空氣快速冷卻，增加磨球降溫速率。

圖1 工裝示意圖

2 現場試驗

現場試驗時，室溫為28 ℃，整個試驗過程中都處在軸流風機可達到的范圍內。試驗分為兩組，系列1為水激冷，即主要利用水冷將磨球溫度導出，現場圖片如圖2.a所示；系列2為水激冷+水霧，即在水冷的基礎上，增加人工噴霧，通過軸流風機流動風速，快速降低球箱表面空氣溫度，加強磨球輻射熱傳導能力，現場圖片如圖2.b所示。

圖2 試驗現場

磨球脫模后，迅速取樣，每組取兩個平行樣品記錄取樣時溫度，并每隔5 min記錄一次溫度，計算降溫速度。直至樣品降溫至250 ℃左右，記錄結束。取110～120×20×20(mm)進行硬度、沖擊韌性和金相組織性能分析。

3 實驗結果與分析

3.1 冷卻速度

根據實驗設計要求，系列1出爐溫度約650.3℃；冷卻速率 11～13 ℃/min；系列 2出爐溫度約696.1℃；冷卻速率 13～23 ℃/min。

3.2 力學性能

為保證力學性能實驗值的可靠性，實驗中每組均取兩個平行試樣，測試結果如表3所示。從表2中可以看出，通過冷卻處理的低鉻合金磨球比一般低鉻合金磨球的硬度和沖擊韌性值均有明顯提升。說明利用快速降溫的方式提高磨球硬度的實驗思路是正確的。同時，也可以系列2冷卻速度高于系列1，但就硬度而言，沒有明顯改善。為簡化生產實際中的設備投入，可以考慮單純利用水激冷方式進行降溫處理。

表2 力學性能一覽表

3.3 金相組織

圖3為系列1實驗樣品在4%硝酸酒精腐蝕下100×和500×金相照片。從中可以看出，樣品組織均勻，無局部偏聚現象，無明顯雜質，主要組織仍為：萊氏體+細針狀珠光體+少量碳化物。可見水激冷沒有明顯改變低鉻合金磨球的組織構成，只是提高了滲碳體組織的比例，達到提高硬度的目的。

圖4為系列2實驗樣品在4%硝酸酒精腐蝕下100×和500×金相照片。從中可以看出，系列2與系列1樣品組織基本一致，但在微觀上通過破壞萊氏體網絡狀形態，增加了板條狀碳化物的數量，局部出現斷網狀組織，使樣品更好的吸收沖擊功，提高沖擊韌性。金相組織圖片也佐證了力學性能的實驗結果，即系列1與系列2硬度值相當，但系列2比系列1沖擊韌性值略高。

圖3 系列1實驗樣品金相照片

圖4 系列2實驗樣品金相照片

通過上述實驗分析，可以發現低鉻合金磨球在脫模時快速降溫對其硬度有明顯提高作用，是降低磨礦單耗的有效措施。綜合設備投入和實驗效果，選用水激冷工裝即可滿足要求，無需噴霧。

4 結語

根據上述實驗可知：

①低鉻合金磨球脫模后，通過快速冷卻的方式可以達到提高其硬度的目的；

②利用水作為冷卻介質，在球箱周圍增加水箱，不但經濟易得，而且效果顯著；

③為保證水激冷作用顯著，需使球箱和水箱體積比大于1∶10，生產實時際應相應增加安全防護措施，杜絕安全隱患。

[1] 劉穩善,解培民,劉博.新型低鉻鑄鐵磨球的研究[J].物理測試,200 7(5):20-23.

[2] 潘繼勇.金屬礦山磨球和襯板的優化設計研究[J].鑄造,2013(3):209-221.

[3] 晁建兵,符寒光.低鉻鑄鐵磨球的研究及應用[J].礦冶,200 4(4):54-56.

[4] 毛蓉,張萍.低成本新型耐磨鑄球生產工藝研究與應用[J].中國鑄造裝備與技術, 2017(2):26-28.

[5] 崔忠圻,譚耀春.金屬學與熱處理[M].北京,機械工業出版社,200 7:113-119.

Tooling modif i cation of semi-automatic production line for low chrome cast ball

MAO Rong
(Jinduicheng Molybdenum Mining Group Co.,Ltd., Huaxian 714102, Shaanxi, China)

The effects of tooling modification of semi-automatic production line rapidly reduced the temperature of cast ball, by water-cooling, and hardness of low chrome cast ball is improved. The optimum tooling design is found though hardness test, impact toughness measurement and metallographic analysis. The experimental results show that, the tooling modification program for low chromium cast ball semi-automatic production line, is less equipment, low cost, and the productions are high hardness, and uniform microstructure.

semi-automatic production line; tooling modif i cation; hardness

T G 251+.2；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 25-03

2017-04-25

稿件編號:170 4-176 4

毛蓉(198 9—），女，工程師，主要從事耐磨材料研究和開發工作.