丁榮暉，楊 靜

（蘇州高博軟件技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 蘇州 215163）

隨著高耐磨材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，低鉻鑄鐵磨球產(chǎn)量呈逐步下降的趨勢(shì)。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(jí)配和磨內(nèi)填充率保持長(zhǎng)時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定，有利于磨機(jī)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，正以不可替代的優(yōu)勢(shì)在水泥粉磨和電力磨煤生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。

在不同熱處理工藝措施的影響下，高鉻鑄鐵合金機(jī)械性能會(huì)產(chǎn)生不同的變化，只有當(dāng)對(duì)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(shí)，其綜合使用性能最佳，此時(shí)磨球磨耗達(dá)到39g/t水泥，破碎率＜0.5%[4]。筆者為驗(yàn)證這種生產(chǎn)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(jìn)行化學(xué)成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和耐磨性能進(jìn)行對(duì)比分析。

1 鑄鐵磨球化學(xué)成分對(duì)比

對(duì)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(xué)成分比較如表1所示。

表1 3種磨球化學(xué)成分（%）

2 鑄鐵磨球金相組織對(duì)比

新型高鉻鑄鐵磨球鑄態(tài)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(jīng)過(guò)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(tài)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(méi)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(tài)呈圓形，數(shù)量較少，提高了冶金質(zhì)量[5,6]。

低鉻鑄鐵磨球的鑄態(tài)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(jī)械性能對(duì)比

沿著垂直于磨球澆口直徑方向磨削出一個(gè)平面，如圖2所示，分別以圓心為基點(diǎn)取1/4R、1/2R、3/4R點(diǎn)和表面做硬度試驗(yàn)[7]。硬度采用HR-150A型洛氏硬度計(jì)檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果如表2所示。

圖2 半球硬度檢測(cè)

表2 磨球硬度測(cè)試結(jié)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(fēng)淬高鉻磨球硬度變化范圍在54～59HRC之間，硬度差值達(dá)到5HRC；低鉻鑄鐵磨球硬度變化范圍最大，差值達(dá)到7HRC。試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)無(wú)缺口沖擊韌性試樣，如圖3所示，用JB-5型沖擊試驗(yàn)機(jī)做沖擊韌性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖3 常溫沖擊試驗(yàn)試樣

表3 磨球沖擊韌性測(cè)試結(jié)果

4 鑄鐵磨球沖擊疲勞試驗(yàn)對(duì)比

落球沖擊疲勞試驗(yàn)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(gè)，落程高度為3.5m，沖擊次數(shù)0～24000次。衡量磨球失效的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)失效磨球的平均落球次數(shù)為該種磨球的跌落次數(shù)。磨球落球沖擊疲勞性能數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 磨球沖擊疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)新型高鉻磨球試驗(yàn)數(shù)據(jù)要優(yōu)于普通高鉻磨球和低鉻鑄鐵磨球，說(shuō)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(yàn)對(duì)比

選用MLD-10型動(dòng)載荷沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)，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(yàn)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(shù)150次/min 上試樣為3種試驗(yàn)材料試樣，下試樣為圓環(huán)狀45#鋼（HRC55），轉(zhuǎn)速150r/min，試驗(yàn)材料磨損失重質(zhì)量在1/10000克精度天平上稱量。

根據(jù)《磨球技術(shù)條件》[8]要求，當(dāng)磨球能承受αk≥3 J/cm2沖擊能量時(shí)，就能夠適應(yīng)工況條件下服役而不會(huì)破裂。因此，將沖擊功設(shè)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(guān)系，這說(shuō)明了材料硬度高低和抗沖擊疲勞磨損能力有著直接的關(guān)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(yàn)結(jié)果

6 結(jié)論

新型高鉻磨球裝機(jī)實(shí)驗(yàn)在Φ3.2m×13m球磨機(jī)中進(jìn)行，共投入磨球140t，歷時(shí)近6個(gè)月，共生產(chǎn)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(shù)據(jù)可見(jiàn)新型高鉻磨球球耗和破碎率均優(yōu)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(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)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(chǎn)出效率，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)延長(zhǎng)了球磨機(jī)運(yùn)行周期，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。