复合金属型铸造铬系磨球早期失效机理的研究

摘要

磨球是广泛用于冶金选矿、水泥制造、建材制粉等企业工况的主要研磨体之一，尤其在磨粉选矿方面，它的消耗量占据众多消耗材料首位，就磨球方面我国每年消耗百万吨以上。在众多磨球品种及生产工艺中，采用复合金属型铸造工艺铸造的磨球占整个磨球市场近90％。但是在实际生产中，很多采用复合金属型铸造工艺生产的铬系白口铸铁磨球，在使用过程中发现磨球存在着早期失效的严重问题，严重影响磨机的研磨能力，影响企业经济效益，因此研究铬系白口铸铁磨球的早期失效机理具有深远的理论和实用价值。 深入企业调查研究、分析磨球的工况条件，提取失效磨球样品，通过对失效磨球样品的全面剖析研究以及针对该类磨球的落球试验分析研究，在国内首先提出，复合金属型铬系磨球研磨成梨形而造成早期失圆的原因，不是因为砂型部位不耐磨，也不是因为工艺原因造成砂型部位凹陷致使磨球偏磨失圆的，而是磨球在服役过程中金属型与砂型边界处有剥落现象产生造成的。本文以复合金属型低铬磨球为例，通过铸造数值模拟软件Flow-3D模拟研究了复合金属型铸造低铬磨球充型凝固特性和磨球缩松、缩孔的预测，并通过铸造数值模拟软件模拟了低铬磨球铸态下的残余应力分布情况，同时通过X 射线衍射仪，测定了低温时效后磨球试样上的应力分布状态。研究结果表明，磨球金属型部位先凝固，砂型部位后凝固，磨球内部组织致密、无缺陷，铸态下有大量的残余应力，低温时效后可以消除一定的铸造残余应力，但仍有大量残余应力存在。 通过落球试验对其剥落部位以及对磨球各部位的金相组织分析，探讨了磨球碰撞前后组织差异与磨球早期失效的关系，研究了磨球剥落失效成梨形的机理。研究结果表明，复合金属型铸造低铬磨球通过低温时效后金属型砂型交界处的残余应力仅有一定消除，但是仍存在着大量的残余应力，且该部位残余应力是拉应力状态，在此状态下受垂直于磨球球面的撞击力作用，极容易开裂，是造成其早期失效的主要原因；复合金属型低铬磨球金属型与砂型组织上的差异是造成其早期失效的原因之二。