專利名稱：一種能承受高壓和耐磨的球磨罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，具體說是一種能夠承受高壓氣體及高耐磨性的球磨罐，主要應(yīng)用于機(jī)械合金化和高能球磨設(shè)備中，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、礦產(chǎn)、冶金、土壤、電子、 化工、醫(yī)藥、環(huán)保、建材、電池、生化等領(lǐng)域，本實(shí)用新型的球磨罐耐沖擊性能好，使用壽命長，可以根據(jù)不同型號球磨機(jī)設(shè)計(jì)不同尺寸。
背景技術(shù)：
目前，各生產(chǎn)企業(yè)和科研院校對于各種粉體制備，機(jī)械合金化和高能球磨方面主要使用以下幾種材質(zhì)的球磨罐不銹鋼、陶瓷、聚氨酯、尼龍、氧化鋯等。以上材質(zhì)的球磨罐在使用時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，不銹鋼球磨罐雖然耐高壓，耐腐蝕，但硬度低，容易引入雜質(zhì)。陶瓷、 氧化鋯球磨罐雖然硬度高，耐磨性能好，但是很難制成大尺寸球磨罐，耐沖擊性能不高，在充入高壓氣體后，在高速撞擊球磨過程中很容易破碎。尼龍、聚氨酯球磨罐雖然耐磨性很好，但是在高速球磨時(shí)球料沖擊能不高，并且很難充入高壓氣體保護(hù)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的球磨罐不能兼具耐磨及耐壓的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種復(fù)合球磨罐，具體方案如下一種能承受高壓和耐磨的球磨罐，包括外套、內(nèi)襯、閥門、密封圈及設(shè)置在球罐內(nèi)的磨球，其特征是所述外套材料采用屈服強(qiáng)度較高的金屬材料，所述內(nèi)襯材料采用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內(nèi)襯緊密結(jié)合；所述密封圈安裝在所述外套面上的槽內(nèi)；所述內(nèi)襯壁厚選擇在1-30毫米之間，內(nèi)襯與外套壁厚之比在1 0.2-1 10;所述內(nèi)襯壁厚與所述外套壁厚的比例為1 :2-1:4;所述內(nèi)襯材料采用軸承鋼GCrl5，所述外套材料采用304不銹鋼；所述磨球材料采用 GCr15 ；所述內(nèi)襯材料采用高碳高鉻馬氏體不銹鋼9Crl8，所述磨球材料采用高碳高鉻馬氏體不銹鋼9Crl8 ；為了避免由于球磨罐內(nèi)壓力造成的應(yīng)力集中而使得球磨罐外套法蘭失效，提高球磨罐外套的耐壓強(qiáng)度，所述外套法蘭連接處為斜面或弧形，提高了法蘭的強(qiáng)度，若采用直角設(shè)計(jì)，由于球磨罐內(nèi)部氣體壓力會(huì)在直角頂端產(chǎn)生應(yīng)力集中，采用斜面或弧形設(shè)計(jì)；球磨罐內(nèi)襯與外套連接處采用斜面或者弧形設(shè)計(jì)；為保證磨球與球磨罐內(nèi)襯充分接觸，球磨罐內(nèi)襯采用弧形設(shè)計(jì)；本實(shí)用新型還公開了一種上述球磨罐的制造方法，其特征是所述內(nèi)襯加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機(jī)加工、真空淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°c保溫4小時(shí)，隨爐冷卻至720°C保溫6小時(shí)；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最后加熱至
3160°C保溫120分鐘后冷卻至常溫；在850°C油冷以前為真空狀態(tài)，油冷開始時(shí)充入高純氮?dú)庵翂簭?qiáng)為SXlO4I^;所述外套材料選擇不銹鋼；采用熱鑲工藝，先把所述外套整體加熱至 120°C -180°C，保溫1-5小時(shí)后，再把所述內(nèi)襯緩慢鑲嵌在所述外套里，待所述外套冷卻至室溫后，安裝閥門及密封圈，先進(jìn)行水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)無誤后，從閥門進(jìn)氣口充入略低于水壓的氣體，檢查球磨罐密封性，一切無誤后即可使用。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用不同金屬材質(zhì)為原材料復(fù)合制成的球磨罐，球磨罐外套選擇屈服強(qiáng)度較高的耐高壓金屬材料制成，起到承受高壓氣體或真空作用。球磨罐內(nèi)襯選擇耐磨性能高的耐磨鋼可以提高球磨罐的耐磨性能。通過安裝在球磨罐上的閥門，可以對球磨罐進(jìn)行抽真空或者充入一定壓力氣體。密封圈選擇在安裝在外套上，保證了充入球磨罐的氣體壓力直接作用在外套上而不是作用在內(nèi)襯上，在使用壓力為2. OMPa以下可以使用非金屬密封圈，高于2. OMI^a可以選擇使用金屬密封圈。在高速球磨過程中，球體的高速旋轉(zhuǎn)及撞擊對球磨罐也有很大的損傷，本實(shí)用新型的球磨罐不僅實(shí)現(xiàn)了耐高壓及耐磨的特點(diǎn)，在球磨罐內(nèi)襯的耐磨鋼能使球體撞擊產(chǎn)生的能量均勻的分散到球磨罐外套上，起到了極好的減震效果，極大的提高了其耐沖擊性能，增加了使用壽命。本實(shí)用新型的另外一個(gè)特點(diǎn)是球磨過程中引入雜質(zhì)少，因?yàn)樵谑袌錾虾苋葙I到與球磨罐內(nèi)層材質(zhì)硬度相同的鋼球，因此在球磨過程中兩者產(chǎn)生的雜質(zhì)極少，極大的提高了被球磨物質(zhì)的純度。本實(shí)用新型公開的加工工藝，若成批量生產(chǎn)，可極大的降低生產(chǎn)成本。
圖1是本實(shí)用新型的縱向剖面圖；圖2是GCr 15等溫球化退火工藝曲線圖；圖3是GCr 15真空淬火工藝曲線圖；圖中1.閥門，2.球磨罐上外套，5.球磨罐側(cè)外套，3.球磨罐上內(nèi)襯套，6.球磨罐側(cè)內(nèi)襯，4.為密封圈。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)包括外套、內(nèi)襯、閥門1、密封圈4及設(shè)置在球罐內(nèi)的磨球，所述外套包括球磨罐上外套2和球磨罐側(cè)外套5，所述外套材料采用屈服強(qiáng)度較高的金屬材料，所述內(nèi)襯包括球磨罐側(cè)內(nèi)襯6和球磨罐上內(nèi)襯套3，所述內(nèi)襯材料采用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內(nèi)襯緊密結(jié)合；所述密封圈4安裝在所述外套面上的槽內(nèi)，所述閥門1安裝在球磨罐上。球磨罐內(nèi)襯材料采用軸承鋼GCrl5，球磨罐外套材料采用304不銹鋼；球磨罐內(nèi)設(shè)置的磨球材料采用GCrl5軸承鋼球。球磨罐內(nèi)襯材料也可以采用高碳高鉻馬氏體不銹鋼9Crl8，此時(shí)球磨罐內(nèi)設(shè)置的磨球材料采用9Crl8鋼球。為了避免由于球磨罐內(nèi)壓力造成的應(yīng)力集中而使得球磨罐外套法蘭失效，提高球磨罐外套的耐壓強(qiáng)度，球磨罐外套法蘭連接處51及上外套的連接處21采用斜面或弧形設(shè)計(jì)，提高了法蘭的強(qiáng)度，若采用直角設(shè)計(jì)，由于球磨罐內(nèi)部氣體壓力會(huì)在直角頂端產(chǎn)生應(yīng)力集中，采用斜面或弧形設(shè)計(jì)；球磨罐內(nèi)襯與外套連接處采用斜面或者弧形設(shè)計(jì)；為保證磨球與球磨罐內(nèi)襯充分接觸，球磨罐內(nèi)襯采用弧形設(shè)計(jì)；本實(shí)用新型球磨罐的制造方法根據(jù)所需球磨機(jī)型號設(shè)計(jì)相應(yīng)尺寸外形的球磨罐。球磨罐內(nèi)襯可以選擇軸承鋼或者模具鋼，下面以軸承鋼GCrl5為例，因?yàn)镚Crl5經(jīng)過淬火加回火后具有較高的硬度，均勻的組織，良好的耐磨性，高的接觸疲勞性能。球磨過程中，球與內(nèi)襯呈點(diǎn)或線接觸，承受很大的壓應(yīng)力(高達(dá)1800MPa-5000MPa)和交變載荷， GCrl5鋼具有高的抗疲勞性能，使用壽命長且價(jià)格低廉，并且很容易購買到與之硬度相當(dāng)?shù)?GCr 15鋼球作為球磨罐磨球。以GCrl5為球磨罐內(nèi)襯材料(以外徑150mm，壁厚6mm為例)加工過程實(shí)施例如下實(shí)施例1 所述球磨罐的制造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機(jī)加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°C保溫4小時(shí)，隨爐冷卻至720°C保溫6小時(shí)；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最后加熱至160°C保溫120分鐘后冷卻至常溫。在850°C 油冷以前為真空狀態(tài)，油冷開始時(shí)充入高純氮?dú)庵翂簭?qiáng)為8X104Pa。實(shí)施例2 所述球磨罐的制造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機(jī)加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至780°C保溫4小時(shí)，隨爐冷卻至720°C保溫6小時(shí)；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至850°C保溫10分鐘，油冷至常溫，最后加熱至160°C保溫120分鐘后冷卻至常溫。在850°C 油冷以前為真空狀態(tài)，油冷開始時(shí)充入高純氮?dú)庵翂簭?qiáng)為8X104Pa。實(shí)施例3 所述球磨罐的制造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機(jī)加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至800°C保溫3小時(shí)，隨爐冷卻至720°C保溫4小時(shí)；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至860°C保溫30分鐘，油冷至常溫，最后加熱至160°C保溫120分鐘后冷卻至常溫。在860°C 油冷以前為真空狀態(tài)，油冷開始時(shí)充入高純氮?dú)庵翂簭?qiáng)為8X104Pa。實(shí)施例4 所述球磨罐的制造方法，加工過程包括鍛造、等溫球化退火、機(jī)加工、 淬火加低溫回火、粗磨加研磨；所述等溫球化退火工藝為加熱至810°C保溫4小時(shí)，隨爐冷卻至720°C保溫4小時(shí)；所述真空淬火加低溫回火工藝為加熱至660°C保溫30分鐘，再升至860°C保溫10分鐘，油冷至常溫，最后加熱至160°C保溫120分鐘后冷卻至常溫。在860°C 油冷以前為真空狀態(tài)，油冷開始時(shí)充入高純氮?dú)庵翂簭?qiáng)為8X104Pa。等溫球化退火的目的在于降低GCrl5硬度，便于機(jī)械加工，也為最終熱處理做準(zhǔn)備，淬火作組織準(zhǔn)備，從金相顯微鏡下觀察，等溫球化退火后的組織為均勻細(xì)致的球狀珠光體。本實(shí)用新型淬火后的金相組織為隱晶馬氏體，在其上分布著未溶解的碳化物，它能保證綜合力學(xué)性能的要求。其光學(xué)顯微組織由黑、白相間的兩種馬氏體區(qū)域所組成，在黑色馬氏體區(qū)域中存在較多的碳化物顆粒，白色區(qū)域中則比較少。最終熱處理后保證硬度在 HRC62-66之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。[0033] 表 1
實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4硬度HRC 6 5HRC 6 3HRC 66HRC 63直徑變動(dòng)量0. 050. 10. 350. 25由表1可以看出，實(shí)施例1硬度適中，與GCr 15軸承鋼球硬度接近，并且直徑變動(dòng)量很小，為后續(xù)研磨加工和裝配提供了理想條件。實(shí)施例2中直徑變動(dòng)量也符合研磨和裝配要求，但是由于在真空淬火時(shí)850°C保溫時(shí)間太短，工件不等熱量傳到中心即迅速冷卻，僅使表層淬硬為馬氏體，中心仍為未淬火的原來塑性、韌性較好的退火組織，雖然最大硬度達(dá)到了 HRC 62，但是硬度分布不如實(shí)施例 1均勻。實(shí)施例3中硬度雖然高達(dá)HRC 66，但是直徑變動(dòng)量過大為0. 35，為后續(xù)的研磨加工和裝配帶來麻煩。實(shí)施例4中直徑變動(dòng)量稍大為0. 25，雖然可以在后續(xù)研磨加工中加以糾正，但是其硬度與實(shí)施例2中硬度相似，硬度分布不如實(shí)施例1均勻。等溫球化退火的目的在于降低GCrl5硬度，便于機(jī)械加工，也為最終熱處理做準(zhǔn)備，淬火作組織準(zhǔn)備，從金相顯微鏡下觀察，等溫球化退火后的組織為均勻細(xì)致的球狀珠光體。本實(shí)用新型真空淬火后的金相組織為隱晶馬氏體，在其上分布著未溶解的碳化物，它能保證綜合力學(xué)性能的要求。其光學(xué)顯微組織由黑、白相間的兩種馬氏體區(qū)域所組成，在黑色馬氏體區(qū)域中存在較多的碳化物顆粒，白色區(qū)域中則比較少。最終熱處理后保證硬度在 HRC63-65 之間。從理論上講，GCr 15鋼的淬火溫度為840°C左右，淬火回火后疲勞強(qiáng)度和硬度都最高，沖擊韌度也最好，在840°C左右淬火時(shí)奧氏體中溶解碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% -0.6%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 8%，還有部分未溶解的碳化物。溶入的碳和合金元素則保證了其淬透性和淬硬性，而未溶的碳化物阻止了晶粒長大，如果淬火溫度偏低，則碳化物溶入奧氏體的量少，奧氏體中的碳和鉻含量低，影響到淬火后的硬度。淬火溫度過高，則會(huì)引起過熱，使淬火后馬氏體針粗大，變形也大，影響力學(xué)性能。加熱時(shí)間與加熱溫度，熱傳介質(zhì)、工件有效厚度及裝爐量都有密切聯(lián)系。本實(shí)用新型所公開的如圖3所示的真空淬火工藝曲線，淬火加熱溫度為850°C，同時(shí)適當(dāng)控制冷卻時(shí)間，可以全部淬透，硬度達(dá)到HRC63-65，圖中所標(biāo)的真空度為實(shí)際生產(chǎn)中真空計(jì)顯示值。適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，可提高加熱速度，縮短加熱時(shí)間并不致使晶粒粗大，降低生產(chǎn)成本。球磨罐外套材料可以選擇不銹鋼，以304不銹鋼為例，根據(jù)不同型號的球磨機(jī)加工相應(yīng)的不銹鋼外套尺寸，留出安裝閥門和進(jìn)氣口的位置，周圍留出均勻分布的通孔作為螺栓緊固用，密封圈安裝在不銹鋼法蘭面上的槽內(nèi)，保證了在充入高壓氣體或真空時(shí)，是不銹鋼外套在承受高壓或者真空。球磨罐外套與內(nèi)襯在內(nèi)外圓及長度上尺寸要求一致，不允許有較大的偏差。在所有零件根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙加工完畢后，利用熱脹冷縮原理，采用熱鑲工藝，先把不銹鋼外套整體加熱至120°C -180°C，保溫1-5小時(shí)后，再把軸承鋼內(nèi)襯緩慢鑲嵌在不銹鋼外套里，待不銹鋼冷卻至室溫后，安裝閥門及密封圈，先進(jìn)行水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)無誤后，從閥門進(jìn)氣口充入略低于水壓的氣體，檢查球磨罐密封性，一切無誤后即可使用。球磨罐內(nèi)襯壁厚選擇在1-30毫米之間，內(nèi)襯與外套壁厚之比在1 0.2-1 10 之間，最佳的比例為1 2-1 4，外套壁厚越大，承受的氣體壓力越大。以球磨罐外套壁厚8mm，球磨罐法蘭厚度10mm，球磨罐蓋厚度12mm為例，材料為304不銹鋼，水壓試驗(yàn)壓力為3. 5MPa。根據(jù)球磨條件使用的氣體壓力大小，參照國家關(guān)于鋼制管法蘭設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)相應(yīng)尺寸的球磨罐外套。若球磨過程中有腐蝕性介質(zhì)，可以選擇高碳高鉻馬氏體不銹鋼9Crl8作為球磨罐內(nèi)襯，選擇合金工具鋼Grl2MoV也可以達(dá)到與GCrl5同樣效果。在選則材料上，適用于本實(shí)用新型球磨罐外套及內(nèi)襯的金屬材料很多，如在球磨罐內(nèi)襯選擇材料上可以選擇G8Crl5、GCrSiWV、9Crl8Mo等。G8Crl5特點(diǎn)是改善了鋼的碳化物不均勻性，易獲得均勻細(xì)小的球化退火組織，提高了冷、熱變形性能和切削性能，疲勞壽命比GCrl5鋼高。GCrSiWV具有硬度高、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性好及接觸疲勞壽命長的特點(diǎn)。 9Crl8Mo性能與9Crl8相當(dāng)，適用于有腐蝕介質(zhì)環(huán)境下以及強(qiáng)氧化環(huán)境球磨時(shí)球磨罐內(nèi)襯。在球磨罐外套材料選擇上可以選擇12Ni3CrMoV或者10Ni5CrMoV，它們的抗拉強(qiáng)度在600-800MPa，在具有高強(qiáng)度的同時(shí)，具有高韌性。304L不銹鋼、316不銹鋼都可以作為球磨罐外套材料，不僅耐壓，防銹防腐蝕，若有氫環(huán)境條件下球磨可以起到防止氫脆作用。
權(quán)利要求1.一種能承受高壓和耐磨的球磨罐，包括外套、內(nèi)襯、閥門、密封圈及設(shè)置在球罐內(nèi)的磨球，其特征是所述外套材料采用屈服強(qiáng)度較高的金屬材料，所述內(nèi)襯材料采用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內(nèi)襯緊密結(jié)合；所述密封圈安裝在所述外套面上的槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨罐，其特征是所述外套法蘭連接處為斜面或弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨罐，其特征是所述內(nèi)襯壁厚選擇在1-30毫米之間，內(nèi)襯與外套壁厚之比在1 0.2-1 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨罐，其特征是所述內(nèi)襯壁厚與所述外套壁厚的比例為 1:2-1: 4。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種能承受高壓和耐磨的球磨罐，包括外套、內(nèi)襯、閥門、密封圈及設(shè)置在球罐內(nèi)的磨球，所述外套材料采用屈服強(qiáng)度較高的金屬材料，所述內(nèi)襯材料采用耐磨性能高的金屬材料，所述外套與所述內(nèi)襯緊密結(jié)合；所述密封圈安裝在所述外套面上的槽內(nèi)。其特點(diǎn)是球磨罐外套選擇屈服強(qiáng)度較高的金屬材料可以承受高壓氣體，球磨罐內(nèi)襯選擇耐磨性能高的金屬材料可以提高球磨罐的耐磨性能，提高接觸疲勞性能。球磨罐外套與內(nèi)襯的結(jié)合，正是韌性與硬度的互補(bǔ)，改善了球磨罐的耐沖擊性能，增加了球磨罐的使用壽命，使球磨罐更安全可靠。
文檔編號B02C17/18GK202277862SQ20112041450
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者李姝霖 申請人:李姝霖