一.简介
磨球作为一种研磨介质，广泛应用于建材水泥、矿山冶金、能源火电、非金属加工、水煤浆和磁性材料等粉体工程。为满足不同行业、不同设备、不同工况的要求，制造磨球的材料也多种多样，如锻钢球、球墨铸铁磨球、铬合金铸造磨球等。，而且规格也是来自& Oslash6mm到& o flash；直径150毫米或以上。
铬铸磨球是在锻钢磨球和球墨铸铁磨球的基础上发展起来的新一代高效磨球。根据国家及相关行业标准，铬合金铸造磨球中铬的含量为1.0%-30.0%，高铬磨球中铬的含量≥10%。由于高铬铸铁磨球的组织中含有高比例的碳化铬，其强度和韧性远高于铬含量为1.0%-3.0%的低铬铸造磨球。在工业实践中，它已逐渐取代低铬铸造磨球，成为研磨介质的主流。近年来，随着我国水泥工业和矿业工程的持续快速发展，高铬铸铁磨球和磨块的年消耗量已达250万吨左右。
铬铸造磨球的主要合金元素是铬，铬是目前世界上非常稀缺的贵金属资源。近年来，国内外市场价格不断上涨，钼、镍、钒、铜等稀有稀有金属元素的价格也一再上涨，导致高铬铸铁磨球的制造成本大幅增加，给磨球生产企业和磨球相关用户的经营活动带来了巨大压力。此外，我国水泥和原矿产量不断增加(2008年水泥产量已超过14亿吨，原矿产量近50亿吨)，球磨机的直径、功率、容量都在向大型化、高效化发展。磨球的需求量逐年增加，对磨球质量的要求也越来越高。希望铬合金铸造磨球具有更高的硬度、更好的韧性和更低的磨损，从而创造更好的经济效益和社会效益。
因此，在保证或提高铬合金铸造磨球各项性能指标的同时，努力降低铬、钼等稀有元素的组成比例，降低磨球的制造成本，开发和批量生产新一代优质高效的铸造磨球，是耐磨材料行业科技工作者的目标。
据有关文献报道，与铈、镧等轻稀土相比，重稀土钇能明显改善铬合金白口铸铁的基体组织和碳化物形态，使铸件的硬度和冲击韧性大大提高。安徽丰兴耐磨材料有限公司通过不懈的技术创新，成功研发并批量生产了超硬普通高铬铸造磨球(丰兴1号)和高碳多元合金铸造磨球(丰兴2号)，取得了明显的技术效果和经济效益，并于2008年先后通过了安徽省科技厅科技成果鉴定。
第二，效果
安徽风行耐磨材料有限公司根据现行国家标准和行业标准中铸造磨球的常规化学成分，通过反复优化实验，将超硬高铬铸造磨球(风行1号)的化学成分控制在以下范围内:
碳:1.8-3.2%，硅:0.3-1.0%，锰:0.3-1.0%，铬:10.0-12.0%，
P:≤0.1，S:≤0.1；
微量的铜、钼、镍、钨、钒、硼和复合稀土。
高碳合金铸造磨球(风行2号)的化学成分控制在以下范围内:
碳:1.4-1.8%，硅:0.5-0.9%，锰:0.7-1.4%，铬:4.0-7.0%，
P:≤0.1，S:≤0.1；
微量的铜、钼、镍、钨、钒、硼和复合稀土。
冶炼设备为中频电炉，便于铁水成分的控制和调整。用直读光谱仪、洛氏硬度计、冲击试验机、落球试验机、动态磨损试验机和数控线切割机进行元素分析和力学性能测试。
在熔炼过程中，将直读光谱仪检测出化学成分合格的铁水用重稀土钇作为变质剂进行复合变质处理，然后采用恒温铸造设备在金属型覆砂机械化铸球生产线上连续铸造，生产各种规格的磨球。铸态磨球经清洗和初检后，转入热处理工序进行油介质淬火和低温回火，回火后的产品经机械性能试验和轧制试验合格后入库。
经测试，经过重稀土钇化合物变质、微合金化和优化热处理后，磨球的基体组织和碳化物状态发生了很大变化。主要表现在:
(1)晶粒度明显细化，晶粒度指标由传统高铬白口铸铁的2-3级提高到7-8级(单位体积晶粒数为4.8-15.8万个/立方毫米)。如下图:
(2)铸态缺陷明显减少，尤其是夹杂物数量明显减少。稀土可以净化晶界，减少有害元素和夹杂物在晶界的偏析，改善夹杂物的形状、大小和分布，减少应力集中和裂纹源，提高晶界结合强度，强化晶界，从而提高材料的强度和韧性，减少疲劳磨损、微切削磨损和剥落磨损。
(3)铸态组织避免和消除了网状碳化物，基体为细小的马氏体。钇明显改善了碳化物的形态和分布，使原来的网状和鱼骨状碳化物趋于小块状和颗粒状分布，分布均匀，从而减少了碳化物在基体上的破碎和应力集中。
经国家钢铁产品质量监督检验中心多次检测，超硬普通高铬铸造磨球(风行一号)含铬量为10.0%-10.5%，硬度为HRC 64-66；高碳合金铸造磨球(风行二号)的铬含量为4.0%-7.0%，硬度为HRC 62-63。与现行国家标准和行业标准中同类磨球的技术参数相比，铬含量降低30-60%，但硬度分别提高14.3%和19.2%，落球冲击韧性试验次数提高近一倍。具体数据见表1和表2。
表1
建筑材料行业标准:建筑材料工业用铬合金铸造磨球JC/T533-2004
冶金行业标准:合金铸铁球YB/T092-2005
以上两种磨球产品已被国内多家水泥企业和火电厂试用，均无起皮、变形、圆整现象。磨损同比降低25%-32%，磨球破碎率全部在0.5%以下。
三。结论
实践证明，钇重稀土元素的加入对铁水有净化、变质和促进合金化的作用。稀土元素与铁水反应形成细小颗粒，促进自发形核，减少形核功，提高形核率，改变铁水的凝固过程和铸态组织。此外，钇重稀土是一种表面活性元素，它吸附在生长中的固态晶核表面，形成薄的亚膜，阻碍晶体生长所需原子的供应，从而降低晶体生长速率，从而抑制柱状晶的生长，细化晶粒结构，减少枝晶偏析和区域偏析。
稀土元素还可以起到固溶强化的作用，形成高硬度、细小弥散的合金碳化物颗粒，起到弥散强化的作用，从而提高磨球的耐磨性。
铬合金铸造磨球的力学性能与其成分设计、熔铸工艺和热处理工艺密切相关，合金熔炼过程中的变质作用尤为重要。变质温度、变质前铁水质量、稀土钇的加入量、加入顺序和加入方式都直接影响铁水的变质效果。
采用重稀土钇复合处理、多元微合金化和优化热处理工艺，铬合金铸造磨球的硬度、韧性和抗疲劳能力大大提高，磨损明显降低。同时，通过减少铬、钼等稀有贵金属的添加量，可以为国家节约大量稀有贵金属铬，为企业降低用户的生产成本和消耗。其社会、经济和环境效益十分显著。
在铬合金铸造磨球的研发、生产和应用中，应防止片面追求高合金化。生产企业要加大产品研发力度，提高工艺装备技术水平。在努力提高磨球耐磨性的同时，尽量减少昂贵稀缺的合金元素的用量。他们要用最新的理论科学和最新的工艺技术指导生产实践，敢于不断创新，以获得最理想的铸造磨球金相组织和机械性能。