超細(xì)粉碎和超細(xì)顆粒的制備技術(shù)是制取超細(xì)粉體材料的主要技術(shù)手段。應(yīng)用在粉體加工領(lǐng)域的微粉碎設(shè)備系統(tǒng)的主要粉碎機(jī)理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有以下幾種形式：輥磨類(lèi)微粉碎系統(tǒng)；反擊式、錘式微粉碎機(jī)系統(tǒng)；球磨類(lèi)微粉碎系統(tǒng)。目前，向超細(xì)粉碎設(shè)備提供原料的加工設(shè)備以輥磨設(shè)備居多，主要有懸輥式盤(pán)磨機(jī)（雷蒙磨）、輥式磨（立式磨）、輥壓磨和各種輥磨的變異設(shè)備等。由于雷蒙磨本身的一些結(jié)構(gòu)特性和使用特點(diǎn)以及比較可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)率，適用于重晶石、方解石、鉀長(zhǎng)石、滑石、大理石、石灰石、陶瓷、玻璃等莫氏硬度不大于7級(jí)，濕度在6%以下的多種物料的制粉加工，成品粒度在100目- 425目范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。目前雷蒙磨已在國(guó)內(nèi)外的礦業(yè)、化工、建材和冶金等非金屬礦產(chǎn)品加工上得到了廣泛應(yīng)用。
    雷蒙磨制粉的原理如下：物料經(jīng)粉碎到所需粒度后，由提升機(jī)將物料送至儲(chǔ)料斗，再經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)將料均勻連續(xù)的送人雷蒙磨主機(jī)磨室內(nèi)，由于旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用，磨輥向外擺動(dòng)，緊壓于磨環(huán)，鏟刀鏟起物料送到磨輥與磨環(huán)之間，因磨輥的滾動(dòng)而達(dá)到粉碎目的。物料研磨后的細(xì)粉隨鼓風(fēng)機(jī)的循環(huán)風(fēng)被帶入分析機(jī)進(jìn)行分選，細(xì)度過(guò)粗的物料落回重磨，合格細(xì)粉則隨氣流進(jìn)入成品旋風(fēng)集粉器，經(jīng)出粉管排出，即為成品。在雷蒙磨磨室內(nèi)因被磨物料中有一定的水分，研磨時(shí)生熱，水氣蒸發(fā)，以及整機(jī)各管道接口不嚴(yán)密，外界氣體被吸入，使循環(huán)氣壓增高，保證磨機(jī)在負(fù)壓狀態(tài)下工作，所增加的氣流量通過(guò)余風(fēng)管排入除塵器，被凈化后排人大氣。磨輥和磨環(huán)是雷蒙磨設(shè)備上的主要消耗備件，我廠長(zhǎng)期以來(lái)使用高錳鋼制造，存在使用壽命短、備件更換頻繁、備件消耗量大，以及制粉成本高等不足。高錳鋼是一種強(qiáng)韌性良好，并有優(yōu)良形變硬化能力的鋼種，在三向擠壓狀態(tài)下高錳鋼的加工硬化非常明顯，表面硬度可達(dá)910 Hv。但用于雷蒙磨磨輥、磨環(huán)，因沖擊不足，加工硬化效果差，400 Hv以上的硬化層深度不足0.3 mm，距表面1.8 mm處的硬度為255Hv，接近高錳鋼磨輥、磨環(huán)的原始硬度240 Hvo因此，高錳鋼用于制造雷蒙磨磨輥、磨環(huán)是不合適的。研究成本低廉、工藝簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良的雷蒙磨磨輥、磨環(huán)材料具有極其重要的意義。
1、高硼耐磨鑄鋼基礎(chǔ)研究
1.1  高硼耐磨鑄鋼特點(diǎn)
    硼元素在地殼中的含量約占3×10 -4%，接近鎢、鉬的含量，是我國(guó)富有的元素，價(jià)格低而且穩(wěn)定。隨著鉻、鉬、鎳、鎢、釩等合金元素在鋼鐵材料中使用量的不斷增加，價(jià)格飛速上漲，供應(yīng)日趨緊張，導(dǎo)致普通鋼鐵耐磨合金生產(chǎn)成本不斷攀升。硼在- Fe中的溶解度小于0.000 4%，在7- Fe中的最大溶解度也只有0.02%[3]，加入鐵中的硼大部分將會(huì)形成硼化物。碳在鐵中的固溶度比硼高得多，在a-Fe中僅為0.021 8%，而在1- Fe中高達(dá)2.11%，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)鑄鋼中硼含量和碳含量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硼化物體枳百分?jǐn)?shù)及基體含碳量的控制，使高硼鑄鋼具有優(yōu)異的耐磨性和強(qiáng)韌性。
    目前，在鋼鐵耐磨材料中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的耐磨硬質(zhì)相主要有碳化物和硼化物兩大類(lèi)。以碳化物為耐磨硬質(zhì)相的鋼鐵耐磨材料研究較多，而以硼化物為耐磨硬質(zhì)相的鋼鐵耐磨材料研究較少，究其原因是以往的研究結(jié)果表明，在鋼鐵材料中如果硼含量超過(guò)0. 01%，將會(huì)在晶界上形成脆性硼化物，使材料韌性顯著降低H．列。大量研究發(fā)現(xiàn)，硼是應(yīng)用非常廣泛的一種元素，加入合金鋼中，硼能顯著提高鋼的淬透性。微量硼對(duì)耐熱鋼有提高高溫強(qiáng)度和蠕變性能的作用，加入不銹鋼和耐熱鋼中可以改善熱加工性能。在白口鑄鐵中加入微量硼還可以細(xì)化共晶碳化物，改善碳化物的形態(tài)和分布，提高白口鑄鐵力學(xué)性能。從降低成本和提高耐磨性的角度出發(fā)，對(duì)高鉻鑄鐵進(jìn)行加硼的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的硼和采取合適的熱處理工藝，可以使高鉻鑄鐵的碳化物細(xì)化，基體淬透性增加，并使高鉻鑄鐵的硬度和韌性同時(shí)得到提高，從而增加了材料的耐磨性。在工程應(yīng)用中已經(jīng)證實(shí)，硼加入結(jié)構(gòu)鋼中可以代替和節(jié)省一部分稀貴元素，如鎳、鉻、錳、鉬等合金元素，在汽車(chē)工業(yè)中用硼鋼代替40Cr鋼，其使用壽命不低于鉻鋼。另外，利用硼具有優(yōu)越的屏蔽熱中子和抑制俘獲射線(xiàn)的核特性，而且鐵本身又是輻射屏蔽中常用的材料，因此，研究既有優(yōu)良核特性又有足夠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的高硼鋼，始終是人們追求的目標(biāo)。高硼鋼中的硼含量從0. 12%到4.0%，采用真空熔煉、電磁攪拌等先進(jìn)工藝，準(zhǔn)確控制成分，穩(wěn)定硼的回收率，使硼均勻分布于鋼中，可以穩(wěn)定鋼的性能。
    受上述研究工作啟發(fā)，我們開(kāi)發(fā)的高硼鑄鋼主要以高韌性的馬氏體為基體，在基體上分布有硬度高、熱穩(wěn)定性好的硼化物，可以確保高硼鑄鋼具有優(yōu)異強(qiáng)韌性的前提下，還具有高的硬度和優(yōu)良的耐磨性，可以克服目前廣泛應(yīng)用的以碳化物為主要耐磨硬質(zhì)相的鐵基耐磨合金（如高鉻鑄鐵、鎳硬鑄鐵等）脆性大，使用中易斷裂和剝落的不足，也可以克服無(wú)耐磨硬質(zhì)相的鐵基合金（如高錳鋼、低碳合金鋼）硬度低、淬透性與耐磨性差的不足，在雷蒙磨磨輥、磨。環(huán)上發(fā)揮其優(yōu)異的耐磨性能，延長(zhǎng)其使用壽命。
1.2高硼耐磨鑄鋼的成分
    高硼耐磨鑄鋼成分見(jiàn)表1。其中碳含量控制在0.4%以下，主要是為了在淬火處理后獲得強(qiáng)度高、韌性好的板條馬氏體基體。碳含量過(guò)高，淬火組織組織中易出現(xiàn)脆性大的高碳馬氏體，降低高硼鑄鋼的強(qiáng)韌性。硼是高硼鑄鋼中的主要合金元素，加入硼主要是為了獲得一定數(shù)量的高硬度硼化物，改善鑄鋼耐磨性。部分硼溶予基體，可以改善基體的淬透性和淬硬性，最終可改善高硼鑄鋼的耐磨性。另外還加入適量的鉻和錳主要是為了強(qiáng)化基體，改善高硼鑄鋼淬透性。
1.3  高硼耐磨鑄鋼顯微組織和力學(xué)性能
    高硼鑄鋼的鑄態(tài)組織見(jiàn)圖1，由初生奧氏體和共晶組織組成。在普通低碳鋼中如果不加硼或者硼微量加入，其鑄態(tài)織將由大量鐵素體和少量珠光體組成。盡管高硼鑄鋼的碳含量在中、低碳鋼范圍內(nèi)，在普通鑄造條件下卻獲得了大量的共晶組織。由Fe -B合金二元相圖可知，高硼鑄鋼的凝固過(guò)程不同于普通低碳鋼，由于高硼鑄鋼中硼含量高，其凝固過(guò)程是首先析出初晶'，由于Cr、Mn、B等元素在r相的分配系數(shù)小于I，因此隨后^r -邊向液相中排出Cr、Mn、B等元素，一邊長(zhǎng)大。當(dāng)B含量接近3.8%左右時(shí)，在和r初晶相接的富集Cr、Mn、B的殘留液相中發(fā)生_y+硼化物的共晶反應(yīng)。X射線(xiàn)衍射分析表明，高硼鑄鋼的共晶硼化物是Fe2(B，C)�；�體組織是鐵素體和珠光體，它們是由初生奧氏體和共晶奧氏體在凝固冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變而成。高硼鑄鋼中的Fez(B，C)具有高硬度和良好的熱穩(wěn)定性，測(cè)試其顯微硬度達(dá)到l 400 Hv～1 520 Hv。另外，F(xiàn)e2(B，C)硼化物沿晶界呈網(wǎng)狀分布。
    淬火溫度對(duì)高硼鑄鋼顯微組織的影響見(jiàn)圖2。淬火溫度低于950℃時(shí)，高硼鑄鋼高溫奧氏體中溶解的硼、鉻等元素少以及碳、錳、鉻等元素在奧氏體中分布的均勻性較差，奧氏體的整體淬透性低，淬火組織中存在部分珠光體和少量鐵索體，見(jiàn)圖2a，珠光體和鐵素體的存在，導(dǎo)致高硼鑄鋼硬度較低，見(jiàn)圖3。隨著淬火溫度升高，高溫奧氏體中溶解的硼、鉻、錳量增加，同時(shí)碳、錳、鉻等元素在奧氏體中分布的均勻性也增加，奧氏體淬透性不斷提高，淬火組織中鐵素體消失，珠光體減少，見(jiàn)圖2b，且硬度提高。淬火溫度1 000℃時(shí)，珠光體已完全消失，淬火組織已完全轉(zhuǎn)變成了高硬度的馬氏體組織，見(jiàn)圖2c、2d。圖4的X射線(xiàn)衍射分析表明，硼化物穩(wěn)定性好，高溫下不分解，仍為Fe2(B，C)。另外，隨著淬火溫度的升高，硼化物由連續(xù)網(wǎng)狀向孤立狀分布轉(zhuǎn)變，有利于高硼鑄鋼韌性的提高，見(jiàn)圖3。
2、高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥磨環(huán)的制造和應(yīng)用
2.1  高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥磨環(huán)的制造
    高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥磨環(huán)采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，爐料為生鐵、廢鋼、硼鐵（含19 %B）、硅鐵(含75%Si)、錳鐵（含78%Mn）和鉻鐵(含62%Cr)。待鋼水過(guò)熱至1 600℃～1650℃時(shí)，經(jīng)造渣、扒渣、硅鈣合金預(yù)脫氧和鋁終脫氧后，加入硼鐵合金。澆包內(nèi)加入0.2%稀土硅鐵。采用水玻璃石英砂造型，表面烘干，依照理論和實(shí)踐數(shù)據(jù)，確定鑄件收縮率1.85%。鋼水澆注溫度l 450℃~1 500℃，澆注時(shí)先小流，中間要快，后期慢澆使鑄件充分補(bǔ)縮，并點(diǎn)冒口1～2次。磨輥、磨環(huán)采用臺(tái)車(chē)電爐加熱，水玻璃溶液冷卻，加熱溫度1 020℃～1 050℃，保溫4h。在井式爐內(nèi)回火6h～8 h，回火溫度控制在230℃～280℃。
2.2  高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥磨環(huán)的檢測(cè)及工業(yè)應(yīng)用
    采用MITECH - H1200型便攜式硬度在高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥、磨環(huán)上測(cè)試了硬度，硬度值大于55HRC，硬度均勻性好，硬度差小于2 HRC。在此基礎(chǔ)上，對(duì)磨輥、磨環(huán)進(jìn)行了磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋和尺寸大于1.5 mm的夾雜物。高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥、磨環(huán)已在我廠的四輥雷蒙磨粉機(jī)上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，用于將粒度20mm左右的膨潤(rùn)土和泡砂石，研磨成300目一350目的細(xì)粉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥、磨環(huán)使用安全、可靠，使用中無(wú)剝落、開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)，由于其硬度高，耐磨性好，使用壽命比高錳鋼磨輥、磨環(huán)提高120%—160%。另外，高硼鑄鋼中硼是主要合金元素，硼鐵價(jià)格僅為16 500元／t，且不含價(jià)格昂貴的鉬、鎳等合金元素，因此高硼鑄鋼雷蒙磨磨輥、磨環(huán)成本低，推廣使用具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
3、結(jié)論
    1)B含量為0.5%～3．O%和C含量<0.4%的高硼鑄鋼的凝固組織由硬度高達(dá)1400 Hv一1520 Hv的Fe2(B，C)、珠光體和鐵索體組成，且硼化物沿晶界呈網(wǎng)狀分布。
    2)高硼鑄鋼在高溫加熱過(guò)程中出現(xiàn)了硼化物溶解現(xiàn)象，而且加熱溫度越高，硼化物溶解越明顯。隨著硼化物的溶解，硼化物形態(tài)也發(fā)生了明顯變化，由連續(xù)網(wǎng)狀向斷網(wǎng)狀和孤立狀轉(zhuǎn)變，隨著加熱溫度升高，硬度明顯提高，且韌性也略有提高。
    3)高硼鑄鋼用于制造雷蒙磨磨輥、磨環(huán)，工藝簡(jiǎn)便、成本低廉，硬度分布均勻，用于研磨膨潤(rùn)土和泡砂石，使用壽命比高錳鋼磨輥、磨環(huán)提高120%～160%。