一种高硬高韧耐磨球技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域，尤其涉及一种高硬高韧耐磨球。
背景技术
球磨机是水泥、电力、选矿、建材等行业中广泛应用的高细磨机械之一。
球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机钢球之间、钢球与物料之
间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。现有技术中，球
磨机的磨介钢球主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高
铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等。为了提高破碎效率和
钢球的耐用度，需要钢球表面有足够的硬度和耐磨度，同时，在研磨过程中，
钢球与磨料、钢球与衬板以及钢球与钢球之间发生的冲撞不可避免，因此，还
要求钢球有一定的韧性。近年来，随着我国工业的迅速发展，对耐磨球的质量
和数量提出了更高的要求，而现有技术中所用的钢球其硬度和韧性之间往往很
难达到平衡，从而限制了其应用范围。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高硬高韧耐磨球，其硬
度高，耐磨性和韧性优异，耐腐蚀性好，使用寿命长。
本发明提出的一种高硬高韧耐磨球，采用以下步骤进行制备：
S1、按重量份将100-150份废钢、150-200份铬钢、10-15份稀土合金、25-50
份生铁、5-15份锰钢、5-15份钼钢、5-15份钒钢和10-35份钨渣放入熔炼炉中，
升温至1400-1750℃，保温0.5-1h后加入10-15份钛锭和15-30份锆锭，在
1450-1500℃下保温10-25min，然后在1550-1600℃下加入5-12份铝锭和5-20
份镁锭保温10-25min，捞出浮在液体表面的炉渣后得到合金液；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到球坯，其中，浇注的温度为1500-1650℃；
S3、热处理：将球坯放入电炉内，升温至550-650℃，保温2.5-3.5h，升
温至700-780℃，保温0.5-2h，升温至900-950℃，保温1-2h，升温至
1000-1080℃，保温0.5-1.5h，然后空冷至室温得到淬火球；将淬火球升温至
300-400℃，保温2-3h，升温至480-580℃，保温2-3h，水冷至室温得到回火球；
S4、将回火球清洗后选用Co基合金和WC粉末为熔敷粉末进行激光熔覆得
到熔覆球，其中，Co基合金与WC粉末的重量比为10-25:1；所述Co基合金中，
C的质量分数为0.8-1.1％，W的质量分数为2.5-3.5％，Cr的质量分数为20-25％、
Ni的质量分数为0.1-0.5％，Fe的质量分数为0.2-0.3％，余量为Co；所述激光
熔覆过程中，激光熔覆的功率为4500-5500W，光斑直径为3-5mm，光斑移动速
度为10-15mm/s，熔覆层厚度为5-10μm；
S5、选用Fe基合金为等离子熔覆粉末，将熔覆球进行等离子熔覆得到所述
高硬高韧耐磨球；其中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.1-0.5％，Cr的质
量分数为11-15％，Co的质量分数为1.5-2.5％、Ni的质量分数为5-8％、Mo的质
量分数为0.5-2％、Ti的质量分数为0.5-1.2％、V的质量分数为0.1-0.5％、B的
质量分数为1-1.5％，余量为Fe；所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为150-160A，
熔覆电压为4000-5000V，等离子气体流量为0.6-1m3/h，保护气体流量为
2-2.5m3/h，送粉速率为12-15kg/h，扫描速度为850-950mm/min，熔覆层厚度为
5-10μm。
优选地，在S1中，按重量份将125-135份废钢、180-190份铬钢、12-13.5
份稀土合金、35-40份生铁、8-12份锰钢、10-14份钼钢、8-12份钒钢和20-26
份钨渣放入熔炼炉中，升温至1550-1600℃，保温0.7-1h后加入12-13份钛锭
和22-26份锆锭，在1470-1480℃下保温18-22min，然后在1560-1570℃下加入
8-10份铝锭和11-16份镁锭保温18-22min，捞出浮在液体表面的炉渣后得到合
金液。
优选地，在S1中，按重量份将130份废钢、186份铬钢、12.6份稀土合金、
38份生铁、10份锰钢、12.5份钼钢、10份钒钢和25份钨渣放入熔炼炉中，升
温至1580℃，保温0.85h后加入12.6份钛锭和25份锆锭，在1475℃下保温
20min，然后在1570℃下加入8.6份铝锭和12份镁锭保温20min，捞出浮在液
体表面的炉渣后得到合金液。
优选地，在S3中，将球坯放入电炉内，升温至585-600℃，保温2.9-3.2h，
升温至735-750℃，保温1.4-1.7h，升温至920-935℃，保温1.4-1.7h，升温
至1050-1060℃，保温0.9-1.3h，然后空冷至室温得到淬火球；将淬火球升温
至365-370℃，保温2.6-2.8h，升温至520-560℃，保温2.5-2.8h，水冷至室
温得到回火球。
优选地，在S3中，将球坯放入电炉内，升温至590℃，保温3h，升温至740℃，
保温1.5h，升温至930℃，保温1.5h，升温至1055℃，保温1h，然后空冷至室
温得到淬火球；将淬火球升温至368℃，保温2.8h，升温至550℃，保温2.6h，
水冷至室温得到回火球。
优选地，在S4中，所述Co基合金中，C的质量分数为1％，W的质量分数为
3％，Cr的质量分数为22％、Ni的质量分数为0.35％，Fe的质量分数为0.25％，
余量为Co。
优选地，在S4中，所述激光熔覆过程中，激光熔覆的功率为5000W，光斑
直径为4mm，光斑移动速度为13mm/s，熔覆层厚度为8μm。
优选地，在S5中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.2％，Cr的质量分
数为12.5％，Co的质量分数为2.1％、Ni的质量分数为6.3％、Mo的质量分数为
1.5％、Ti的质量分数为1％、V的质量分数为0.35％、B的质量分数为1.2％，余
量为Fe。
优选地，在S5中，所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为158A，熔覆电压为
4650V，等离子气体流量为0.85m3/h，保护气体流量为2.2m3/h，送粉速率为
13.8kg/h，扫描速度为900mm/min，熔覆层厚度为8μm。
优选地，在S4中，所述Co基合金的粒度为200-300目；所述WC粉末的粒
度为150-250nm；在S5中，所述Fe基合金的粒度为250-350目。
本发明所述高硬高韧耐磨球，其制备过程中，选择了原料废钢、铬钢、稀
土合金、生铁、锰钢、钼钢、钒钢、钨渣、钛锭、锆锭、铝锭和镁锭为原料，
通过调节各原料的含量，并控制了熔炼过程的加料顺序和熔炼温度，使得到的
球坯具有优异的耐磨性、硬度和韧性，其中，钨渣中含有W、Mn、Nd、Ti等合
金元素，其与体系中的锰钢、钛锭、锆锭、钒钢具有协同作用，能与体系中的
碳结合形成熔点很高的碳化物，从而起到异相成核的作用，细化一次结晶组织，
同时能降低了奥氏体的稳定性，有利于体系中马氏体的形成，另外还能阻碍奥
氏体的晶粒长大，起到细化晶粒的作用，提高了体系的韧性和强度；在之后的
热处理过程中，合理控制了热处理的工艺参数，使的基体转变为马氏体组织，
在高温过程中组织中的连续网状结构转化为断网状结构，从而进一步细化了晶
粒，改善了碳化物的形貌，进一步提高了体系的韧性、硬度和强度；之后在回
火球的表面进行了激光熔敷，在激光熔敷的过程中，选择了Co基合金和WC粉
末为熔覆粉末，其中WC粉末的加入增强了熔覆层内的细晶强化、固溶强化和弥
散强化的作用效果，且Co基合金中的合金作为粘结相将WC颗粒包覆于其中，
作为粘结相的Co基合金相对于硬质WC颗粒来说硬度较低，在摩擦的过程中粘
结相首先被磨损，当WC被露出后，凸出的WC颗粒作为支撑会防止粘结相进一
步被磨损，从而提高了耐磨球的硬度、强度、抗裂性能以及韧性；之后进行了
等离子熔覆，在等离子熔敷过程中，选用了Fe基合金作为熔覆粉末，其与基底
的结合性好，并加入了铬、锰、钼、碳等元素来调整硬度、细化晶粒，提高了
耐磨球的硬度、抗冲刷性、耐磨损性和耐腐蚀性，延长了耐磨球的使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高硬高韧耐磨球，采用以下步骤进行制备：
S1、按重量份将100份废钢、200份铬钢、10份稀土合金、50份生铁、5
份锰钢、15份钼钢、5份钒钢和35份钨渣放入熔炼炉中，升温至1400℃，保温
1h后加入10份钛锭和30份锆锭，在1450℃下保温25min，然后在1550℃下加
入12份铝锭和5份镁锭保温25min，捞出浮在液体表面的炉渣后得到合金液；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到球坯，其中，浇注的温度为1500℃；
S3、热处理：将球坯放入电炉内，升温至650℃，保温2.5h，升温至780℃，
保温0.5h，升温至950℃，保温1h，升温至1080℃，保温0.5h，然后空冷至室
温得到淬火球；将淬火球升温至400℃，保温2h，升温至580℃，保温2h，水
冷至室温得到回火球；
S4、将回火球清洗后选用Co基合金和WC粉末为熔敷粉末进行激光熔覆得
到熔覆球，其中，Co基合金与WC粉末的重量比为10:1；所述Co基合金中，C
的质量分数为1.1％，W的质量分数为2.5％，Cr的质量分数为25％、Ni的质量分
数为0.1％，Fe的质量分数为0.3％，余量为Co；所述激光熔覆过程中，激光熔
覆的功率为4500W，光斑直径为5mm，光斑移动速度为10mm/s，熔覆层厚度为
10μm；
S5、选用Fe基合金为等离子熔覆粉末，将熔覆球进行等离子熔覆得到所述
高硬高韧耐磨球；其中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.1％，Cr的质量分
数为15％，Co的质量分数为1.5％、Ni的质量分数为8％、Mo的质量分数为0.5％、
Ti的质量分数为1.2％、V的质量分数为0.1％、B的质量分数为1.5％，余量为Fe；
所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为150A，熔覆电压为5000V，等离子气体流
量为0.6m3/h，保护气体流量为2.5m3/h，送粉速率为12kg/h，扫描速度为
950mm/min，熔覆层厚度为5μm。
实施例2
本发明提出的一种高硬高韧耐磨球，采用以下步骤进行制备：
S1、按重量份将150份废钢、150份铬钢、15份稀土合金、25份生铁、15
份锰钢、5份钼钢、15份钒钢和10份钨渣放入熔炼炉中，升温至1750℃，保温
0.5h后加入15份钛锭和15份锆锭，在1500℃下保温10min，然后在1600℃下
加入5份铝锭和20份镁锭保温10min，捞出浮在液体表面的炉渣后得到合金液；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到球坯，其中，浇注的温度为1650℃；
S3、热处理：将球坯放入电炉内，升温至550℃，保温3.5h，升温至700℃，
保温2h，升温至900℃，保温2h，升温至1000℃，保温1.5h，然后空冷至室温
得到淬火球；将淬火球升温至300℃，保温3h，升温至480℃，保温3h，水冷
至室温得到回火球；
S4、将回火球清洗后选用Co基合金和WC粉末为熔敷粉末进行激光熔覆得
到熔覆球，其中，Co基合金与WC粉末的重量比为25:1；所述Co基合金中，C
的质量分数为0.8％，W的质量分数为3.5％，Cr的质量分数为20％、Ni的质量分
数为0.5％，Fe的质量分数为0.2％，余量为Co；所述激光熔覆过程中，激光熔
覆的功率为5500W，光斑直径为3mm，光斑移动速度为15mm/s，熔覆层厚度为5
μm；
S5、选用Fe基合金为等离子熔覆粉末，将熔覆球进行等离子熔覆得到所述
高硬高韧耐磨球；其中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.5％，Cr的质量分
数为11％，Co的质量分数为2.5％、Ni的质量分数为5％、Mo的质量分数为2％、
Ti的质量分数为0.5％、V的质量分数为0.5％、B的质量分数为1％，余量为Fe；
所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为160A，熔覆电压为4000V，等离子气体流
量为1m3/h，保护气体流量为2m3/h，送粉速率为15kg/h，扫描速度为850mm/min，
熔覆层厚度为10μm。
实施例3
本发明提出的一种高硬高韧耐磨球，采用以下步骤进行制备：
S1、按重量份将125份废钢、190份铬钢、12份稀土合金、40份生铁、8
份锰钢、14份钼钢、8份钒钢和26份钨渣放入熔炼炉中，升温至1550℃，保温
1h后加入12份钛锭和26份锆锭，在1470℃下保温22min，然后在1560℃下加
入10份铝锭和11份镁锭保温22min，捞出浮在液体表面的炉渣后得到合金液；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到球坯，其中，浇注的温度为1550℃；
S3、热处理：将球坯放入电炉内，升温至585℃，保温3.2h，升温至735℃，
保温1.7h，升温至920℃，保温1.7h，升温至1050℃，保温1.3h，然后空冷至
室温得到淬火球；将淬火球升温至365℃，保温2.8h，升温至520℃，保温2.8h，
水冷至室温得到回火球；
S4、将回火球清洗后选用Co基合金和WC粉末为熔敷粉末进行激光熔覆得
到熔覆球，其中，Co基合金与WC粉末的重量比为13:1；所述Co基合金中，C
的质量分数为1％，W的质量分数为2.8％，Cr的质量分数为23％、Ni的质量分数
为0.25％，Fe的质量分数为0.27％，余量为Co；所述激光熔覆过程中，激光熔
覆的功率为4800W，光斑直径为4mm，光斑移动速度为12mm/s，熔覆层厚度为9
μm；
S5、选用Fe基合金为等离子熔覆粉末，将熔覆球进行等离子熔覆得到所述
高硬高韧耐磨球；其中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.25％，Cr的质量
分数为14％，Co的质量分数为1.8％、Ni的质量分数为7％、Mo的质量分数为1％、
Ti的质量分数为1.1％、V的质量分数为0.25％、B的质量分数为1.4％，余量为
Fe；所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为152A，熔覆电压为4800V，等离子气
体流量为0.8m3/h，保护气体流量为2.3m3/h，送粉速率为12.6kg/h，扫描速度
为920mm/min，熔覆层厚度为7μm。
实施例4
本发明提出的一种高硬高韧耐磨球，采用以下步骤进行制备：
S1、按重量份135份废钢、180份铬钢、13.5份稀土合金、35份生铁、12
份锰钢、10份钼钢、12份钒钢和20份钨渣放入熔炼炉中，升温至1600℃，保
温0.7h后加入13份钛锭和22份锆锭，在1480℃下保温18min，然后在1570℃
下加入8份铝锭和16份镁锭保温18min，捞出浮在液体表面的炉渣后得到合金
液；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到球坯，其中，浇注的温度为1620℃；
S3、热处理：将球坯放入电炉内，升温至600℃，保温2.9h，升温至750℃，
保温1.4h，升温至935℃，保温1.4h，升温至1060℃，保温0.9h，然后空冷至
室温得到淬火球；将淬火球升温至370℃，保温2.6h，升温至560℃，保温2.5h，
水冷至室温得到回火球；
S4、将回火球清洗后选用Co基合金和WC粉末为熔敷粉末进行激光熔覆得
到熔覆球，其中，Co基合金与WC粉末的重量比为22:1；所述Co基合金中，C
的质量分数为0.9％，W的质量分数为3.2％，Cr的质量分数为21％、Ni的质量分
数为0.38％，Fe的质量分数为0.22％，余量为Co；所述激光熔覆过程中，激光
熔覆的功率为5300W，光斑直径为3mm，光斑移动速度为13.5mm/s，熔覆层厚度
为7μm；
S5、选用Fe基合金为等离子熔覆粉末，将熔覆球进行等离子熔覆得到所述
高硬高韧耐磨球；其中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.34％，Cr的质量
分数为12.5％，Co的质量分数为2.2％、Ni的质量分数为6.5％、Mo的质量分数
为1.7％、Ti的质量分数为0.8％、V的质量分数为0.35％、B的质量分数为1.1％，
余量为Fe；所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为158A，熔覆电压为4300V，等
离子气体流量为0.9m3/h，保护气体流量为2.2m3/h，送粉速率为14kg/h，扫描
速度为880mm/min，熔覆层厚度为8.5μm。
实施例5
本发明提出的一种高硬高韧耐磨球，采用以下步骤进行制备：
S1、按重量份将130份废钢、186份铬钢、12.6份稀土合金、38份生铁、
10份锰钢、12.5份钼钢、10份钒钢和25份钨渣放入熔炼炉中，升温至1580℃，
保温0.85h后加入12.6份钛锭和25份锆锭，在1475℃下保温20min，然后在
1570℃下加入8.6份铝锭和12份镁锭保温20min，捞出浮在液体表面的炉渣后
得到合金液；
S2、浇注：将合金液进行浇注得到球坯，其中，浇注的温度为1600℃；
S3、热处理：将球坯放入电炉内，升温至590℃，保温3h，升温至740℃，
保温1.5h，升温至930℃，保温1.5h，升温至1055℃，保温1h，然后空冷至室
温得到淬火球；将淬火球升温至368℃，保温2.8h，升温至550℃，保温2.6h，
水冷至室温得到回火球；
S4、将回火球清洗后选用Co基合金和WC粉末为熔敷粉末进行激光熔覆得
到熔覆球，其中，Co基合金与WC粉末的重量比为20:1；所述Co基合金中，C
的质量分数为1％，W的质量分数为3％，Cr的质量分数为22％、Ni的质量分数为
0.35％，Fe的质量分数为0.25％，余量为Co；所述激光熔覆过程中，激光熔覆的
功率为5000W，光斑直径为4mm，光斑移动速度为13mm/s，熔覆层厚度为8μm；
S5、选用Fe基合金为等离子熔覆粉末，将熔覆球进行等离子熔覆得到所述
高硬高韧耐磨球；其中，所述Fe基合金中，C的质量分数为0.2％，Cr的质量分
数为12.5％，Co的质量分数为2.1％、Ni的质量分数为6.3％、Mo的质量分数为
1.5％、Ti的质量分数为1％、V的质量分数为0.35％、B的质量分数为1.2％，余
量为Fe；所述等离子熔覆过程中，熔覆电流为158A，熔覆电压为4650V，等离
子气体流量为0.85m3/h，保护气体流量为2.2m3/h，送粉速率为13.8kg/h，扫描
速度为900mm/min，熔覆层厚度为8μm；
其中，在S4中，所述Co基合金的粒度为200-300目；所述WC粉末的粒度
为150-250nm；在S5中，所述Fe基合金的粒度为250-350目。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局
限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本
发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护
范围之内。