球磨機的鋼球是最常用的研磨介質(zhì)，同時也是磨損消耗最嚴重的零件，鋼球的的巨額消耗給選礦廠帶來了不可估量的經(jīng)濟損失，因此，提高球磨機鋼球的耐磨性，延長使用壽命具有重要的經(jīng)濟意義。本文以軋制鋼球作為研究對象，對鋼球的磨損機理進行了研究探索。

一、試驗材料與方法

試驗中球磨機的材料采用的軋制鋼球，鋼球后續(xù)熱處理工藝為淬火并輔以低溫回火，編號分別為1號～3號。同樣的試樣通過調(diào)整淬火+回火工藝后得到的試樣編號為Z1號～Z4號。磨損試樣是距鋼球表面17mm的矩形樣，所有磨損試樣按57mm×26.5mm×6mm尺寸取樣，試驗采用的設(shè)備為濕砂橡膠輪式磨損試驗機。磨損試驗條件為:細金剛砂和粗石英砂按1∶5比例的混合磨料，試驗載荷為68.6N，轉(zhuǎn)速為181r/min，試驗周次為20000次，磨制面均為近鋼球表面?zhèn)?。采用電子天平稱量磨損試驗的試樣磨損前后質(zhì)量差。用顯微鏡觀察鋼球的顯微組織，用TH320型洛氏硬度計測定鋼球硬度。

二、試驗結(jié)果

1、鋼球的磨損量分析

下圖所示為兩次工藝制得的鋼球磨損量，從圖中可看出，1號試樣的磨損量最大，2號次之，3 號最小。調(diào)整熱處理工藝后鋼球與之前相比，平均磨損量有所下降。從表面形貌發(fā)現(xiàn)，磨損后表面存在大量的短程顯微切削痕跡，表面以犁溝為主并伴有剝落的痕跡，說明磨粒具有較高的硬度。

2、鋼球的顯微組織分析

在硬度點對應(yīng)部位從表面至心部間隔6mm觀察每個鋼球顯微組織變化情況，試驗中發(fā)現(xiàn)軋制鋼球1～2號樣從表面到心部全部為馬氏體組織且晶粒粗大；3號樣表面存在少量的珠光體，這也是導致其表面硬度較其他3個試樣低的原因。鋼球內(nèi)均存在大量的沿晶裂紋，說明是鋼球在較高溫度下快速冷卻時組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力太大所形成的淬火裂紋。同時還發(fā)現(xiàn)1～3號試樣回火馬氏體組織不明顯，可能是回火溫度未達到或是回火時間不夠所致。

調(diào)整后的Z1～Z3號樣從表面到心部主要為回火馬氏體+微量貝氏體+微量殘留奧氏體，Z4號樣表面主要為回火馬氏體+微量殘留奧氏體，所有試樣中均存在微量殘留奧氏體，說明鋼球淬火后未回火或回火溫度低，時間短。Z4號樣表面存在的大量馬氏體組織是導致表面硬度較其他3個鋼球高的原因。

3、鋼球的力學性能分析

通過對鋼球的硬度分布得知，1號～3號鋼球的硬度較高，平均硬度在58～62HRC之間，其中1號試樣從表面到心部的硬度都較大，說明都為硬脆的馬氏體相，但1號試樣有硬度起伏，說明試樣內(nèi)部成分不均勻，有軟點出現(xiàn)，但本試驗中未在顯微組織圖中找到對應(yīng)的點，3號鋼球的表面硬度較低，這與鋼球球表層淬火不徹底，組織中含有硬度較低的珠光體有關(guān)。調(diào)整后的鋼球Z1～Z3號試樣的硬度值在52～56HRC之間，與之前的試樣相比略有降低。但Z4號的硬度為60HRC左右，這說明Z4號鋼球的回火不徹底，馬氏體沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織，以致鋼球的硬度還處于較高水平。

三、結(jié)論

1、軋制鋼球淬火+低溫回火后，表面到心部的硬度都較高，其顯微組織都為馬氏體且內(nèi)部存在大量的沿晶裂紋，這說明鋼球淬火冷卻速度較大，且同一批次的鋼球晶粒度大小不一，組織均勻性較差。調(diào)整后的鋼球硬度除Z4號外，其它與之前相比略有降低，組織由硬度較低的回火馬氏體+殘留奧氏體組成。

2、一般的抗磨粒磨損材料，基體組織多為馬氏體。低碳馬氏體具有較高的強度、硬度和適當?shù)乃苄院晚g性，相比于同硬度的其他組織，它的耐磨性更好。但如果要對抗高強度磨粒的磨損，它的硬度還不夠高，耐磨性還有待提高。

3、通過調(diào)整鋼球的熱處理工藝，鋼球的硬度減小，韌性增加，特別是鋼球的內(nèi)裂紋較之前較少也較小，所以鋼球的磨損量與之前相比稍有減小，這說明適當調(diào)整熱處理工藝減低鋼球硬度，提高基體組織的韌性，并控制冷卻速度使鋼球在淬火過程中不易淬裂，可有效提高鋼球的耐磨性。

通過以上對球磨機鋼球的磨損量、顯微組織、力學性能的研究分析，得出鋼球磨損量的影響因素，為減小球磨機鋼球磨損提供一定的參考。

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