一种原生柱状硬质合金相复合磨球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原生柱状硬质相复合磨球的制备方法，该方法制备的原生柱状硬质合金相复合磨球的表面由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，首先粉芯丝材编织成具有一定厚度和直径的球形合金粉芯丝材骨架，放入浇铸型腔中；利用高温钢液／铸铁液进行浇铸，对高合金粉芯丝材进行铸渗、烧结或溶化，在一定温度区间内，合金元素进行扩散，使粉芯丝材原位反应生成高硬度柱状硬质相，并实现硬质相与基体金属两部分的冶金结合，使磨球表面层形成内含一定比例柱状硬质相的耐磨复合材料。本发明专利技术具有设备投入小、成本低、操作简单等特点；制备的复合磨球具有高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和高抗压强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于球磨机粉磨设备中的耐磨磨球的制备，特别是一种 原生柱状硬质合金相复合磨球的制备方法。
技术介绍
目前，在国内的粉煤、水泥、电力、冶金等行业的球磨机粉磨设备中， 磨球的使用量巨大，且材料消耗惊人，给国民经济造成了巨大损失。国内生 产的磨球的种类繁多，且使用效果良莠不齐。生产耐磨磨球主要采用的材料 是低铬合金、高铬合金等，生产的方法主要有锻造磨球、铸造磨球等。高铬铸造磨球耐磨性能好，但韧性较低易发生脆裂现象，且价格较贵；低铬合金 铸造磨球虽然价格较低，但耐磨性能相对于高铬合金铸造磨球。目前，立式 磨机在水泥行业的生料和粉煤生产中得到了广泛应用，而空心磨球就是其的 关键部位之一。当前，国内生产的空心磨球，常因耐磨性和韧性都难以保证， 导致在工作过程中不能正常使用，导致生产企业停工停产，造成巨大经济损 失。而进口空心磨球的价格高，订货、交货周期长，给企业增加了很高的生 产成本。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种原 生柱状硬质合金相复合磨球的制备方法，该方法制备的原生柱状硬质合金相 复合磨球，具有高耐磨性、高韧性、高抗拉强度和抗压强度等优点，能取代 进口产品，可广泛应用于粉煤、水泥、电力、冶金等行业的粉磨设备中。 为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案 ，其特征在于，该方法制 备的原生柱状硬质合金相复合磨球的表面由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，具体制备包括下列步骤步骤一，将合金粉芯丝材按照磨球的形状编制成合金粉芯丝材骨架，并 通过绑扎和焊接的方法固定，合金粉芯丝材骨架的实际体积占浇铸复合总体 积的20% 80%;步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨球砂型，并将合金粉芯丝材骨架放入磨球砂型中；步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于砂型的型腔中，高温基体 金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基 体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬 度柱状硬质相；步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质 相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得原生柱状 硬质合金相复合磨球。采用本专利技术制备的生柱状硬质合金相复合磨球具有以下优点1、 由于采用合金粉芯丝材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温 作用下，合金粉芯丝材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生 冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，縮短了 结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶 粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在 基体金属中的宏观上呈柱状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金结合， 界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，实现耐磨性与韧性有机统一，且复合耐磨层抗拉性能和抗压性能良好。2、 合金粉末可根据要求进行配比，成分可调，以适应各种工况要求。3、 由于合金粉芯丝材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷。4、 柱状硬质相为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织致密且无明显缺陷，避免了复合材料的硬质相在磨损过程中出现开裂和脱落 现象。5、 根据使用工况，可调节柱状硬质相在基体中的比例和分布形式。6、 对于恶劣工况条件，可调整柱/带状硬质点的直径或形状大小以及分 布形式，将合金粉芯丝材尺寸从毫米级向微米级调整，并提高合金粉目数， 可使复合材料性能获得大幅提高；7、 本专利技术的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于 大规模生产。8、 本专利技术制备的原生柱状硬质合金相复合磨球具有高耐磨性、高韧性 等优点，可广泛应用于粉煤、水泥、电力、冶金等行业的粉磨设备中，能为 相关企业带来巨大的经济效益。附图说明图l为合金粉芯丝的结构示意图2为三维骨架编织体的结构示意图3是本专利技术的空心复合磨球的浇铸工艺示意图4是本专利技术的空心磨球的剖面结构示意图5是本专利技术的磨球表面复合层的结构示意图6是本专利技术复合材料的金相组织图。下面结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步详细说明。具体实施例方式参见附图，按照本专利技术的技术方案，首先制备一定直径和合金粉末配比 的合金粉芯丝材l (图l)，按所要制备的磨球大小，以一定尺寸和一定比 例的合金芯丝材l编织成一定厚度的球形合金粉芯丝材骨架2 (图2)，并 通过绑扎和焊接的方法将合金粉芯丝材骨架固定(若制作空心磨球，则将合 金粉芯丝材球形骨架套在砂型球芯上，然后固定球形合金粉芯丝材骨架)。 合金粉芯丝材骨架的实际体积占浇铸复合总体积的20% 80%;用树脂砂按照磨球的形状制作砂型4，将合金粉芯丝材骨架2置于砂型4 的型腔中，利用挤压铸造或砂型铸造的方法，将冶炼熔化的基体金属液或铸 铁液浇入砂型4的型腔中，利用高温对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、 溶渗甚至溶解，合金粉金属元素在金属液中进行短程扩散，在基体中形成分 布均匀且与基体实现冶金结合的高硬度柱状硬质相；室温冷却，待金属液冷 却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一 体，取出铸件，清砂处理，从而在磨球表面层形成以高韧性高强度钢为基体、 内含一定数量和分布均匀的高耐磨硬质相，以及基体与硬质相的界面达到冶 金结合的复合材料。合金粉芯丝材l截面可为圆形或方形或长方形(圆截面直径范围①2 mm (D10mm，方形截面边长范围2mm 10mm，长方形截面尺寸由丝材压制成 相应带材截面形状决定)，包裹合金粉末的低碳钢管皮壁厚为O. 1 lmm;芯 部为粒度为50 300目的合金粉末。合金粉芯丝材芯部装入的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添加 钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮化钛 粉末中的一种或几种构成。基体金属是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公知的铸 钢或铸铁中的一种。以下是专利技术人给出的实施例，但本专利技术并不限于以下实施例。 实施例l:制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的柱状硬质相复合(空心)磨球 本实施例包括以下步骤1、将合金粉包裹于低碳钢管皮中，形成合金粉芯丝材1，选择直径为3ram的合金粉芯丝材l;芯部装入的合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100 150 目；将合金粉芯丝材编织成一定厚度的三维结构的合金粉芯丝材骨架2;2、 将丝材三维结构合金粉芯丝材骨架2套在砂型球芯3上，通过绑扎 和焊接方式将合金粉芯丝材骨架2进行固定；3、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨球砂型，并将合金粉芯丝材骨 架2放入磨球砂型4中待浇铸；4、 选用A3钢作为基体金属5，通过砂型铸造的方法，将基体金属5用 中频炉冶炼熔化后，达到160(TC出炉，浇入磨球砂型4中(图3)。禾U用基 体金属5钢液的高温，对金粉芯丝材骨架2上的合金粉芯丝材1进行加热、 烧结、溶渗甚至溶解，合金粉的金属元素在钢液中进行扩散，在基体金属5 中形成分布均匀且与冶金结合的高硬度柱状硬质相6;5、 浇铸完毕后室温冷却后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属 冶金过渡结合融为一体(图4)，从而形成以高韧性高强度的金属为基体、 内含一定数量、相分布均匀且相界面达到冶金结合的磨球表面复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原生柱状硬质合金相复合磨球的制备方法，其特征在于，该方法制备的原生柱状硬质合金相复合磨球的表面由高硬度柱状硬质点和高韧性基体金属复合而成，具体制备包括下列步骤：　步骤一，将合金粉芯丝材按照磨球的形状编制成合金粉芯丝材骨架，并通过绑 扎和焊接的方法固定，合金粉芯丝材骨架的实际体积占浇铸复合总体积的２０％～８０％；　步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作磨球砂型，并将合金粉芯丝材骨架放入磨球砂型中；　步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于砂型的型腔中，高温基 体金属液对合金粉芯丝材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；　步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结 合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得原生柱状硬质合金相复合磨球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建洪，许云华，刘文刚，武宏，付永红，岑启宏，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]