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科学技术
S
cience and technology
汪有才1，路 远2，于 浩2
（1.铜陵有金神耐磨材料有限责任公司，安徽 铜陵 244000；2.北京科技大学材料学院，北京 100089）手提机箱
摘 要：
针对基于B3钢材质的模锻和自由锻两种不同工艺成型的耐磨钢球，从组织和性能两个方面进行了分析与比较，发现了两种成型工艺的特点的确对耐磨钢球造成了显著的影响。另外，由于钢球本身尺寸较大，其心部与边部存在一定温差，故在组织与性能上也体现出来，本文也做了一些研究。
关键词：
模锻；自由锻；耐磨球；显微组织；性能检测中图分类号：TG315.3 文献标识码：A 文章编号： 11-5004（2019）12-0077-3收稿日期：
2019-12作者简介：
汪有才，男，生于1989年，工程师，研究方向：电力电子技术在电力系统中的应用、耐磨材料。网页电视>光线路终端
耐磨钢球作为自磨机中的磨损介质，被广泛用于冶金矿山、
水泥建材、火力发电等重工业领域[1]
。随着生产力的不断进步，矿业行业的发展，国内磨球的年消耗总量也在不断提高，保守估
计为180-250万吨左右，其需求量还在不断增加[2,3]
。而目前，常见的耐磨钢球成型工艺主要为铸造、锻造和轧制这三种。而针对大直径的钢球来说，其主要的生产工艺多为锻造和铸造，其中铸球的需求量最大，而锻造磨球的前景最好。由于锻造钢球所采用的坯料为热轧圆钢，这要求有比较大的塑性变形量，且在冶炼过程中还需控制内部夹杂物含量，
这使得锻球采用的棒坯内部组织致密，且无显微裂纹、缩孔、白点等缺陷。另外，锻球成型过程中存在再次加热和热加工情况，因此与铸球相比，锻球有以下这些特点：首先，锻造速度要比铸球要快，产量高，且球型和表面质量良好；其次锻造磨球成型过程变形量较大，因此其内部组织和晶粒尺寸更为均匀细小，使得锻球的硬度高、韧性好，不易破碎；再次，锻球取代低铬、中铬、高铬系合金铸球[4]，这会在很大程度上减少铬矿的消耗，降低对环境的污染，这也符合我国对工业环保的要求[5,6]；最后，从性能的角度考虑，钢球的含铬量对其耐磨性能有很大的影响，也就是说，含铬量越高耐磨性就越好，但铬元素会增加钢球的易腐蚀倾向，铬含量越高也会使磨球越容易被腐蚀，特别是若矿石中硫的含量较高时，会进一步提高这种倾向。故铸造成型的铬系磨球在湿磨工况下的使用寿命会在很大程度上受到限制，达不到预期效果[7]。
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而锻造磨球也存在两种不同的成型工艺，即自由锻和模锻[8,9]
。自由锻是在工人凭经验操纵自由锤，利用锤自上而下的冲击力对坯料施加变形，使圆棒得到所需要的外部形状及内部性能的锻造加工工艺；而模锻是把将坯料固定于模锻设备上的模具内进行一次成型的锻造工艺。本文基于B3钢材质，采用自由锻和模锻的磨球成型工艺，得到直径120mm 的耐磨球，并对其组织和性能进行比较分析，从而对今后的生产提供指导作用。
1 实验方案1.1 成型工艺
模锻工艺：将直径为Φ80mm 的棒坯，锯切成长度为175mm 的圆柱棒材后，采用中频炉加热，再利用2T 全自动模锻锤锻打，最后在空气中缓冷到室温。
自由锻工艺：将直径为Φ80mm 的棒坯，锯切成长度为
175mm 的圆柱棒材后，采用中频炉加热，再利用750kg 空气锤锻打，锻打次数为40锤，最后在空气中缓冷到室温。
两种工艺生产的磨球试样均为B3钢材质，表1为B3钢的合金成分。
表1 B3钢与B6钢主要合金成分比较(wt%)火麻仁胶囊
钢号C Si Mn Cr B3
0.61
1.76
0.78
0.85
1.2 取样
由于此次需要检测的试样来自于两种不同的成型工艺，故将其分成两组。为了保证检测结果尽可能地全面可靠，在参考金属流线实验的结果下，在这两组中，各采用一个半球进行试样制备，取样结果如图1所示。
由于钢球的直径为120mm，故在耐磨球的纵向从上到下每间隔5mm 依次取一个10×10×20的试样，而在45°方向上和横向上的半径1/2处以及边缘处各取两个10×10×20
的试样。
图1 磨球取样位置分布
1.3 实验过程
金相组织分析：对两组试样采用不同目数SiC 砂纸进行研磨后，在抛光布上抛光，然后用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀后，最后在光学显微镜下观察显微组织，并对模锻和自由锻工艺下组织形貌进行对比分析。
显微硬度测试：对模锻和自由锻磨球不同位置试样进行显微硬度测试，记录两种工艺下磨球不同位置的硬度值，了解钢球的硬度分布情况。
金属流线实验：沿着纵向对试样取整个圆面或者半个圆面，将表面磨光后使用1：1盐酸水溶液加热到60℃~80℃腐蚀一段时间，即可看到试样纵切面的金属流线。比较模锻和自由锻流线差异，并分析流线对磨球性能的影响。
常温冲击功测试：根据金属流线布，分别在流线密集的中心区域以及无明显流线的边部区切取10mm×10mm×55mm 的冲击试样，比较分析不同工艺之间冲击性能的差异以及流线对
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