前期报告热处理对锻轧钢球组织性能的影响.doc

毕业设计（论文）题目：热处理工艺对一种锻轧钢球组织性能的影响1、文献综述 11课题来源近年来， 我国球磨机的大型化和矿山越来越多的使用大型球磨机，大直径磨球的需求量很大，而且在逐年增加，使用大直径磨球主要优点是提高了磨矿效率。磨球在生产中损耗非常大，在球磨机内使用过程中磨球受到了反复冲击和物料挤压作用，因此大直径磨球的宏观失效形式主要有有磨损、剥落与失圆、破碎等。 之前，奥氏体锰钢、低合金钢铸球，铬合金铸铁球、耐磨白口铸铁等耐磨材料在在工业生产中的使用较为普遍，但均未能很好地解决磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量这两对矛盾。通常是硬度高而韧性低，破碎率高；合金元素含量高使淬透性提高，但成本增加。通过生产实践以及不断的试验我们得到:合金钢锻轧磨球与铸造球相比的主要特点有锻造速度快、产量高、球型良好表面光洁。锻造磨球压缩比较大，磨球内部组织的致密性更好。锻造磨球的硬度高、韧性好、不易破碎。锻造磨球大大减少了对铬元素的使用，降低了对环境的污染，代替铸球适合在矿山湿磨上的使用。1高碳低合金钢磨球利用锻造余热淬火的工艺组织生产，磨球开裂的情况严重甚至无法正常生产；热处理工艺能够很好的优化钢的组织，从而改善钢的力学性能，对该材料的正常使用起着非常重要的作用，在数次试验的基础上找到了一条生产高碳低合金钢磨球工艺：即采用一次锻造成球形、二次加热在线淬火回火的新工艺。研制生产工艺简单、成本低、耐磨性好、破碎率低的磨球，成为人们追求的目标。2 12 课题研究的目的和意义优良工作特性的磨球应具有如下特性：表面硬度及高体积硬度，通常硬度高则耐磨性高；良好韧性，若磨球材料的韧性不好，磨球易出现剥落、破碎等严重失效；高的制造质量；低残余拉应力；低成本。球磨机用锻轧钢球通常采用淬火处理获得合理的硬度分布，以达到高的耐磨性能。3磨球的淬火可采用锻后控温淬火和二次加热淬火，两种工艺各有优缺点。对于给定的材质，锻后控温淬火和二次加热淬火对淬火磨球的组织和性能特征往往存在差别，直接影响磨球的使用效果。本课题以给定的碳含量较高的材质为研究对象，深入研究两种工艺对磨球组织和性能的影响，研制开发既能适应国内钢铁生产厂的生产水平，又能满足磨球工艺性能和使用性能要求的高碳低合金耐磨钢球（120）用钢，为高性能磨球的生产工艺的制定提供依据，这对提高我国钢材产品的市场竞争力有很好的现实意义。 13 国内外关于该课题的研究现状及发展趋势国内外球磨机都有向大型化防线发展的趋势，特别是大型半自磨机的直径高达10m以上，对磨球的硬度及尺寸提出更高的要求。对于大规格磨球特别是直径大于120mm的磨球，因大直径高铬铸造球有较大的破碎性缺陷，因此研究开发适合矿山使用的大直径锻造磨球成为当务之急。磨球的需求量大，磨球直径大，硬度要求60HRC以上，要有良好的抗冲击性能。1经研究分析决定研发120mm的磨球，通过采用高碳低合金钢一次锻造成球形、二次加热在线淬火回火的新工艺，研制出一条适合生产高碳低合金钢大直径锻造磨球新途径。球磨机分为两种一是兼有破碎和粉磨两种功能的新型磨矿设备即自磨机。它利用被磨物料自身为介质，通过相互的冲击和磨削作用实现粉碎，自磨机因此而得名。还有另外一种较新的球磨机，在自磨机中加入少量钢球，其结果处理能力可以提高1030%，单位产品的能耗降1020%，但衬板磨损相对增加15%，产品细度也变粗些这被称为半自磨机。“半自磨工艺+球磨”工艺可以简化流程，提高经济效益。半自磨机设备为同步电动机驱动，电动机通过传动部的传动而带动筒体部转动，当筒体转动是，装在筒内的研磨介质-钢球和矿块在摩擦力和离心力的作用下，随着筒体回转而被提升到一定的高度，然后按一定的线速度而被抛落，矿石受到下落钢球的撞击和钢球之间及钢球与磨机及矿块之间的附加压碎和磨剥作用而被粉碎，并借助于水的冲力将被磨碎的合格物料送出筒体外。2 、本课题研究中可能遇到的问题及对策21 二次加热淬火温度和时间选择磨球重新加热:加热时严格控制加热温度，防止加热温度偏高或者加热时间偏长造成磨球内部晶粒的长大粗化，对磨球的淬火造成不利的影响。淬火加热设备采用环形加热，环形炉加热的特点是：加热均匀、加热速度快、少氧化、少脱碳、减少人为操作的不稳定性、进出球均用机械手操作实现自动化控制，质量稳定可靠。参考GN-3A材质二次加热的温度范围850-880，而GN-2A材质含碳量高，合金元素含量低，淬透层浅，二次加热温度应低些。采用850、820加热保温，直接淬火，选择用水淬火，淬火时间为2分钟。22 磨球的工作状态和主要失效形式 磨球在球磨机内的工作状态是:随着球磨机的转动，磨球随筒体内壁作圆曲线运动，此间产生滑动和滚动，研碎物料;磨球被提升到一定高度后，磨球脱离转动的筒体，呈抛物线跌落，到达底部时，球与球、球与物料或衬板发生冲击，籍以巨大的冲击功来粉碎和碾碎物料。因此，在使用过程中磨球受到了反复冲击和物料挤压作用。在有色金属的湿磨情况下还受到腐蚀作用，腐蚀加快磨损，磨损又加剧腐蚀。故磨球的宏观失效形式有磨损、剥落与失圆、破碎等。423 影响磨球使用性能的因素231 磨球材质与磨料的相对硬度锻后控温淬火和二次加热淬火的试样用线切割取样，剖切面经过球心，剖切面厚度10mm左右，剖面经磨床磨去12mm的线切割痕迹。硬度测试采用洛氏硬度计，载荷砝码为kg。硬度试验按照GB/T230.12009金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)进行，测试点距离表面2mm左右，测试第一点硬度作为磨球的表面硬度，从球表面到心部每隔 3mm左右测试一点硬度。通过对测量得到的硬度数据进行分析，计算出淬硬层的厚度，把每种热处理工艺的试样淬硬层进行对比。1 Richardson5认为，金属磨损后表面最高硬度（Hu）与磨料硬度（Ha）的比值对材料的耐磨性有显著地影响。当Hu/Ha小于0.8时，材料的抗磨性不受磨料硬度的影响，称作硬磨料磨损；当Hu/Ha大于0.8时，随比值的提高，材料的磨损量减少，叫做软磨料磨损，软磨料磨损产生的磨损量较低。软磨料磨损和硬磨料磨损有不同的磨损特性。多数资料称，当磨料硬度比磨球金属硬度低得多是，磨球的疲劳磨损占较大的比例。62.3.3 磨球材料的高温特性 人们已认识到，磨球在磨损过程中产生的摩擦热是影响磨球耐磨性的一个重要因素。因摩擦热会造成高温，金属表面会发生再结晶、退火、软化甚至熔化，软磨料磨损将转化为硬磨料磨损。还有，当发生剧烈磨料磨损时，热作用可以使接触微区达到金属相变温度，相变会引起磨损速率的变化。2.3.4 磨料的性质 磨料尺寸不同对不同微观结构的金属材料的磨损作用会不同。当磨料成多角形时，尖端曲率半径小的磨料易于切削金属，且压入金属深度大；而尖端曲率半径大的磨料压入深度小，压入部分的材料可保持在弹性变形范围内。不同形变会对磨球金属的磨损有明显的影响。73、本课题的预期目标及成果本课题研究内容涉及钢的成分设计、微观组织观察分析以及力学性能测定等，并要求运用钢的成分、组织、性能之间的关系，设计特定性能要求产品生产用的合理钢铁材料。现有的真空感应熔炼炉、微观组织分析显微镜以及洛氏硬度计等力学性能检测设备以及与生产厂家的合作为本课题任务的完成提供了物质条件。开发出一种性价比高的120钢球，具有良好的淬透性与淬硬性配合，兼具一定的韧性，优于高铬铸铁，热处理后的力学性能达到国家标准。生产工艺简单，成本低廉，具有较好的市场竞争力。4、本课题具体内容要求和方法要求课题的内容要求：根据目前磨球用钢的热处理工艺特点，研究较高碳含量下磨球用钢采用锻后控温淬火和二次加热淬火两种工艺后的性能特点，研究二种工艺应用的优缺点。对二次加热淬火，研究不同热处理工艺参数下对磨球淬透性的影响，针对一定规格和材质的磨球，测定其淬火后的硬度分布，探讨对磨球抗破碎验能力的影响。为磨球用钢热处理工艺制定以及依据磨球规格大小和性能要求合理选材提供依据。课题的方法要求： 1 查阅课题相关资料，熟悉试验设备，准备高碳含量的低合金锻钢磨球；2 在实际生产条件下进行锻后控温淬火试验，并测定其硬度分布。3 进行不同二次淬火工艺的磨球热处理试验；4 进行不同热处理工艺处理后磨球的抗破碎性能进行测定；5 根据试验结果，分析组织特征，探讨影响磨球硬度和抗破碎性能的因素5、实验计划进度1、2月243月14日：查阅资料，熟悉课题，确定试验材质和磨球规格；2、3月14日3月31日：在实际生产条件下进行锻后控温淬火试验，并测定其硬度分布。3、4月1日4月10日： 对磨球进行二次淬火试验，并测定其硬度分布；4、4月10日4月20日：进行不同热处理工艺处理后磨球的抗破碎性能进行测定； 5、4月204月30日：分析磨球不同工艺处理后的组织特征；6、5月1日5月15日：分析试验数据，总结规律，补充试验。7、5月15日6月8日：撰写毕业论文，论文答辩主要参考文献1 许兴军，徐胜.大直径锻造矿用耐磨钢球的研制A.金属热处理0254-6051（2013）01-0047-032 杨军，符寒光.多元低合金贝氏体铸钢磨球的研究和应用J .钢铁钒 2000，21（2）：29.3孙浩.大直径磨球材质与制备工艺研究.昆明理工大学.硕士学位论文，20114 方鸿生 杨业元 姜忠良 贝氏体钢磨球与我国磨球材料 兵器材料科学与工程 1939年9月 16 .55 J.Larson.Base Efect of Relative