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高鉻耐磨鑄件中ZFQ-A 型高分子類油聚合物水基淬火介質(zhì)應(yīng)用
洛陽(yáng)金潤(rùn)寶科技公司在聚合物水溶液淬火介質(zhì)和類油聚合物水溶液淬火介質(zhì)方面的開創(chuàng)性研究(以三項(xiàng)利為代表)及其生產(chǎn)應(yīng)用為當(dāng)前“堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)”在熱處理行業(yè)代替污染嚴(yán)重的淬火油提供了技術(shù)及產(chǎn)品支持。
本文對(duì)ZFQ-A型高分子類油聚合物水基淬火介質(zhì)在高鉻耐磨鑄件中的應(yīng)用，進(jìn)行比較詳細(xì)介紹，希望引起大家的關(guān)心和興趣。
耐磨合金鑄鐵，主要在劇烈的摩擦磨損條件下使用。這里重點(diǎn)介紹干摩條件下工作的，像磨球，襯板，磨輥輥套等鑄件，要求有高的均勻的硬度，摩擦系數(shù)要大，這類鑄鐵叫耐磨鑄鐵。本文著重介紹，鉻系耐磨合金鑄鐵。
在鉻含量為12%~28%的合金鑄鐵中，能形成Cr7C3，和Cr23C6合金碳化物，而其中Cr7C3具有高硬度，其硬度在Hv1400~1800。這樣高的硬度足以抵抗石英（Hv900~1280）的磨損。為使獲得的部碳化物為Cr7C3共晶碳化物，高鉻合金的鉻碳比應(yīng)為4~8。隨鉻含量增高，共晶碳量不斷下降，在含鉻量等于13%時(shí)，共晶碳量減至3.6%。提高碳含量能增加碳化物數(shù)量，他比提高鉻含量，增加共晶碳化物數(shù)量更有。鉻含量般控制在14%~28%，而碳量則根據(jù)耐磨件應(yīng)力來(lái)選擇，在低應(yīng)力下采用上限為3.2%~3.6%，中應(yīng)力下為2.8%~3.2%，高應(yīng)力下為2.4%~2.8%。單純高鉻鑄鐵的淬透性較差。若為提高其淬透性，般可加入鉬，錳，銅，鎳，等元素。鉬錳或鉬銅同時(shí)加入可有提高淬透性。含錳量太高，則劇烈降低Ms點(diǎn)，使殘余奧氏體量增加。硅可降低淬透性，故般控制在0.8%以下。
高鉻鑄鐵中加入釩、鈦、稀土金屬，可以細(xì)化共晶組織和碳化物。高鉻鑄鐵中的Cr7C3碳化物不以網(wǎng)狀出現(xiàn)，其韌性比般白口鑄鐵好。
2.1，高鉻耐磨鑄件常用號(hào)
燃煤電廠碎煤機(jī)耐磨件技術(shù)條件，DL/T1604-2016規(guī)定：碎煤機(jī)環(huán)錘，錘頭等選用，BTMCr12，BTMCr15，BTMCr20，和BTMCr26。這四個(gè)號(hào)的金相組織為：碳化物+回火馬氏體+殘余奧氏體，或碳化物+奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。
燃煤電廠磨煤機(jī)耐磨件技術(shù)條件DL/T681-2012，規(guī)定：鑄造磨球的號(hào)是，ZQCr26，ZQCr20，ZQCr 15，ZQCr 12，ZQCr8，ZQCr 5和ZQCr2。球磨機(jī)襯板的號(hào)是BTMCr12，BTMCr15，BTMCr20和BTMCr26。中速磨煤機(jī)磨輥、輥套、磨盤、襯板的號(hào)是，BTMCr15，BTMCr20和BTMCr26。以上各個(gè)號(hào)的化學(xué)成分，金相組織和使用性等。
2.1.1高鉻耐磨材料在磨球上的應(yīng)用
表1鑄造磨球的化學(xué)成分（質(zhì)量分析）
|
名稱 |
號(hào) |
化學(xué)成分 |
||||||||
|
C |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
Cu |
Ni |
P |
s |
||
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅰ |
ZQCr26 |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>23.0~30.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅱ |
ZQCr20 |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>18.0~23.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅲ |
ZQCr15 |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>14.0~18.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅳ |
ZQCr12A |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>10.0~14.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅴ |
ZQCr12B |
2.0~3.3 |
≤ 1.5 |
0.3~1.5 |
>10.0~14.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
中鉻鑄鐵磨球Ⅰ |
ZQCr8 |
2.1~3.3 |
1.5~2.2 |
0.3~1.5 |
7.0~10.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
中鉻鑄鐵磨球Ⅱ |
ZQCr5 |
2.1~3.3 |
≤ 1.5 |
0.3~1.5 |
4.0~6.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.10 |
|
低鉻鑄鐵磨球 |
ZQCr2 |
2.1~3.6 |
≤ 1.5 |
0.3~1.5 |
1.0~3.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.10 |
|
名稱 |
號(hào) |
表面硬度 HRC |
磨球沖擊疲勞 壽命/次數(shù) |
|
|
淬火態(tài)并回火處理 |
鑄態(tài)并去應(yīng)力處理 |
|||
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅰ |
ZQCr26 |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅱ |
ZQCr20 |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅲ |
ZQCr15 |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅳ |
ZQCr12A |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高鉻鑄鐵磨球Ⅴ |
ZQCr12B |
-- |
≥49 |
≥8000 |
|
中鉻鑄鐵磨球Ⅰ |
ZQCr8 |
-- |
≥48 |
≥8000 |
|
中鉻鑄鐵磨球Ⅱ |
ZQCr5 |
-- |
≥47 |
≥8000 |
|
低鉻鑄鐵磨球 |
ZQCr2 |
-- |
≥45 |
≥8000 |
2.1.2高鉻耐磨材料在襯板上的應(yīng)用
高鉻白口鑄鐵襯板以其高硬度、高強(qiáng)度和高耐磨性而著稱，在外已被廣泛使用，在制作水泥工業(yè)球磨機(jī)襯板中，般壽命在5a以上。近年來(lái)，內(nèi)在這方面也取得了很大的發(fā)展，據(jù)資料介紹，內(nèi)制造的高鉻白口鑄鐵溝槽襯板成功應(yīng)用于Φ3m×9m大型磨機(jī)上，已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6a以上。目前，高鉻白口鑄鐵襯板在水泥工業(yè)球磨機(jī)上，從Φ2.2m、Φ2.4m、Φ3m中小型磨機(jī)到Φ3.8m、Φ4.2m、Φ5m、Φ5.4m大型和大型磨機(jī)都實(shí)現(xiàn)了安生產(chǎn)，取得了較好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)益。別是用于Φ5.4×15.5m大型磨機(jī)襯板，可完替代進(jìn)口產(chǎn)品。
高鉻白口鑄鐵襯板制造和使用中應(yīng)注意以下問(wèn)題：
1）高鉻白口鑄鐵襯板的失形式主要是斷裂和磨損，斷裂失常使高鉻白口鑄鐵襯板的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用受到很大影響。其中，鑄造缺陷，如疏松，縮孔，氣孔，夾雜等是造成斷裂的主要原因。因此，襯板制備過(guò)程中不允許有超標(biāo)的鑄造缺陷存在。
2）襯板應(yīng)小而厚，單螺栓孔為宜，對(duì)大而薄或雙螺栓孔襯板的生產(chǎn)和使用應(yīng)別注意。
3）高鉻襯板在安裝時(shí)，凡有螺栓孔的襯板，螺栓固定要緊實(shí)牢固。安裝面與筒體面應(yīng)為面接觸， 好選用橡膠墊做墊層，嚴(yán)禁無(wú)任何鋪墊而直接安裝和使用高鉻襯板。安裝完畢進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，磨機(jī)內(nèi)必須填充定量的物料方可運(yùn)行，嚴(yán)禁空磨運(yùn)轉(zhuǎn)。
4）目前內(nèi)為了降低成本，開發(fā)了無(wú)鉬鎳高鉻合金鑄鐵襯板，其熱處理工藝應(yīng)視鑄件壁厚、結(jié)構(gòu)、裝爐量及四季溫度變化情況而定。
5）襯板在鑄態(tài)開箱、清理打磨、熱處理裝筐等搬運(yùn)中應(yīng)輕拿輕放，防止碰撞，防止鑄態(tài)裂紋的產(chǎn)生。高鉻白口鑄鐵襯板的含碳量的選擇，應(yīng)考慮到它的使用工況。高鉻合金白口鑄鐵般是指鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12%~28%，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.4%~3.6%的合金白口鑄鐵。它的*點(diǎn)是高硬度的Cr7C3型共晶碳化物，呈菊花狀彌散分布于馬氏體基礎(chǔ)上，減少了對(duì)基體的割裂作用。因此，高鉻白口鑄鐵襯板具有強(qiáng)度和硬度高，韌性和耐磨性好等點(diǎn)。目前內(nèi)外大量應(yīng)用于大型水泥磨機(jī)上，般使用壽命，（倉(cāng)）達(dá)到6~8a，二、三倉(cāng)達(dá)到12a以上，表現(xiàn)出了良好的耐磨性。
但是實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳含量選擇不合理時(shí)，高鉻白口鑄鐵襯板易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，別在些大型磨機(jī)上尤為明顯。通常，對(duì)沖擊載荷較大的工況般采用低碳高鉻白口鑄鐵襯板；對(duì)沖擊載荷較小的工況采用高碳高鉻白口鑄鐵襯板，以便充分發(fā)揮材料的耐磨性能。如ω(C)=2.40%~2.65%的Cr15襯板可用于Φ4.2m以下磨機(jī)（倉(cāng)）；ω(C)=2.65%~2.85%的Cr20、Cr26襯板可用于Φ4.2以上磨機(jī)；磨前有預(yù)粉系統(tǒng)，如“輥壓機(jī)+水泥磨”，平均球徑≤60mm，碳含量再高些，可保證倉(cāng)使用壽命達(dá)到8~10a，二、三倉(cāng)使用壽命更長(zhǎng)。磨頭襯板可選用中（低）碳高鉻白口鑄鐵；出料蓖板可選用中、高碳高鉻白口鑄鐵；分塊組合成的隔倉(cāng)板可選用低碳高鉻白口鑄鐵。
2.2高鉻耐磨鑄件的熱處理工藝
過(guò)去在行業(yè)里，高鉻耐磨鑄件（以下簡(jiǎn)稱鑄件）普遍采用粗放式的空冷、風(fēng)冷或者風(fēng)霧冷的方式實(shí)現(xiàn)淬火。然而，傳統(tǒng)的工藝存在鑄件迎風(fēng)面和背風(fēng)面的冷卻不均勻問(wèn)題，導(dǎo)致硬度分散性大，甚至出現(xiàn)硬度不足，降低鑄件使用壽命。對(duì)于厚大鑄件只能采用冷卻速度更快的淬火油進(jìn)行淬火，但使用淬火油產(chǎn)生煙氣的污染和存在火災(zāi)隱患。當(dāng)前生產(chǎn)廠家都不再用淬火油淬火。
曾經(jīng)有人提出利用水和空氣作為淬火介質(zhì)，對(duì)直徑80mm的Fe-2.4C-12Cr，高鉻鑄球進(jìn)行多次循環(huán)淬火-分配-回火工藝（MQ-P-T）處理，并與常規(guī)的空冷和油淬處理的高鉻鑄球進(jìn)行對(duì)比，獲得了較高的綜合力學(xué)性能。但這種方法對(duì)于復(fù)雜形狀厚薄不勻的鑄件，生產(chǎn)中操作起來(lái)很困難，暫時(shí)不宜推廣。目前在行業(yè)中，正在按照我們提出的三槽理論，采用金潤(rùn)寶類油聚合物水基淬火介質(zhì)代替淬火油，實(shí)現(xiàn)鑄件的綠色環(huán)保熱處理！
(類油聚合物水基淬火介質(zhì)代替淬火油的理論依據(jù)）
3.1、ZFQ-A型高分子類油聚合物水基淬火介質(zhì)的性能
本產(chǎn)品為種高分子類油聚合物水基淬火介質(zhì)，無(wú)色至淡黃色透明粘稠液體，PH與自來(lái)水相同。使用時(shí)無(wú)毒，不燃燒，無(wú)煙霧，無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)，無(wú)污染，不老化，使用壽命長(zhǎng)等點(diǎn)，使用時(shí)只需補(bǔ)充原液，無(wú)需整槽更換。
3.2、使用范圍
適用于厚大件高鉻鑄鐵（Cr15 Cr20 Cr26 Cr28等各號(hào)高鉻鑄鐵），冷、熱雙金屬?gòu)?fù)合高鉻鑄鐵錘頭，反擊破中大型板錘，立磨上用高鉻鑄鐵輥套等各種高鉻鑄鐵工件；高鉻鋼，高、中、低鉻合金鑄鐵，高、中、低合金鋼，高速鋼、合金工具鋼、模具鋼，合金球鐵，高鉻鋼球的淬火。
原液與自來(lái)水的配比比例為1:6~1:15之間，本淬火介質(zhì)無(wú)逆溶性，工件淬火后得到的硬度不受此淬火介質(zhì)水溶液溫度的影響，在工件淬火前不需要把淬火液預(yù)熱可直接淬火。
淬高鉻鋼球，原液與自來(lái)水配比為1:8~1:15即可。在淬厚大件高鉻鑄鐵工件時(shí)，工件重量與淬火劑所配制的水溶液重量之比冬季1:1.5~1:2.5之間，夏季1:1.5~1:3之間。1噸A型系列母液與自來(lái)水混合配制成水溶液，可次性淬入高鉻鑄鐵件重量為2.5~5噸之間。
淬厚大件高鉻鑄鐵件適宜的ZFQ-A型淬火介質(zhì)的濃度：原液與水配比1:6，其 大冷卻速度，15℃/s~20℃/s之間， 大冷卻速度所在的溫度在780℃~830℃之間，在300℃的冷卻速度小于6.5℃/s，在300℃到200℃馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域內(nèi)所用時(shí)間大于20秒(s)，（采用冷卻介質(zhì)測(cè)定儀測(cè)定，測(cè)定溶液溫度30℃。）。
本產(chǎn)品適用性廣，淬透性強(qiáng)，硬度高，并且均勻，不淬裂，使用量少，可減少貴金屬的加入量，降低原材料的生產(chǎn)成本。
因此，ZFQ-A型淬火介質(zhì)淬火比采用風(fēng)冷加霧冷淬火的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，使用可靠，產(chǎn)品質(zhì)量高，在鑄件化學(xué)成分配置合理，熱處理工藝參數(shù)正確的情況下，可以使沖擊值提高，碳化物呈彌散分布且使用中不易剝落，甚至使高鉻鑄鐵工件的耐磨性提高30%-50%或更高。別是淬厚大件高鉻鑄鐵有其優(yōu)勢(shì)，不淬裂，淬透性強(qiáng)，硬度高且均勻。
3.3、ZFQ-A型淬火介質(zhì)與油、水、風(fēng)冷+霧冷的冷卻性對(duì)比見(jiàn)表3（類油聚合物水基淬火介質(zhì)代替淬火油的理論依據(jù)）
由表3可見(jiàn)，ZFQ-A型淬火介質(zhì)在300℃時(shí)的冷卻速度在6.4℃/s至13℃/s，正好處于普通淬火油6.5℃/s和快速淬火油16.4℃/s之間。而它們的 大冷速在17.1℃/s至19.8℃/s。都小于普通淬火的83.5℃/s和快速淬火油的114.3℃/s。這些數(shù)據(jù)充分顯示了它們的類油性！
這就提供了類油聚合物介質(zhì)代替淬火油的可能性！在類油聚合物淬火介質(zhì)的研究上，我們正接近際水平！
表3、ZFQ-A型淬火介質(zhì)和油、水、風(fēng)冷+霧冷的冷卻性
|
不同與水配比 ZFQ-A 型淬火介質(zhì)和油、水、風(fēng)冷+霧冷的冷卻性對(duì)比 |
|||||||||||
|
淬火介質(zhì) |
介質(zhì)溫度（℃） |
性溫度 ①（℃） |
性時(shí)間 （S） |
大冷速 所在溫度 （℃） |
大冷速 （℃/S） |
300℃時(shí) 冷速（℃ /S） |
到 600℃ 時(shí)間（S） |
到 400℃ 時(shí)間（S） |
到 300℃ 時(shí)間（S） |
到 200℃ 時(shí)間（S） |
|
|
水 |
|
30 |
688 |
1.62 |
545 |
203 |
111.5 |
2.1 |
3.2 |
3.9 |
5.1 |
|
快速淬火油 |
|
30 |
733 |
4.2 |
626 |
114.3 |
16.4 |
5.5 |
8 |
11.4 |
27.3 |
|
普通淬火油 |
|
|
|
|
545 |
83.5 |
6.5 |
|
|
|
|
|
風(fēng)冷 |
|
25 |
850 |
0.12 |
836 |
9.1 |
2.2 |
35 |
81.5 |
119.7 |
|
|
ZFQ-A 型水 基淬火介質(zhì) |
1:6 |
31 |
844 |
0.38 |
828 |
19.3 |
6.4 |
15.1 |
32.5 |
46.1 |
66.4 |
|
1:7 |
32 |
840 |
1.42 |
797 |
17.1 |
9.3 |
17.3 |
35.2 |
47.2 |
66.2 |
|
|
1:8 |
32 |
843 |
0.74 |
807 |
19.3 |
8.9 |
14.7 |
30.2 |
40.8 |
57.2 |
|
|
1:9 |
33 |
837 |
1.33 |
800 |
17.4 |
9.0 |
16.4 |
33.2 |
43.6 |
59.5 |
|
|
1:10 |
33 |
839 |
1.05 |
794 |
17.1 |
10.7 |
16.5 |
33.8 |
45.1 |
59.2 |
|
|
1:11 |
34 |
848 |
0.07 |
827 |
18.7 |
10.9 |
15.3 |
31.7 |
42.3 |
54.3 |
|
|
1:12 |
33 |
839 |
1.01 |
794 |
17.4 |
10.5 |
16.2 |
33.1 |
43.2 |
56.0 |
|
|
1:13 |
33 |
847 |
0.07 |
828 |
18.3 |
11.5 |
15.4 |
32.8 |
42.9 |
56.1 |
|
|
1:14 |
36 |
846 |
0.38 |
812 |
19.8 |
12.5 |
14.2 |
29.5 |
37.8 |
47.5 |
|
|
1:15 |
34 |
840 |
0.80 |
795 |
17.4 |
11.5 |
16.2 |
33.2 |
42.6 |
53.8 |
|
|
1:26 |
34 |
839 |
1.04 |
787 |
17.2 |
13.0 |
16.4 |
33.1 |
42.0 |
51.9 |
|
注：性溫度是指穩(wěn)定的蒸汽膜發(fā)生破裂的溫度，也是沸騰冷卻階段開始的溫度。
淬厚大件高鉻鑄鐵件輥套適宜的ZFQ-A水基淬火介質(zhì)的濃度：與水配比1:6-1:7之間，其 大冷卻速度為15℃/s~20℃/s， 大冷速度所在的溫度在770℃~820℃之間，在300℃的冷卻速度小于7℃/s，在300℃-200℃馬氏體轉(zhuǎn)變溫度所用的時(shí)間大于20秒(s（)采用冷卻介質(zhì)測(cè)定儀測(cè)定，測(cè)定溶液溫度30℃ISO9950標(biāo)準(zhǔn)）。
5.1本公司對(duì)ZFQ-A型高分子類油聚合物水基淬火介質(zhì)的冷卻性進(jìn)行了長(zhǎng)期深入研究。對(duì)十種配比的淬火介質(zhì)和清水、快速淬火油、普通淬火油以及風(fēng)冷的冷卻性進(jìn)行了測(cè)定（ISO9950）,工作量十分龐大。測(cè)定結(jié)果表明：ZFQ-A型系列水基淬火介質(zhì)在300℃時(shí)的冷速在6.4℃/s~13℃/s，正好處于普通淬火油6.5℃/s和快速淬火油16.4℃/s。而它們的 大冷速在17.1℃/s~19.8℃/s，都小于普通淬火油的83.5℃/s和快速淬火油的114.3℃/s。這些數(shù)據(jù)都充分顯示了它們的類油性。這就提供了類油聚合物水基淬火介質(zhì)代替淬火油的可能性！而多年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐也證明類油聚合物淬火介質(zhì)代替淬火油是完成功的，已獲得了用戶的廣泛認(rèn)可。
5.2、ZFQ-A型類油聚合物水基淬火介質(zhì)成功地應(yīng)用于高鉻耐磨鑄件的熱處理，比過(guò)去的空冷工和油淬工藝質(zhì)量更可靠，而且沒(méi)有任何污染。
5.3、金潤(rùn)寶科技公司在聚合物水溶液淬火介質(zhì)和類油聚合物水溶液淬火介質(zhì)方面的開創(chuàng)性研究及其生產(chǎn)應(yīng)用為當(dāng)前“堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)”，在熱處理行業(yè)代替污染嚴(yán)重的淬火油提供了技術(shù)及產(chǎn)品支持。
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