煉鋼添加劑鎢鐵的高能球磨工藝研究

1、煉鋼添加劑磚鐵的高能球磨工藝研究曹保衛(wèi)張曦榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)材料與化工學(xué)院摘要：利用辛烏鐵粉和石墨粉組成的混合粉為原料，通過高能球磨法研究球磨時(shí)間對(duì)鉤 鐵的影響。采用x射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和激光粒度儀等分析測(cè)試手段, 研究了混合粉的物相組成、顯微組織和顆粒尺寸。結(jié)果表明，預(yù)磨30 min混合 粉混合均勻且粒度降低。分別球磨16、24、32 h后，16 h時(shí)粒度最小，其平均 粒度為1 263. 5±1 435.0 rnn。球磨24 h和32 h后，混合粉中有新相feq生 成，且顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，球磨最佳時(shí)間為16 ho關(guān)鍵詞：鉤鐵;高能球磨;球磨時(shí)間;組織;

2、粒度;作者簡(jiǎn)介：曹保衛(wèi)（1975-），陜西榆林人，博士，講師.研究方向：化工機(jī)械、 光催化技術(shù)、光電材料等領(lǐng)域的研究.電話e-mail:ylcaobaowcisinei. com收稿日期：2017-06-16high-energy ball-milling technique of addition reagent of steelmakingcao baowei zhang xicollege of chemistry and chemical engineering, yulin university; school of materials science an

3、d chemical engineering, xi' an technologicaluniversity;abstract：the effect of milling time on few powder was studied by high-energy ball-milling method using the mixed powder composed of few powder and graphite powder as raw materials. the phase composition, microstructure and particle size of t

4、he mixed powder were investigated by xrd, sem and laser particle size analyzer. the results show that the mixed powder is homogeneously and the particle size wi 11 reduce after 30 min. the minimum particle size is about 1 263. 5± 1 435. 0 nm at 16 h after ball milling 16, 24 and 32 h, respectiv

5、ely. the new phase fe3o4 is formed in the mixed powder after 24 h and 32 h, and the agglomeration of the particles is serious.therefore, the best ball-milling time is 16 h.keyword：few; high-energy ball-mil ling; milling time; microstructure; particle size;received： 2017-06-16鉤鐵作為含餌合金鋼的主要合金添加劑，主要用于冶煉

6、合金工具鋼、高速工具 鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、耐熱鋼、彈簧鋼、磁鋼、不銹鋼等鋼種，起到細(xì)化晶粒的效果, 提高鋼的紅硬性、耐磨性和沖擊韌度1,2。但是，由于越來越多的高速鋼等鋼 種逐漸被硬質(zhì)合金代替，而在煉制含鵠鋼種吋，作為添加劑的鉤鐵又越來越多 地被口鉤礦或合金口鉤礦所代替，因而近年來鉤鐵工業(yè)顯得有萎縮趨勢(shì)。但煉鋼 用餌鐵并不能全部被取代，因此餌鐵仍有其不可或缺的價(jià)值3。高能球磨法是制備超細(xì)粉體材料的一種重要方法，利用高能球磨法制備的金屬 粉末具有產(chǎn)量高、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠制備出高熔點(diǎn)的金屬或合金材料 £11。高能球磨法從20世紀(jì)60年代岀現(xiàn)以來，越來越受到人們的極大重視，并 廣泛應(yīng)用

7、于合金、超導(dǎo)材料、磁性材料、過飽和固溶體材料、金屬間化合物，以 及非晶、準(zhǔn)晶納米晶等亞穩(wěn)態(tài)材料的制備固。在高能球磨過程中，粉末被反復(fù) 破碎和焊合，導(dǎo)致出現(xiàn)了大量新鮮的結(jié)合界面，形成了細(xì)化的多層狀復(fù)合顆粒。 隨著球磨的不斷進(jìn)行，由于塑性變形、內(nèi)部缺陷（空位、位錯(cuò)等）的增加，從而 使晶粒得到細(xì)化6。本文利用鵠鐵粉和石墨粉組成的混合粉為原料，通過高能球磨法研究球磨時(shí)間 對(duì)鉤鐵的影響，對(duì)鉤鐵作為煉鋼添加劑時(shí)合理選擇工藝參數(shù)具有一定指導(dǎo)意義。1實(shí)驗(yàn)材料與方法本實(shí)驗(yàn)選用粒度為45 um的fe w-80粉末和石墨粉為原料，其成分如表1。表1實(shí)驗(yàn)用fe w-80粉末和石墨粉的化學(xué)成分w (%) tab. 1

8、chemical component of fe w80 and graph i te powder下載原表為保證加入的fe w粉和石墨粉完全反應(yīng)，則w和c元素的比例必須為1 ： 1。設(shè) 加入餌鐵xg,石墨yg,則：解得 x : y=18. 9 : 1根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，選擇配比為x : y=20 : k將混合粉末倒入球磨罐，調(diào)整轉(zhuǎn)速為150 r/min,研磨30 min,進(jìn)行混料，目的 是為了使兩種粉末混合均勻。之后調(diào)整轉(zhuǎn)速為300 rad/min,分別球磨16、24、 32 ho為防止粉末能量過高引燃粉末，每次靜置24h后取出粉末。對(duì)預(yù)磨30min和高能球磨16、24、32h的樣品分別進(jìn)行x

9、rd測(cè)試和粒度分析，同 時(shí)利用掃描電鏡對(duì)樣甜的組織形貌進(jìn)行觀察。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論2. 1預(yù)磨對(duì)混合粉末組織、物相與粒度分布的影響 圖1是鉤鐵粉和石墨以150 rad/min在球磨機(jī)中預(yù)磨30 min后的粒度分析圖像。 由圖像可知，經(jīng)過30 min預(yù)磨混合后，顆粒的直徑主要集中在219. 6±92. 5 nm 和1 988. 1±1 483.6 run兩個(gè)峰值附近,平均粒度為1 762. 7±1 672. 5 nm,已 知原始粉末粒度為45 p m,而經(jīng)過30inin預(yù)磨混合后，平均粒度為1 263.5±1 435.0 nm,說明粉末粒度明顯降低。圖1預(yù)磨

10、30 min混合粉末的粒度分析圖像fig. 1 grading analyzing of the mix-powder after pre-grinding for 30 min下載原圖 圖2是鉤鐵粉和石墨以150 rad/min在球磨機(jī)中預(yù)磨30 min后的xrd圖像?？?以看出，經(jīng)過30 min預(yù)磨混合后，粉末的主要物相為g、w、fe2w. fe2c,其中 的g是外加石墨的主要物相，w和fezw是外加鵠鐵的主要物相。另外，可以看到 fezc的生成，說明在鉤鐵粉末和石墨粉末預(yù)磨的過程中，不但包括混合粉末的 均勻化，還伴隨著鐵碳化合物的生成。圖2預(yù)磨30 min混合粉末的xrd圖譜分析fig.

11、 2 xrd spectrum of the mix-powder after pre-grinding for30 min 卜載原圖 圖3是鉤鐵粉和石墨粉混合后以150 rad/min在球磨機(jī)屮預(yù)磨30 min的顯微組 織?？梢钥吹?，經(jīng)過30 min預(yù)磨混合后，粉末呈大顆粒不規(guī)則層片狀的，大塊 的層片狀顆粒中間夾雜少量著小塊的顆粒。結(jié)合圖1粒度分析結(jié)果，顆粒的直徑 存在兩個(gè)峰值，這正是由于同吋存在了粒徑相差明顯較大的不同顆粒。2.2球磨不同時(shí)間對(duì)混合粉末組織、物相與粒度分布的影響 圖4是鉤鐵粉和石墨粉混合后以300 rad/min球磨16、24、32 h的粒度分析圖 像。由圖可知，粉末經(jīng)過1

12、6h球磨后，顆粒的直徑峰值為332.8±11 &9nni和 3 184. 6±1 672.5 nm,平均粒度為 1 263. 5±1 435.0 nm。粉末經(jīng)過 24 h 球磨 后，顆粒的直徑峰值為6721952. 4 nm,平均粒度為1 325. 4±1 411.4 nm。粉 末經(jīng)過32 h球磨后，顆粒的直徑峰值為171. 5±50.8 nm和4 258. 5±1 955. 9 nm, 平均粒度為 3 159. 8±2 466.0 nm。圖 3 預(yù)磨 30 min 混合粉末的顯微結(jié)構(gòu) fig. 3 microstr

13、ucture of the mix-powder after pre-grinding for 30 min下載原圖圖4球磨不同時(shí)間混合粉末的粒度分析fig. 4 grading analysis of the mix-powder after mi 1 ling different times 下載原圖 圖5是鉤鐵粉和石墨粉混合后以300 rad/min研磨16、24、32 h的xrd圖像，由 圖像可知，研磨16 h后的物相為w、fsw、fec 其屮g完全消失了，沒有新相 的生成。石墨消失可能是由于在球磨過程中沒有隔絕空氣，石墨和氧氣發(fā)生反應(yīng), 生成血消失了。當(dāng)球磨24h時(shí)，從圖5 (b)可

14、以看出有新相生成，新相為feq。 這可能是由于石墨被消耗完了導(dǎo)致鐵和氧氣發(fā)牛了氧化反應(yīng)，產(chǎn)牛了 feq。球 磨32 h吋，從圖5 (c)可知，沒有新相的產(chǎn)生，也沒有1 口相的消失，樣品成分 沒有發(fā)生改變。粉末的主要物相同樣為為w、fe2w. ee2c. feq,其中的w和fe?w 是外加鵠鐵的主要物相。圖6是鉤鐵粉和石墨粉混合后以300 rad/min研磨16、24、32 h的顯微形貌。 圖6 (a)和(b)為球磨16 h的混合粉末形貌，可以看到，小顆粒出現(xiàn)了一定 程度的團(tuán)聚，但整體較為均勻。當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到24h時(shí)，呈不規(guī)則層片狀顆粒的 團(tuán)聚現(xiàn)彖更加明顯，隨著球磨時(shí)間延長(zhǎng)至32 h,小顆粒團(tuán)聚

15、更加嚴(yán)重，岀現(xiàn)粘 接現(xiàn)象，形成尺寸較大的大顆粒。這也解釋了為什么隨著球磨時(shí)間的增加，測(cè)量 的混合粉末的粒度沒有減小而是呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。圖5球磨不同時(shí)間混合粉末的xrd圖譜分析fig. 5 xrd spectrum of the mix-powder after mil ling differen t ti mes下載原圖圖6球磨不同時(shí)間混合粉末的顯微結(jié)構(gòu)fig. 6 microstructure of the mix-powder after milling different times下載原圖3結(jié)論(1) 預(yù)磨30 min對(duì)粉末中的物質(zhì)組成并沒有影響，但是粉末的粒度大幅度下降, 同時(shí)使粉末混合均勻。(2) 球磨16 h后，粉末中的石墨徹底消失，可能是由于球磨時(shí)沒有隔絕空氣， 使得石墨氧化，生成了 co?。(3) 在球磨24 h和32 h后，粉末中產(chǎn)生了 feq,這可能是由于球磨16 h后石 墨完全消耗，沒有了石墨的保護(hù)，鐵和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的。(4) 球磨16、24和32h后，粉末都出現(xiàn)了不同情況的團(tuán)聚，使得粉末粒徑增加, 所以要獲得細(xì)小的粉末，球磨最佳時(shí)間為16 ho參考文獻(xiàn)1 劉冰，吳麗玉，徐建軍淺析鉤鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品研制中樣品粒度的確定c/中國(guó) 金屬學(xué)會(huì)全國(guó)第23屆全國(guó)鐵合金學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集(下).2014:720-724.2 宋鵬心，張健，楊志強(qiáng)，等離心澆鑄制樣