本发明涉及一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，属于材料工程技术领域。
背景技术：
随着矿用半自磨机的大型化和使用量增多，大直径耐磨钢球的吨耗增大，磨矿生产成本提高，从而对大直径耐磨钢球的韧性和硬度提出更高的要求。当前大直径钢球失效形式主要有破碎，失圆，耐磨性不高等，主要原因是存在钢球硬度与韧性这一难解决的矛盾。目前，解决这一矛盾的方法主要有添加合金或稀土元素，但是这种方法会显著提高耐磨钢球的生产成本，降低产品竞争力。本着降本原则，本专利采取细晶强化，即保持钢球硬度的同时，通过细化晶粒增强钢球的韧性。对于大直径耐磨钢球，其综合力学性能主要是由马氏体的大小和形态决定。马氏体形态越小、越细，则钢球在保持高硬度的同时，也具有很高的韧性。另外，合金钢淬火过程中，奥氏体晶内形核形成马氏体。而马氏体形态的粗细主要是由奥氏体晶粒大小决定，并且奥氏体晶粒越小，淬火得到的马氏体形态就越细小，从而耐磨钢球的韧性、耐磨性越高，寿命越长。
传统的钢球锻打后通过余热淬火，而在此种热处理方式下，钢球内外存在温度差，造成钢球内外奥氏体晶粒度不一，使得淬火后钢球内部组织不均匀，尤其是马氏体针的大小、粗细不一。所以想要获得组织分布均匀，形态细小的马氏体针，可以对锻打后钢球进行正火预处理和二次加热后淬火。正火的目的是细化珠光体，珠光体片层间距越小，铁素体和渗碳体相界面越多，使得钢球二次加热过程中奥氏体形核部位增加，增大奥氏体的形核率，达到细化奥氏体的目的；二次加热是为了钢球内外温度更均匀。
珠光体片层间距的大小与转变温度和速度有关。在珠光体转变温度区间，转变温度越低，速度越快，珠光体片层间距越小。以往细化珠光体组织主要是通过正火空冷,但是由于冷速较低，无法获得片层间距更加细小的珠光体，所以本专利采用水冷的方式，增加冷却速度和扩大过冷度，控制冷却时间以达到细化珠光体的目的。
技术实现要素：
本发明针对耐磨钢球硬度与韧性不匹配这一矛盾问题，提供一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，相比于传统的制备方法，该本方法中的正火工艺环保、所用材料水可循环利用、成本低；另外，本发明方法可显著细化钢球的珠光体组织，缩短钢球的正火时间，提高生产效率。
本发明采用的技术方案是：
一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照耐磨钢球直径大小制备锻球所需圆钢，耐磨钢球直径与圆钢直径之比在1.2～1.5:1之间，圆钢长度与耐磨钢球直径之比在1.6～2.4:1之间；
(2)然后对圆钢依次进行加热处理、锻打成球、正火处理、硬度测试、组织观察；
其中，加热处理：加热时间为6-7min，加热温度1050-1100℃；
锻打成球：对温度为1050-1100℃的圆钢进行锻打，始锻温度为1050-1100℃，锻打时间为25-30s，然后将成型后的钢球进行预冷，当钢球温度降至850-880℃时进行正火处理；
正火处理：分为两个步骤，步骤1)当钢球表面温度降至850-880℃时进行水冷，水冷温度为30℃左右，水冷时间为10-20s，然后出水风冷，钢球刚出水时表面温度为380-510℃，稳定后温度为650-710℃；步骤2)：将出水后的钢球风冷至室温，风冷流量不低于870m3/h，风冷时间为50-70min；
硬度测试：钢球冷却到室温后，利用线切割取样，洛氏硬度仪测试芯条硬度；
组织观察：打磨抛光，硝酸酒精腐蚀后进行组织观察。
进一步地，所述的一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，其特征在于，所述耐磨钢球是由下述质量百分比的原料制成的：
c：0.52～0.71wt.％、si：1.60～2.0wt.％、mn：0.65～0.95wt.％、cr：0.7～0.95wt.％，余量为fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述的一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，其特征在于，所述耐磨钢球的直径为120-150mm。
相比于传统钢球的制备方法，本发明的优点是：
(1)本发明中所提到的正火工艺冷却速度快，明显细化珠光体组织，缩短了钢球的正火时间，提高了钢球的生产效率；
(2)本发明中使用的冷却介质为水，环保无污染，并可循环使用，价格低廉；
(3)本发明方法中的正火工艺增加了耐磨钢球硬度和韧性匹配性，提高了钢球的耐磨性与冲击韧性，增加了钢球的使用寿命，经济效益明显。
附图说明
图1为实施例1中空冷普通钢球的sem图像。
图2为实施例1中空冷普通钢球芯条的洛氏硬度(hrc)。
图3为本发明实施例2中正火水冷耐磨钢球的sem图像。
图4为本发明实施例2中正火水冷耐磨钢球芯条的洛氏硬度(hrc)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：
如图1、2所示，一种大型半自磨机矿用普通钢球的正火预处理工艺，包括以下步骤：
(1)利用加热炉对直径80mm，长度为180mm的圆钢进行加热，加热时间为6min，加热温度为1050℃。
(2)对温度为1050℃的圆钢进行锻打，始锻温度为1050℃，锻打时间为25s，然后将锻打好的钢球进行空冷。
(3)当钢球冷至室温后，首先采用线切割取样，洛氏硬度仪测得芯条平均硬度为32hrc，然后再对芯条打磨抛光、硝酸酒精腐蚀，进行组织观察。
(4)采用扫描电镜在10000倍下对试样组织进行观察，发现钢球组织为珠光体，片层间距为0.5μm左右。
实施例2：
如图3、4所示，一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，包括以下步骤：
(1)利用加热炉对直径80mm，长度为180mm的圆钢进行加热，加热时间为6min，加热温度为1050℃。
(2)对温度为1050℃的圆钢进行锻打，始锻温度为1050℃，锻打时间为25s，然后将锻打好的钢球进行预冷处理，当钢球温度降至880℃进行正火处理。
(3)正火处理分为2个阶段：
1、当钢球表面温度降至880℃时，进行水冷，水冷温度为30℃，水冷时间为10s，出水后表面温度为506℃，稳定后温度为708℃。
2、当钢球风冷至室温后，首先采用线切割取样，洛氏硬度仪测得芯条平均硬度为33.8hrc，然后再对芯条打磨抛光、硝酸酒精腐蚀，进行组织观察。
3、采用扫描电镜在10000倍下对试样组织进行观察，发现钢球组织为屈氏体，片层间距为0.1μm左右，显著细于空冷组织。
同普通钢球的制备方法所制得的钢球相比，本发明方法所制备的耐磨钢球的钢球组织显著细于普通钢球的钢球组织，可显著细化耐磨钢球组织，使珠光体片层间距达到0.1μm左右，钢球正火硬度提高1.8hrc左右。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施案例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
1.一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照耐磨钢球直径大小制备锻球所需圆钢，耐磨钢球直径与圆钢直径之比在1.2～1.5:1之间，圆钢长度与耐磨钢球直径之比在1.6～2.4:1之间；
(2)然后对圆钢依次进行加热处理、锻打成球、正火处理、硬度测试、组织观察；
其中，加热处理：加热时间为6-7min，加热温度1050-1100℃；
锻打成球：对温度为1050-1100℃的圆钢进行锻打，始锻温度为1050-1100℃，锻打时间为25-30s，然后将成型后的钢球进行预冷，当钢球温度降至850-880℃时进行正火处理；
正火处理：分为两个步骤，步骤1)当钢球表面温度降至850-880℃时进行水冷，水冷温度为30℃左右，水冷时间为10-20s，然后出水风冷，钢球刚出水时表面温度为380-510℃，稳定后温度为650-710℃；步骤2)：将出水后的钢球风冷至室温，风冷流量不低于870m3/h，风冷时间为50-70min；
硬度测试：钢球冷却到室温后，利用线切割取样，洛氏硬度仪测试芯条硬度；
组织观察：打磨抛光，硝酸酒精腐蚀后进行组织观察。
2.根据权利要求1所述的一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，其特征在于，所述耐磨钢球是由下述质量百分比的原料制成的：
c：0.52～0.71wt.％、si：1.60～2.0wt.％、mn：0.65～0.95wt.％、cr：0.7～0.95wt.％，余量为fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺，其特征在于，所述耐磨钢球的直径为120-150mm。
技术总结