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化学成分对高铬钢球和中铬钢球性能的影响

决定耐磨材料钢球强硬度的因素主要就是其内部的组织结构,而影响钢球内部组织结构的有两个方面:一是热处理工艺,二是材料的化学成分。下面来为大家介绍高铬钢球、中铬钢球和低铬钢球的组织结构和化学成分对其机械性能的影响。


一、高铬钢球

行业内所谓的高铬钢球是指国标牌号ZQCr12以上的所有牌号,规定铬含量大于10%以上。铁基合金奥氏体的含碳量为2.11%,在合金中加入大量中强碳化物元素铬时,会降低奥氏体的含碳量。


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高铬钢球的铬含量≤10%时,除了一部分融入强化奥氏体外,还有较大一部分的铬与碳和铁形成特殊碳化物,当铬含量超过13%时就会出现另一种特殊碳化物(M23C6)。当铬含量小于6%时有近50%的铬元素形成特殊碳化物,当铬含量大于10%时也只有60%的铬元素形成特殊碳化物。

在高铬钢球中,铬元素一部分融入奥氏体起到强化母相提高淬透性的作用,另一部分则与碳和铁生成特殊碳化物。要想通过淬火得到高强硬度的马氏体基体,就必须使钢球加热时的奥氏体具有一定的稳定性。在正常淬火条件下,奥氏体的稳定性决定着铸件的淬透性,但同时在非冷处理的淬火条件下,奥氏体的稳定性与残余奥氏体量成正比例关系。适量残余奥氏体的存在,一方面可以提高高铬钢球的抗冲击韧性,另一方面可以提高钢球的耐磨性。奥氏体由于显著的加工硬化特性,在冲击和磨矿的外力作用下可以维持甚至提高钢球表面硬度,从而达到耐磨的作用。

以马氏体为基体并与大量特殊碳化物组成抗磨铸件是高铬钢球特有性能特征。高强硬度的马氏体基体可以很好的抵抗硬质物料对基体的凿削剥离,避免具有更高硬度的碳化物被孤立折断流失,二者像钢筋混凝土一样有机结合,相互支撑。磨损率一般是低铬铸球或者锻轧球的50%,是中铬钢球的80%。


二、中铬钢球

行业内所谓的中铬钢球是指国标牌号ZQCr8成分左右的钢球,规定铬含量3.0-8%。这种中铬钢球,由于化学成分的原因一般不做淬火处理,所以铸态退火后的组织为珠光体组织,虽然也存在相当数量的普通碳化(Fe3C)和部分特殊碳化物,但由于半数以上的组织为低硬度的珠光体组织,所以产品硬度相对较低。


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在使用方面,特别是在磨料磨损的球磨机工况条件下,在磨料的冲刷和凿削的作用下,低硬度的珠光体首先被磨蚀,使高硬度的碳化物组织被暴露出来。众所周知,碳化物组织不但硬度高而且很脆,在有基体保护和支撑的情况下,可以抵御较大物料对球体的凿削割裂作用,防止球体较大粒度的材料损失,从而起到球体的耐磨作用。当基体被磨蚀后,硬而脆的碳化物被暴露后就很容易被物料冲击断裂流失,加速了材料的损失,导致球体抗磨性能的降低。


三、低铬钢球

行业内所谓的低铬钢球是指国标牌号ZQCr2成分左右的钢球,规定铬含量0.3-3.0%。与中铬钢球一样,低铬钢球也是在铸态退火条件下使用的,基体组织同样是珠光体和碳化物。与中铬钢球不同的是,低铬钢球中所含中强碳化物元素较少,所以低铬钢球中的形成的碳化物为渗碳体。

低铬钢球在使用方面有着与中铬钢球相似的抗磨损机理。但是由于低铬钢球中特殊碳化物的含量相对较低,在抵抗钢球与钢球和衬板之间的摩擦磨损时的能力较高铬钢球和中铬钢球要低很多。所以其耐磨性也是这三种牌号中较差的。

分析高、中、低铬钢球的化学成分和组织特点,根据个牌号的抗磨机理结合球磨机的实际工矿条件,综合分析球磨机使用耐磨材料钢球的性价比才是选购钢球的参考依据。