一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及耐磨球技術領域，尤其涉及一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法。
【背景技術】
[0002]球磨機是水泥、電力、選礦、建材等行業中廣泛應用的高細磨機械之一。球磨機鋼球是球磨機設備研磨物料介質，通過球磨機鋼球之間、鋼球與物料之間的碰撞摩擦產生磨削作用，從而將物料的粒徑進一步減小。現有技術中，球磨機的磨介鋼球主要是鉻系合金、錳系合金等球磨鑄鋼件或球磨鑄鐵件，如高鉻鋼球、低鉻鋼球、多元合金鋼球和釩鈦鉻合金鋼球等。為了提高破碎效率和鋼球的耐用度，需要鋼球表面有足夠的硬度和耐磨度，同時，在研磨過程中，鋼球與磨料、鋼球與襯板以及鋼球與鋼球之間發生的沖撞不可避免，因此，還要求鋼球有一定的韌性。近年來，隨著我國工業的迅速發展，對耐磨球的質量和數量提出了更高的要求，而現有技術中所用的鋼球其硬度和韌性之間往往很難達到平衡，從而限制了其應用范圍。
【發明內容】
[0003]基于【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法，其過程簡單，條件易于控制，得到的成品硬度高、韌性好，使用壽命長。
[0004]本發明提出的一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法，包括以下步驟:
[0005]S1、按重量份將100-150份廢鋼、50-80份鉻鋼、10-15份稀土合金、5-15份錳鋼、5-15份鉬鋼、5-15份釩鋼、10-35份鎢渣和2_10份硅鐵放入熔煉爐中，升溫至1500-1650 °C，保溫0.5-lh后加入10-15份鈦錠和15-30份鋯錠，在1450-1500 °C下保溫10-25min，然后在1550_1600°C下加入5-12份鋁錠和5-20份鎂錠保溫10_25min，撈出浮在液體表面的爐渣后得到合金液；
[0006]S2、澆注:將合金液進行澆注，待合金液凝固后冷卻至室溫得到球坯，其中，澆注的溫度為 1450-1550°C ；
[0007]S3、熱處理:將球坯放入電爐內，升溫至550-650 °C，保溫2.5-3.5h，升溫至700-780 °C，保溫 0.5-2h，升溫至 900-950 °C，保溫 20_50min，升溫至 980-1050 °C，保溫30-50min，然后空冷至室溫得到淬火球；將淬火球升溫至500-580°C，保溫30_50min，然后降溫至350-450°C，保溫50-60min，水冷至室溫得到回火球；
[0008]S4、將回火球清洗后選用Fe基合金和WC粉末為熔覆粉末進行激光熔覆得到所述高硬高韌耐磨球，其中，Fe基合金與WC粉末的重量比為5-10:1 ;所述Fe基合金中，C的質量分數為0.1-0.5%, Cr的質量分數為11-15%，Co的質量分數為1.5-2.5%, Ni的質量分數為5-8%、Mo的質量分數為0.5-2%, Ti的質量分數為0.5-1.2%, V的質量分數為
0.1-0.5%, B的質量分數為1-1.5%、余量為Fe ;所述激光熔覆過程中，激光熔覆的功率為2500-3000W，光斑直徑為3-5mm，光斑移動速度為10-15mm/s，熔覆層厚度為5_10 μπι。
[0009]優選地，在S1中，按重量份將135份廢鋼、70份鉻鋼、12份稀土合金、13.5份錳鋼、10份鉬鋼、12份釩鋼、30份鎢渣和8份硅鐵放入熔煉爐中，升溫至1600°C，保溫0.8h后加入12份鈦錠和20份鋯錠，在1480°C下保溫20min，然后在1580°C下加入10份鋁錠和15份鎂錠保溫20min，撈出浮在液體表面的爐渣后得到合金液。
[0010]優選地，在S3中，升溫至550-650°C的過程中，平均升溫速率為20-35°C /min。
[0011]優選地，在S3中，升溫至900-950°C的過程中，平均升溫速率為10_25°C /min。
[0012]優選地，在S3中，降溫至350-450°C的過程中，平均降溫速率為5_15°C /min。
[0013]優選地，在S3中，將球坯放入電爐內，升溫至600 °C，保溫3.2h，升溫至750 °C，保溫1.3h，升溫至920°C，保溫35min，升溫至1000°C，保溫40min，然后空冷至室溫得到淬火球；將淬火球升溫至550°C，保溫38min，然后降溫至400°C，保溫55min，水冷至室溫得到回火球。
[0014]優選地，在S4中，所述Fe基合金與WC粉末的重量比為8.5:1。
[0015]優選地，在S4中，所述Fe基合金中，C的質量分數為0.25 %，Cr的質量分數為12%, Co的質量分數為2%、Ni的質量分數為7.5%、Mo的質量分數為1.3%、Ti的質量分數為1%、V的質量分數為0.35%、B的質量分數為1.2%、余量為Fe。
[0016]優選地，在S4中，所述激光熔覆過程中，激光熔覆的功率為2850W，光斑直徑為4mm，光斑移動速度為12mm/s，熔覆層厚度為8 μ m。
[0017]優選地，在S4中，所述Fe基合金的粒度為250-350目；所述WC粉末的粒度為150_250nm。
[0018]本發明激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法中，選擇了廢鋼、鉻鋼、稀土合金、錳鋼、鉬鋼、釩鋼、鎢渣、硅鐵、鈦錠、鋯錠、鋁錠和鎂錠為原料，通過調節各原料的含量，并控制熔煉過程中的加料順序和熔煉溫度，使得到的球坯具有優異的耐磨性、硬度和韌性，根據上述參數得到的球坯能滿足高硬高韌耐磨球的使用要求，其中，鎢渣中含有W、Mn、Nd、Ti等合金元素，其與體系中的錳鋼、鈦錠、鋯錠、釩鋼具有協同作用，能與體系中的碳結合形成熔點很高的碳化物，從而起到異相成核的作用，細化一次結晶組織，同時能降低體系后中奧氏體的穩定性，有利于體系中馬氏體的形成，另外還能阻礙奧氏體的晶粒長大，起到細化晶粒的作用，提高了體系的韌性和強度；在之后的熱處理過程中，合理控制了熱處理的工藝參數，使的基體中的殘余奧氏體轉變為馬氏體組織，在高溫過程中組織中的連續網狀結構轉化為了斷網狀結構，從而進一步細化了晶粒，改善了碳化物的形貌，進一步提高了體系的韌性、硬度和強度；之后將回火球的表面進行了激光熔覆，在激光熔覆的過程中，選擇了 Fe基合金熔覆粉末，其與球坯的結合性好，且在熔覆粉末中含有鉻、錳、鉬、碳等元素，起到了調整硬度、細化晶粒、凈化晶界、控制碳化物含量和形貌的作用，進一步提高了耐磨球的硬度、抗沖刷性、耐磨損性和耐腐蝕性，延長了耐磨球的使用壽命。
【具體實施方式】
[0019]下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0020]實施例1
[0021]本發明提出的一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法，包括以下步驟:
[0022]S1、按重量份將150份廢鋼、50份鉻鋼、15份稀土合金、15份錳鋼、5份鉬鋼、15份釩鋼、10份鎢渣和2份硅鐵放入熔煉爐中，升溫至1650°C，保溫0.5h后加入15份鈦錠和15份鋯錠，在1500°C下保溫lOmin，然后在1600°C下加入5份鋁錠和20份鎂錠保溫lOmin，撈出浮在液體表面的爐渣后得到合金液；
[0023]S2、澆注:將合金液進行澆注，待合金液凝固后冷卻至室溫得到球坯，其中，澆注的溫度為1450 °C ；
[0024]S3、熱處理:將球坯放入電爐內，升溫至650 °C，保溫2.5h，升溫至780 °C，保溫
0.5h，升溫至900 °C，保溫50min，升溫至980 °C，保溫50min，然后空冷至室溫得到淬火球；將淬火球升溫至500 °C，保溫50min，然后降溫至350 °C，保溫60min，水冷至室溫得到回火球；
[0025]S4、將回火球清洗后選用Fe基合金和WC粉末為熔覆粉末進行激光熔覆得到所述高硬高韌耐磨球，其中，Fe基合金與WC粉末的重量比為5:1 ;所述Fe基合金中，C的質量分數為0.5 %，Cr的質量分數為11 %，Co的質量分數為2.5 %、Ni的質量分數為5 %、Mo的質量分數為2%、Ti的質量分數為0.5%、V的質量分數為0.5%、B的質量分數為1 %、余量為Fe ;所述激光熔覆過程中，激光熔覆的功率為2500W，光斑直徑為5mm，光斑移動速度為10mm/s，恪覆層厚度為10 μ m。
[0026]實施例2
[0027]本發明提出的一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法，包括以下步驟:
[0028]S1、按重量份將100份廢鋼、80份鉻鋼、10份稀土合金、5份錳鋼、15份鉬鋼、5份釩鋼、35份鎢渣和10份硅鐵放入熔煉爐中，升溫至1500°C，保溫lh后加入10份鈦錠和30份鋯錠，在1450°C下保溫25min，然后在1550°C下加入12份鋁錠和5份鎂錠保溫25min，撈出浮在液體表面的爐渣后得到合金液；
[0029]S2、澆注:將合金液進行澆注，待合金液凝固后冷卻至室溫得到球坯，其中，澆注的溫度為1550。。；
[0030]S3、熱處理:將球坯放入電爐內，升溫至550°C，保溫3.5h，升溫至700°C，保溫2h，升溫至950°C，保溫20min，升溫至1050°C，保溫30min，然后空冷至室溫得到淬火球；將淬火球升溫至580 °C，保溫30min，然后降溫至450 °C，保溫50min，水冷至室溫得到回火球；
[0031]S4、將回火球清洗后選用Fe基合金和WC粉末為熔覆粉末進行激光熔覆得到所述高硬高韌耐磨球，其中，Fe基合金與WC粉末的重量比為10:1 ;所述Fe基合金中，C的質量分數為0.1 %，Cr的質量分數為15 %，Co的質量分數為1.5 %、Ni的質量分數為8 %、Mo的質量分數為0.5%、Ti的質量分數為1.2%、V的質量分數為0.1%、B的質量分數為1.5%、余量為Fe ;所述激光熔覆過程中，激光熔覆的功率為3000W，光斑直徑為3mm，光斑移動速度為15mm/s，恪覆層厚度為5 μ m。
[0032]實施例3
[0033]本發明提出的一種激光熔覆制備高硬高韌耐磨球的方法，包括以下步驟:
[0034]S1、按重量份將135份廢鋼、70份鉻鋼、12份稀土合金、13.5份錳鋼、10份鉬鋼、12份釩鋼、30份鎢渣和8份硅鐵放入熔煉爐中，升溫至1600°C，保溫0.8h后加入12份鈦錠和20份鋯錠，在1480°C下保溫20min，然后在1580°C下加入10份鋁錠和15份鎂錠保溫20min，撈出浮在液體表面的爐渣后得到合金液；
[0035]S2、澆注:將合金液進行澆注，待合金液凝固后冷卻至室溫得到球坯，其中，澆注的溫度為1500°C ；
[0036]S3、熱處理:將球坯放入電爐內，升溫至600 °C，保溫3.2h，升溫