CN109262203B - 一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，以S2‑Alloy Tool Steel合金工具钢为原料，经球坯成型、光球、热处理、粗磨加工、精研加工、抛光得到，热处理为先升温至750～760℃预热10‑20分钟，然后淬火，淬火温度为830～840℃并保温70～80分钟后出炉水冷淬火，然后进行回火，回火的温度为180～220℃，保温100～120分钟后出炉空冷至常温。本发明采用830~840℃淬火，回火温度为200℃，可以充分保障高性能耐冲击工具用钢钢球的硬度、金相组织各项技术指标，硬度达到HRC58‑62，并且有效消除了钢球淬火易开裂的缺陷，避免钢球报废，降低了成本，提高了生产效率，采用的硬磨液提高了硬磨效率和钢球质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，属于研磨机械技术领域。
背景技术
随着国内外矿山、建筑、冶金、化工、陶瓷、能源、电厂和水泥等行业的发展，市场对各类研磨材料的需求量日益加大，钢球作为一种优良的研磨材料广泛应用于以上诸行业的粉体制备与超细粉深加工。
钢球在运转过程中，工作条件十分复杂，当运动件高速 转时，钢球与其支撑装置之间主要是以点或线相接触，承受着集中的周期性的交变载荷，其应力变化可由零到最大，再由最大到零，接触面积越小，承受的应力就越大。同时钢球还要承受由于离心力引起的负荷和与其支撑装置之间产生的弹性变形。除此之外，钢球在工作过程还受到润滑油等其他杂质的腐蚀， 因此对耐磨钢球的综合性能有着较高的要求。
现有技术中，钢球通常采用碳素钢球，其耐磨性不能满足研磨要求，为了提高耐磨性，采用高合金钢球。
合金钢钢球通常为高Si高Cr合金钢的钢球，其耐磨、耐冲击性能均优于碳素钢钢球，使用寿命一般都在10-13周(碳素钢钢球耐磨性能差，使用寿命仅5周左右)，但由于Si和Cr的用量较大，材料成本较高，同时，由于Si的含量高，其冶炼工艺性能差，在浇铸过程中很难控制，经常会发生水口失控的情况，不仅影响浇铸的速度，而且导致钢水纯净度差，钢坯会出现裂纹、夹杂及严重的缩孔、疏松等缺陷。
由于S2钢具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而用该材料制作的钢球具有较高的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性－脆性转变温度。该材料适合低噪声产品的减振降噪设计或噪声治理，能起到抑制共振峰值降低轻型构件的表面振动和二次激发噪声，提高隔声、减振效果等作用。
对于大断面钢球在淬火过程中极易产生淬火和回火裂纹，一旦产生这种缺陷，钢球必须报废，因而会大幅度地增加成本，降低生产效率，因此，还由于对比钢中(对比钢1)Si含量较高，大大提高了材料的屈强比，降低了材料的塑性，因此钢球在淬火过程中更容易开裂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，以S2- Alloy Tool Steel合金工具钢为原料，经球坯成型、光球、热处理、粗磨加工、精研加工、抛光得到，包括步骤如下：
1）将S2- Alloy Tool Steel合金工具钢线材盘圆装入料架，与具有自动校直系统的冷镦轧机对接，校直后的钢棒线材在冷镦轧机中经送料、剪切、冲压成型, 得到毛坯；
2）将冲压加工的钢球毛坯，进行去除毛刺进行光球处理；
3）将步骤2）得到的光球进行热处理，先升温至750～760℃预热10-20分钟，然后淬火，淬火温度为830～840℃并保温70～80分钟后出炉水冷淬火，然后进行回火，回火的温度为180～220℃，保温100～120分钟后出炉空冷至常温；
4）热处理后的球坯进行硬磨处理，
5）粗磨加工后进行精研加工、抛光得到耐冲击合金工具钢钢球。
根据本发明优选的，步骤3）中，淬火温度为835℃，保温时间为70分钟。本发明的热处理采用比传统热处理降低淬火温度，有效消除了钢球淬火易开裂的弊端。
根据本发明优选的，步骤3）中，回火的温度为200℃，保温时间为100分钟。
根据本发明优选的，步骤4）所述硬磨处理为用钢球硬磨机，采用自动修整高硬砂轮进行磨削整型，去除钢球淬火后产生的氧化皮粗糙表面，硬磨使用的硬磨液为水剂硬磨循环液。
进一步优选的，所述的硬磨液包括氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠和水，氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠与水的重量比为：（1-3）：（3-6）：（1.5-4.5）：（0.5-3）：（90-93）。
最为优选的，氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠与水的重量比为：1.5：4:2.5:1:91。
根据本发明优选的，步骤4）中精研加工在立式研球机上加工，采用铬钼铜合金精研研磨板，加工速度10-20r/min，压力1-3KN。
根据本发明优选的，步骤4）中，精研时间 8～10小时，精研要求球直径变动量小于0.25μm，批直径变动量小于0.5μm。
本发明的优点如下：
1、本发明对高性能耐冲击工具用钢S2钢球的热处理工艺进行反复的试验，意外发现比传统热处理降低淬火温度，传统为1100-1300℃，而本发明采用830~840℃淬火，回火温度为200℃，可以充分保障高性能耐冲击工具用钢钢球的硬度、金相组织各项技术指标，硬度达到HRC58-62，并且有效消除了钢球淬火易开裂的缺陷，避免钢球报废，降低了成本，提高了生产效率。
2、本发明硬磨采用的硬磨液有效降低了生产成本，提高了硬磨效率和钢球质量，提高了钢球的磨削速度20%以上，缩短了研磨时间1/3，降低了设备电耗10%。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施所用设备均为常规现有设备。
实施例中使用的原料，市售产品。
S2- Alloy Tool Steel合金工具钢现有市售产品，美国牌号，化学元素含量:
C: 0.65-0.70%
Si: 1.00-1.25%
Mn: 0.45-0.60%
P: 0.025% Max
S: 0.025% Max
Cr: 0.10-0.30%
Mo: 0.40-0.50%
V: 0.15-0.25%。
实施例1
一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，以S2- Alloy Tool Steel合金工具钢为原料，经球坯成型、光球、热处理、粗磨加工、精研加工、抛光得到，包括步骤如下：
1）将S2- Alloy Tool Steel合金工具钢线材盘圆装入料架，与具有自动校直系统的冷镦轧机对接，校直后的钢棒线材在冷镦轧机中经送料、剪切、冲压成型, 得到毛坯；
2）将冲压加工的钢球毛坯，进行去除毛刺进行光球处理；
3）将步骤2）得到的光球进行热处理，先升温至750℃预热20分钟，然后淬火，淬火温度为835℃并保温70分钟后出炉水冷淬火，然后进行回火，回火的温度为200℃，保温100分钟后出炉空冷至常温；
4）热处理后的球坯进行硬磨处理，硬磨处理为用钢球硬磨机，采用自动修整高硬砂轮进行磨削整型，去除钢球淬火后产生的氧化皮粗糙表面，硬磨使用的硬磨液为水剂硬磨循环液，硬磨液包括氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠和水，氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠与水的重量比为：1.5：4:2.5:1:91。
5）粗磨加工后在立式研球机上精研加工，精研加工采用铬钼铜合金精研研磨板，加工速度10r/min，压力1KN，精研时间10小时，精研要求球直径变动量小于0.25μm，批直径变动量小于0.5μm。
实施例2
一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，以S2- Alloy Tool Steel合金工具钢为原料，经球坯成型、光球、热处理、粗磨加工、精研加工、抛光得到，包括步骤如下：
1）将S2- Alloy Tool Steel合金工具钢线材盘圆装入料架，与具有自动校直系统的冷镦轧机对接，校直后的钢棒线材在冷镦轧机中经送料、剪切、冲压成型, 得到毛坯；
2）将冲压加工的钢球毛坯，进行去除毛刺进行光球处理；
3）将步骤2）得到的光球进行热处理，先升温至760℃预热10分钟，然后淬火，淬火温度为830℃并保温80分钟后出炉水冷淬火，然后进行回火，回火的温度为210℃，保温110分钟后出炉空冷至常温；
4）热处理后的球坯进行硬磨处理，硬磨处理为用钢球硬磨机，采用自动修整高硬砂轮进行磨削整型，去除钢球淬火后产生的氧化皮粗糙表面，硬磨使用的硬磨液为水剂硬磨循环液，硬磨液包括氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠和水，氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠与水的重量比为：1：3:1.5:1:92。
5）粗磨加工后在立式研球机上精研加工，精研加工采用铬钼铜合金精研研磨板，加工速度20r/min，压力3KN，精研时间10小时，精研要求球直径变动量小于0.25μm，批直径变动量小于0.5μm。
对比例1
一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，同实施例1，不同之处在于：
步骤3）的热处理按传统淬火温度和回火温度进行处理，具体如下：
得到的光球进行热处理，先升温至850℃预热10分钟，然后淬火，淬火温度为1150℃并保温80分钟后出炉水冷淬火，然后进行回火，回火的温度为235℃，保温110分钟后出炉空冷至常温。
其他步骤按实施例1处理。
对比例2一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，同实施例1，不同之处在于：
步骤4）所述的硬磨液，其各组分的重量百分比为：三乙油酸皂2-5%、三乙醇胺10-20%、二甘醇5-10%、甘油1-3%、净洗剂10-20%、磷酸三钠3-5%、纯碱3-5%、消泡剂5-10%和水余量。
其他步骤按实施例1处理。
实验例：
将实施例1-2及对比例1-2处理方法得到的钢球进行质量测试，并测试硬磨过程中消耗时间，质量测试方法为，将钢球在相同工作条件下使用5周后，观察钢球表面情况，结果见下表1。
表1钢球质量及硬磨消耗时间
| 项目 | 使用5周后钢球质量 | 硬磨消耗时间 |
| 实施例1 | 钢球表面光滑，无凹坑，无细小裂纹 | 20min |
| 实施例2 | 钢球表面光滑，无凹坑，无细小裂纹 | 20min |
| 对比例1 | 钢球表面有凹坑，并产生裂纹 | 25min |
| 对比例2 | 钢球表面光滑，无凹坑，无细小裂纹 | 40min |
Claims (8)
1.一种耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，以S2- Alloy Tool Steel合金工具钢为原料，经球坯成型、光球、热处理、粗磨加工、精研加工、抛光得到，包括步骤如下：
1）将S2- Alloy Tool Steel合金工具钢线材盘圆装入料架，与具有自动校直系统的冷镦轧机对接，校直后的钢棒线材在冷镦轧机中经送料、剪切、冲压成型, 得到毛坯；
2）将冲压加工的钢球毛坯，进行去除毛刺进行光球处理；
3）将步骤2）得到的光球进行热处理，先升温至750～760℃预热10-20分钟，然后淬火，淬火温度为830～840℃并保温70～80分钟后出炉水冷淬火，然后进行回火，回火的温度为180～220℃，保温100～120分钟后出炉空冷至常温；
4）热处理后的球坯进行粗磨加工，
5）粗磨加工后进行精研加工、抛光得到耐冲击合金工具钢钢球。
2.根据权利要求1所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，步骤3）中，淬火温度为835℃，保温时间为70分钟。
3.根据权利要求1所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，步骤3）中，回火的温度为200℃，保温时间为100分钟。
4.根据权利要求1所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，步骤4）所述粗磨加工为用钢球硬磨机，采用自动修整高硬砂轮进行磨削整型，去除钢球淬火后产生的氧化皮粗糙表面，硬磨使用的硬磨液为水剂硬磨循环液。
5.根据权利要求4所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，所述的硬磨液包括氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠和水，氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠与水的重量比为：（1-3）：（3-6）：（1.5-4.5）：（0.5-3）：（90-93）。
6.根据权利要求5所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，氢氧化钾、松香、油酸、亚硝酸钠与水的重量比为：1.5：4:2.5:1:91。
7.根据权利要求1所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，步骤5）中精研加工在立式研球机上加工，采用铬钼铜合金精研研磨板，加工速度10-20r/min，压力1-3KN。
8.根据权利要求1所述的耐冲击合金工具钢钢球的制备方法，其特征在于，步骤5）中，精研时间 8～10小时，精研要求球直径变动量小于0.25μm，批直径变动量小于0.5μm。
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