高铬铸铁磨球对比试验研究

丁荣晖，杨 静

（苏州高博软件技术职业学院，江苏 苏州 215163）

随着高耐磨材料的开发和应用，低铬铸铁磨球产量呈逐步下降的趋势。而高铬铸铁磨球耐磨性好，球体破碎率较低，具有良好的综合性能，可使磨球级配和磨内填充率保持长时间相对稳定，有利于磨机稳产、高产，正以不可替代的优势在水泥粉磨和电力磨煤生产中得到广泛的应用[1-3]。

在不同热处理工艺措施的影响下，高铬铸铁合金机械性能会产生不同的变化，只有当对高铬铸铁合金磨球采用960℃油淬，450℃中温回火的热处理工艺方法时，其综合使用性能最佳，此时磨球磨耗达到39g/t水泥，破碎率＜0.5%[4]。笔者为验证这种生产工艺的合理性，选取了低铬铸铁磨球、普通高铬铸铁磨球和新型高铬铸铁磨球进行化学成分、内部组织结构、力学性能和耐磨性能进行对比分析。

1 铸铁磨球化学成分对比

对能够满足工况需要，符合磨球硬度和冲击韧性要求的低铬铸铁磨球、普通高铬铸铁磨球和新型高铬铸铁磨球化学成分比较如表1所示。

表1 3种磨球化学成分（%）

2 铸铁磨球金相组织对比

新型高铬铸铁磨球铸态组织为：奥氏体＋少量马氏体＋碳化物，其金相照片如图1所示。经过油淬+回火处理后金相组织为：回火马氏体+弥散碳化物+少量残留奥氏体。

图1 新型高铬铸铁试样铸态组织

4%硝酸-酒精浸蚀 ×250

普通高铬磨球金相组织与新型高铬铸铁磨球相比，其碳化物颗粒较粗大，没有新型高铬铸铁磨球分布的均匀。而且新型高铬铸铁磨球的夹杂物形态呈圆形，数量较少，提高了冶金质量[5,6]。

低铬铸铁磨球的铸态组织为珠光体+（M3C型共晶碳化物+莱氏体）。940℃正火处理后金相组织为（M3C型共晶碳化物+莱氏体）+弥散碳化物+索氏体。

3 铸铁磨球机械性能对比

沿着垂直于磨球浇口直径方向磨削出一个平面，如图2所示，分别以圆心为基点取1/4R、1/2R、3/4R点和表面做硬度试验[7]。硬度采用HR-150A型洛氏硬度计检测，测量结果如表2所示。

图2 半球硬度检测

表2 磨球硬度测试结果

从表中可以看出新型高铬磨球从中心到表面硬度变化范围为59～61HRC，硬度值之差在1～2HRC；风淬高铬磨球硬度变化范围在54～59HRC之间，硬度差值达到5HRC；低铬铸铁磨球硬度变化范围最大，差值达到7HRC。试验表明低铬铸铁磨球硬度分布最不均匀，普通高铬磨球次之，新型高铬磨球的硬度分布比较均匀。

用线切割和磨削的方法将3种材料的Φ60mm磨球加工成10mm×10mm×55mm的标准无缺口冲击韧性试样，如图3所示，用JB-5型冲击试验机做冲击韧性试验，试验结果如表3所示。

图3 常温冲击试验试样

表3 磨球冲击韧性测试结果

4 铸铁磨球冲击疲劳试验对比

落球冲击疲劳试验采用Φ100mm的低铬铸铁磨球、普通高铬磨球和新型高铬铸铁磨球各16个，落程高度为3.5m，冲击次数0～24000次。衡量磨球失效的标准是剥落片状物最大直径和最小直径的平均值＞20mm且中心高度＞5mm，以3个失效磨球的平均落球次数为该种磨球的跌落次数。磨球落球冲击疲劳性能数据如表4所示。

表4 磨球冲击疲劳试验数据对比表

由表中数据可见新型高铬磨球试验数据要优于普通高铬磨球和低铬铸铁磨球，说明新型高铬磨球具有良好的抗冲击疲劳能力。

5 铸铁磨球耐磨性试验对比

选用MLD-10型动载荷冲击磨损试验机上进行磨损试验，以此比较低铬铸铁磨球、普通高铬磨球和新型高铬磨球的耐磨性。所有试验材料都加工成10mm×10mm×30mm尺寸试样，磨料为40～70目石英砂，冲击次数150次/min 上试样为3种试验材料试样，下试样为圆环状45#钢（HRC55），转速150r/min，试验材料磨损失重质量在1/10000克精度天平上称量。

根据《磨球技术条件》[8]要求，当磨球能承受αk≥3 J/cm2冲击能量时，就能够适应工况条件下服役而不会破裂。因此，将冲击功设置为3 J。

由表5可知，新型高铬磨球、普通高铬磨球和低铬铸铁磨球体积硬度是逐渐递减的，和表4三种磨球磨损量呈正比关系，这说明了材料硬度高低和抗冲击疲劳磨损能力有着直接的关系。由上表中可知新型高铬磨球的耐磨性是低铬铸铁磨球的1.53倍，是普通高铬磨球的1.12倍，耐磨性能较好。

表5 磨球磨损试验结果

6 结论

新型高铬磨球装机实验在Φ3.2m×13m球磨机中进行，共投入磨球140t，历时近6个月，共生产水泥22860t，磨球总消耗量为892kg，球耗比普通高铬磨球降低25%。由表6中数据可见新型高铬磨球球耗和破碎率均优于普通高铬磨球和低铬铸铁磨球。

表6 新型高铬磨球水泥厂装机实验结果

实践证明，使用新型高铬磨球后，磨球耐磨性能较好，提高水泥产出效率，降低了生产成本，同时延长了球磨机运行周期，具有较好的社会效益和经济效益。