2004年--采礦外文翻譯--礦石研磨操作中選擇的研磨介質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)、硬度、沖擊韌性和磨損行為的關(guān)系（譯文）

1、<p>　　中文3930字，3125單詞,17200英文字符</p><p>　　出處：Chenje T W, Simbi D J, Navara E. Relationship between microstructure, hardness, impact toughness and wear performance of selected grinding media for mineral or

2、e milling operations[J]. Materials & design, 2004, 25(1): 11-18.</p><p>　　礦石研磨操作中選擇的研磨介質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)、硬度、沖擊韌性和磨損行為的關(guān)系</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的研磨實(shí)驗(yàn)，研究了5種已選工業(yè)研磨球的微觀、

3、力學(xué)性能和磨損行為的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著碳含量的增加，研磨介質(zhì)的硬度和耐磨性得到了一定的升高，反映了從鋼中的全珠光體組織到在鑄鐵的珠光體中析出硬質(zhì)碳化物和殘余奧氏體的過(guò)渡。沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱處理后顯著改善了中鉻鑄鐵的沖擊韌性。這是由于連續(xù)網(wǎng)狀碳化物敏感性裂紋中斷，脫離含珠光體和殘余奧氏體的圍繞著硬質(zhì)的離散化合物。熱處理?xiàng)l件下的鉻鑄鐵球具有所需的組織-力學(xué)性能-磨損性能的組合。從經(jīng)濟(jì)因素和生產(chǎn)條件特別是在礦石研磨過(guò)程的角度上，支持非合金白

4、口鐵的使用。</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　上世紀(jì)下半葉礦業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，特別是大直徑磨球機(jī)的引進(jìn)通常是提高產(chǎn)品質(zhì)量和研磨劑效果的主要原因。大部分研究是針對(duì)現(xiàn)有的材料和高錳鋼的選定，由于它能夠抵抗嚴(yán)重磨損，如經(jīng)過(guò)大直徑磨球磨損等，高錳鋼成為許多早期實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)。具有原始硬度的鋼（約200BHN）對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說(shuō)很昂貴。在同一時(shí)間脫穎而出的高

5、鉻鑄鐵，仍然選擇水泥一類較軟的研磨介質(zhì)。它們的使用已經(jīng)發(fā)展到包括采礦業(yè)的內(nèi)襯材料的生產(chǎn)。</p><p>　　今天大多以馬氏體低合金鋼作為工業(yè)研磨介質(zhì)，可以選擇鍛造和鑄造的等級(jí)。這些鋼的主要優(yōu)點(diǎn)是它們對(duì)于大多數(shù)磨損條件的適應(yīng)性，和應(yīng)對(duì)磨損率容易接受的成本。由于平均耐磨性和沖擊韌性不足，全世界幾乎停止了用于現(xiàn)代化大直徑磨球的非合金白口鑄鐵的生產(chǎn)，但在包括津巴布韋的一些國(guó)家非合金白口鑄鐵仍然是最受歡迎的研磨介質(zhì)。&l

6、t;/p><p>　　目前市場(chǎng)上寬量程的磨球，很難達(dá)到用戶需要的成本低、性能高的要求。相同條件下，這些磨球的組合性能并不良好。因此，成本價(jià)格的使用優(yōu)于成本效益，研磨介質(zhì)的選擇標(biāo)準(zhǔn)普遍導(dǎo)致研磨劑的高成本。本次調(diào)查的目的是比較在相同的條件下，不同材料的相對(duì)性能。、</p><p>　　Table 1 Chemical composition of selected grinding media (

7、wt.%)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)方法</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)材料</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)使用的材料是五種類型的磨球，其名稱和化學(xué)成分列于表1。直徑為60mm磨球是在400kg感應(yīng)爐和砂型鑄造中生產(chǎn)的。對(duì)共析鋼，鑄造半鋼和中鉻鑄鐵的磨球進(jìn)一步進(jìn)行熱處理，分別加熱到750℃、850℃

8、、1050℃，保溫3h后空冷。</p><p><b>　　金相組織分析</b></p><p>　　從不同工藝下的實(shí)驗(yàn)鋼切下金相試樣，拋光后用3%的硝酸酒精溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察微觀結(jié)構(gòu)并拍下顯微照片，圖像分析儀測(cè)定鑄鋼和中鉻鑄鐵試樣和非合金鑄鐵中碳化物的體積分?jǐn)?shù)，。</p><p><b>　　沖擊實(shí)驗(yàn)</b>&

9、lt;/p><p>　　在表1描述的每種類型的磨球中隨機(jī)抽取三個(gè)球作為沖擊試驗(yàn)的試樣，磨球從6m的高度落在錳鋼砧上。記錄并計(jì)算出使每個(gè)試驗(yàn)?zāi)デ驍嗔阉柘侣涞拇螖?shù)。觀察和記錄鑄態(tài)和熱處理試樣的剝落和散裂程度。</p><p><b>　　硬度測(cè)試</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)デ虻挠捕扔谩癈”級(jí)羅克韋爾硬度儀進(jìn)行測(cè)量，將30kg和10kg作為主要

10、載荷和次要載荷。</p><p><b>　　磨損試驗(yàn)</b></p><p>　　評(píng)估研磨介質(zhì)磨損行為的磨損試驗(yàn)在一批0.45m×0.45m的磨球上進(jìn)行。分別使用21kg和30kg的磨球。每個(gè)實(shí)驗(yàn)球被長(zhǎng)25mm寬3mm的不同取向的淺槽標(biāo)記（用于識(shí)別）。邦德功指數(shù)（BWI）為14.4kWh/t的花崗巖砂礫（津巴布韋礦石的典型特征）作為爐料。在初次實(shí)驗(yàn)時(shí)，以獲

11、得接近300mm的調(diào)和平均尺寸（HMS）的產(chǎn)品的時(shí)間作為磨損時(shí)間。例如磨損時(shí)間分別是3h、4h和5h時(shí)，給出的HMS值分別是810mm、360mm和280mm。相應(yīng)的，隨后的試驗(yàn)有5h的時(shí)間間隔。</p><p>　　濕磨試驗(yàn)使用65%的硬粒，進(jìn)行5h預(yù)磨損用于消除剝落和脫碳一類的表面缺陷，然后將磨損后的磨球進(jìn)行標(biāo)記。每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，重新取出標(biāo)記的球，用軟刷和清水徹底沖洗干凈，并用壓縮空氣進(jìn)行干燥并稱重量。記錄

12、下每個(gè)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行后的平均重量損失。試樣總數(shù)為16個(gè)，所有試樣都要進(jìn)行5h的磨損。幫</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</b></p><p>　　在鑄態(tài)和熱處理?xiàng)l件下的測(cè)試球的微觀結(jié)構(gòu)示于圖1-6。</p><p>　　Fig. 1. Low alloy steel showing very fine pearlite, 1000$.&l

13、t;/p><p>　　Fig. 2. Heated treated eutectoid steel showing a fine pearlitic structure, 500$</p><p>　　圖1顯示了低合金鋼球的顯微組織。其結(jié)構(gòu)由僅能在高放大倍率下才能看見(jiàn)的精細(xì)珠光體組成，碳當(dāng)量為0.91，因此組織中不應(yīng)該有鐵素體的存在。鑄態(tài)和熱處理狀態(tài)下的熱處理共析鋼典型組織如圖2所示。結(jié)構(gòu)包含

14、與低合金鋼一樣的層狀難溶解的精細(xì)珠光體。</p><p>　　Fig. 3. (a) Medium chromium cast iron in the as cast condition showing coarse carbides in a pearlitic matrix, 500$ and (b) Heated treated medium chromium cast iron showing refin

15、edcarbides in a pearlitic matrix, 500$.</p><p>　　圖3顯示了鑄態(tài)和熱處理狀態(tài)下中鉻鑄鐵磨球的組織結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)基本相同，主要包括由珠光體和殘余奧氏體包圍的碳化物。在鑄態(tài)材料中很多碳化物粗糙而細(xì)長(zhǎng)（圖3a）。鑄態(tài)球在熱處理時(shí)，碳化物結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善。之后熱處理中出現(xiàn)少量殘余奧氏體。由圖像分析評(píng)估出中鉻球在鑄態(tài)和熱處理狀態(tài)下碳化物的體積分?jǐn)?shù)分別是28%和31%，這些數(shù)值是對(duì)

16、不同區(qū)域組織測(cè)量后得到的平均值。</p><p>　　Minkoff能夠證明M7C3的中、高鑄鐵碳化物的類型，M是鉻和鐵。采用Fe-Cr-C三元相圖，要求鉻和碳含量能在中、高鑄鐵形成一個(gè)完全溶解的組織：</p><p>　　碳化物總量（%）=12.33C+0.55Cr-15.2 (1)</p><p>　　這個(gè)公式給出中鉻鑄鐵球（表1）的

17、碳含量為31.6%。分別比鑄態(tài)和熱處理狀態(tài)下的磨球高27.85%和30.97%。在圖像分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算。</p><p>　　鑄態(tài)非合金白口鐵的微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示，基本上包括奧氏體突觸，即珠光體和共晶碳化物的混合物。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)中的共晶碳化物體積分?jǐn)?shù)為22%，只能在高倍顯微鏡下看出。半鋼球結(jié)構(gòu)（圖5）與非合金鑄鐵非常相似，但它含有半鋼球結(jié)構(gòu)中沒(méi)有的魏氏體（圖4）。當(dāng)鑄造半鋼進(jìn)行能夠大量消除魏氏體組織的熱

18、處理（圖6）時(shí)，網(wǎng)狀碳化物變得不連續(xù)。位于鐵碳相圖邊界的熱處理溫度促進(jìn)珠光體和少量的滲碳體向奧氏體轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致碳化物網(wǎng)絡(luò)的減少和精細(xì)結(jié)構(gòu)的演變。圖像分析測(cè)量出鑄態(tài)和熱處理狀態(tài)下半鋼的碳化物的體積分?jǐn)?shù)分別為25%和15%。</p><p>　　Fig. 4. (a) Unalloyed cast iron showing pearlite (P) formed from</p><p>　

19、　Fig. 5. As cast semi-steel showing pearlite (P) formed from primary austenite</p><p>　　dendrites with continuous network of eutectic carbides (C), 200$.</p><p>　　表2給出了圖1~6描述的磨球類型的微觀結(jié)構(gòu)，由于與低合金鋼精細(xì)

20、珠光體組織相比硬質(zhì)碳化物的形成，具有較高碳含量的鑄鐵相應(yīng)的具有較高的硬度值（圖7）。熱處理通過(guò)改變微觀結(jié)構(gòu)來(lái)提高材料的性能只能大大提高中鉻鑄鐵、低共析鋼和半鋼的硬度值。</p><p>　　共析鋼和低合金鋼的碳含量較低，因此減少的硬度值使沖擊試驗(yàn)進(jìn)行的非常好（圖8）。由于完全珠光體精細(xì)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，經(jīng)過(guò)3000次沖擊后，共析鋼在的鑄態(tài)和熱處理?xiàng)l件下沒(méi)有損壞，然而在表面上觀察到碎片。落下次數(shù)從鑄態(tài)下的1344提高到

21、熱處理后的2627，中鉻鑄鐵球的性能得到明顯提高。尤其是在鑄</p><p>　　Fig. 6. Heat treated semi-steel showing pearlite (P) formed from austenite</p><p>　　dendrites with a discontinuous carbide (C) network, 200$.</p>&

22、lt;p>　　Table 2 Summary of microstructural features observed in the grinding media investigated</p><p>　　態(tài)條件下，在斷裂之前磨球發(fā)生大量的剝落。由于殘余奧氏體減少的影響，剝落范圍的減少，使熱處理球破碎的沖擊次數(shù)的增加。后者產(chǎn)生脆性的應(yīng)變誘導(dǎo)相變馬氏體剝落，相變?cè)斐傻捏w積增加也可以導(dǎo)致剝落的發(fā)生。因此，鑄

23、態(tài)球中大量的奧氏體會(huì)產(chǎn)生板條馬氏體，從而導(dǎo)致更高程度的剝落。這些磨球顯微組織的主要硬質(zhì)相成分是脆性的。因?yàn)樗诖嬖谟谶B續(xù)網(wǎng)絡(luò)中，這大大促進(jìn)了裂紋的擴(kuò)展。由于碳化物網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性質(zhì)的減少，半鋼熱處理可以略微提高沖擊韌性。</p><p>　　濕磨測(cè)試結(jié)果如圖9所示。質(zhì)量損失的斜度與研磨時(shí)間是不同類型磨球磨損率指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，磨球類型在高磨損率的磨損試驗(yàn)中展示出低硬度值（圖10），不能表現(xiàn)出較高沖擊值（圖11），碳含量影

24、響（圖12）反應(yīng)耐磨性的顯微結(jié)構(gòu)成分的轉(zhuǎn)變（表2）。然而，共析鋼磨球與具有相同組織結(jié)構(gòu)的鑄造球相比，具有稍高的強(qiáng)度，和相當(dāng)高的磨損率，這是熱處理中的特殊情況。軟研磨介質(zhì)有時(shí)可能被研磨材料包裹，成為鑲嵌在磨球中的軟基質(zhì)。這有效地降低了磨球與其他磨料的相互作用。在目前的記錄工作中，尚未研究中鉻鑄鐵在鑄態(tài)下的磨損性能。按以往經(jīng)驗(yàn)，材料僅僅用于熱處理的磨損操作中。</p><p>　　Fig. 7. Effect of

25、carbon content of grinding media type on hardness.</p><p>　　Fig. 8. Effect of carbon content of grinding media type on toughness</p><p>　　(as indicated by the drop count number).</p><

26、p>　　礦石研磨中，磨球以金屬顆粒的形式從表面去除。如預(yù)期所示，磨球材料的微觀成分的分布及特征，成為確定耐磨性的主導(dǎo)因素。有時(shí)應(yīng)用熱處理（在研磨介質(zhì)成本增加）具有生產(chǎn)所需的微觀組織的作用。已經(jīng)確定，硬質(zhì)碳化物能夠大大提高耐磨性很大程度的決定于基質(zhì)的特征，碳化物負(fù)責(zé)適當(dāng)提高耐磨性。</p><p>　　Fig. 9. Variation of mass loss of grinding media type

27、with milling time.</p><p>　　Fig. 10. Correlationship between wear rate and hardness of selected grinding media.</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)熱處理工藝提高材料的耐磨性，但又消耗了額外的成本。通過(guò)加入足夠的碳，使結(jié)構(gòu)中形成大量的初生碳化物，硬度和耐磨性都不需要進(jìn)行任何熱

28、處理就能夠得到提高。磨損率從鑄態(tài)共析鋼的0.51g/h降低到非合金白口鑄鐵的0.46g/h，但這常常很大的減少了沖擊韌性。</p><p>　　考慮到經(jīng)濟(jì)上的問(wèn)題，似乎使用非合金白口鐵作為研磨材料優(yōu)于結(jié)合功參數(shù)為13~18kWh/t粗糙礦石，與非合金鑄鐵相比更易用。然而由于沖擊磨損性能較</p><p>　　Fig. 11. Correlationship between wear rat

29、e and toughness of grinding media</p><p>　　(as indicated by the drop count number).</p><p>　　Fig. 12. Effect of carbon content of the grinding media type on the wear rate.</p><p>　　

30、弱，其在中小直徑磨球的應(yīng)用受到限制。熱處理后的半鋼看起來(lái)可以替代非合金白口鐵，但由于在生產(chǎn)過(guò)程中熱處理和碳含量的控制造成的額外費(fèi)用使它們更昂貴。由于其較高的成本，盡管在軟礦石磨損中有利，耐磨實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果最好的中鉻鑄鐵也不可取。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　A．研究表明，從鋼到鑄鐵，研磨介質(zhì)的硬度和耐磨性隨碳含量的增加而增加。磨損試驗(yàn)

31、中磨球類型性能如下： </p><p>　　熱處理中鉻鑄鐵＞熱處理半鋼≥非合金鑄鐵＞低合金鋼＞鑄態(tài)半鋼＞鑄態(tài)共析鋼＞熱處理共析鋼</p><p>　　B．純珠光體結(jié)構(gòu)鋼具有良好的沖擊韌性，但是硬度低。在詳細(xì)的研究條件下，它們的耐磨性能非常好。當(dāng)采用硬質(zhì)裝載材料時(shí)，尤其是大的磨球機(jī)，證明這些鋼可能是非常有用的。</p><p>　　C．通過(guò)提高碳含量生產(chǎn)鑄鐵，硬度和