不銹鋼丸密度大，內(nèi)部致密性好，而且有一定的防腐蝕能力，拋丸清理和強(qiáng)化時(shí)表面硬度高，粉塵低，能夠突出金屬本色，其諸多的優(yōu)點(diǎn)，為其普及使用創(chuàng)造了條件，目前在鑄造件表面清理中，不銹鋼丸作為拋丸介質(zhì)得到了普及，但是不銹鋼丸在對(duì)鋁合金壓鑄件、鋅合金壓鑄件等表面清理過程中，可能會(huì)因?yàn)楸砻嬗捕雀摺⒚芏却笠约捌渌驅(qū)е聦?duì)工件的損傷，為了避免以上問題的發(fā)生，同時(shí)提高表面處理效果，我們選擇混合不銹鋼丸方案。

鋁丸與不銹鋼丸混合：

在鑄造鋁合金工件表面拋丸清理中，為了避免帶入有害雜質(zhì)，又能防止工件損傷，一般選用鋁丸作為拋丸清理介質(zhì)，但是鋁丸的只要成分是鋁、而鋁合金鑄造件的主要成分也是鋁，拋丸過程中必然引起大量鋁粉塵，鋁粉濃度達(dá)到一定程度，會(huì)發(fā)生燃爆，存在安全隱患；

在此后的拋丸工藝研究中，我們發(fā)現(xiàn)可以使用不銹鋼丸取代鋁丸，作為拋丸清理強(qiáng)化的主要介質(zhì)，它自身不產(chǎn)生鋁粉塵，可以有效降低拋丸過程中的鋁粉濃度，降低拋丸過程中的燃爆風(fēng)險(xiǎn)，而且不銹鋼丸的硬度、密度高，理論上的清理效果更好，但是不銹鋼丸以上的特征，導(dǎo)致其在拋丸過程中，可以對(duì)鑄鋁件外表面形成破壞（鋁合金壓鑄件硬度相對(duì)低）；

鑒于以上原因，我們?yōu)榱司C合兩種丸粒的優(yōu)勢(shì)，采取將不銹鋼丸和鋁合金丸混合配比后，成為新的混合不銹鋼丸磨料，用于鋁合金鑄造件拋丸清理。

鋅丸與不銹鋼丸混合：

鋅丸一般用于鋅合金鑄造件，但是也存在硬度、化學(xué)性質(zhì)活潑等多方面的缺點(diǎn)，所以可以將鋅丸與不銹鋼丸配比混合稱為新的不銹鋼丸、鋅丸混合磨料，用于鋅合金鑄造件的表面拋丸；

銅丸與不銹鋼丸混合：

銅丸一般用于銅合金鑄造件拋丸清理，但考慮到銅的硬度、延展性以及價(jià)格因素，我們一般也可以選用不銹鋼丸與銅丸混合制成新混合磨料，用于銅合金的拋丸清理。

專業(yè)不銹鋼丸與有色金屬丸粒混合磨料解決方案服務(wù)商，歡迎聯(lián)系我們，獲取更多磨料混合方案！

在拋丸清理和噴丸強(qiáng)化過程中，均需要使用鋼丸介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)清理強(qiáng)化，鋼丸友鑄造鋼丸、鋼絲切丸、不銹鋼丸等，考慮到運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性，使用壽命、環(huán)保性以及一些其他噴拋工藝改性技術(shù)要求因素，不銹鋼丸在實(shí)際使用中，具有良好的性價(jià)比，是一種廣泛使用的鋼丸介質(zhì)。

不銹鋼丸主要為304不銹鋼丸，以及410、430等不銹鐵系列，304不銹鋼丸主要以鎳、鉻為防腐合金材料，而410、430主要以鉻為防腐合金材料，在實(shí)際拋丸清理過程中，304不銹鋼丸拋丸后的金屬表面比410、430具有更好的防腐性、不易生銹。

價(jià)格上，304不銹鋼丸一般情況下會(huì)高于410、430不銹鋼丸，這和鎳、鉻的市場(chǎng)報(bào)價(jià)波動(dòng)有較大關(guān)系，考慮到表面防腐時(shí)間、以及光整效果，以及一些有色金屬鑄造件表面的特殊要求，304不銹鋼丸適應(yīng)性更強(qiáng)。

不銹鋼丸的表面硬度從HRC30-65均可，不銹鋼丸在拋丸清理和噴丸強(qiáng)化過程中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，表面硬度會(huì)變得越來越高，噴拋效果越來越好，但磨損消耗也加速，不銹鋼丸在拋丸清理中自身不易產(chǎn)生粉塵，環(huán)保性較好。

應(yīng)為致密性好的原因，不銹鋼丸使用壽命比鑄鋼丸更長(zhǎng)。

專業(yè)不銹鋼丸生產(chǎn)廠家，制造生產(chǎn)各類拋丸清理不銹鋼丸、噴丸強(qiáng)化不銹鋼丸，為您提供專業(yè)的不銹鋼丸解決方案。

在表面處理行業(yè)中，不銹鋼丸泛指304不銹鋼丸、430不銹鋼丸、410不銹鋼丸、210不銹鋼丸等牌號(hào)的不銹鋼丸；狹義上一般默認(rèn)為304不銹鋼丸，410和430則為不銹鐵丸。

我們知道在拋丸清理和噴丸強(qiáng)化中，使用的鋼丸種類其實(shí)比較多，一般有鑄鋼丸、高低碳鋼絲切丸，不銹鋼丸、鋅丸、鋁丸、銅丸等，但由于各類鋼丸等材質(zhì)不同、密度不同、抗沖擊不同，以及噴丸拋丸強(qiáng)化后表面粗糙度、光澤、抗氧化等性能不同，我們?cè)趯?shí)際使用過程中，往往會(huì)多方面考慮，選擇合適的鋼丸磨料，作為拋丸清理強(qiáng)化介質(zhì)，而不銹鋼丸是目前應(yīng)用廣泛、選擇比較多的鋼丸種類，那么它具體有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

第一，不銹鋼丸密度較鑄鋼丸要高，能夠在相同速度下，獲得更大的動(dòng)能，沖擊工件表面，清理和強(qiáng)化效果好；

第二，不銹鋼丸歐文循環(huán)壽命長(zhǎng)，不銹鋼丸是一種高質(zhì)量不銹鋼絲切丸，內(nèi)部具有很高的致密性，抗沖擊能力強(qiáng)，不易粉碎，不易產(chǎn)生灰塵，使用壽命長(zhǎng)，具有很好的經(jīng)濟(jì)性；

第三，運(yùn)輸方便，相對(duì)于堆積密度小的鑄鋼丸，以及其他鋼丸，它密度較大，運(yùn)輸占用體積小，運(yùn)輸更為方便；

第四，具有一定的抗氧化、防銹能力，比起傳統(tǒng)的金屬丸粒，不銹鋼丸在對(duì)工件表面拋丸清理或者噴丸強(qiáng)化后，工件表面具有一定的防銹性能，為工件后續(xù)處理提供了較好的防護(hù)；

第五，不銹鋼丸拋丸后，金屬工件會(huì)凸顯金屬色澤，能夠起到增加金屬光澤以及光整的效果；

第六，相對(duì)于銅丸等，不銹鋼丸在一些拋噴丸處理過程中具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

專業(yè)不銹鋼丸等磨料生產(chǎn)廠家，為您提供全面的鋼丸磨料解決方案，歡迎聯(lián)系咨詢。

對(duì)鋼材實(shí)施拋?(噴?)丸處理?,能最大限度地去除其表面的銹跡 。過去?,多重視拋?(噴?)丸設(shè)備及清理效果?,?忽視了對(duì)鋼丸自身磨損過程的研究?,因而其清理效果 往往不盡人意。清理效果除了直接與鋼丸自身的質(zhì) 量,如成分、硬度、粒度和密度等有關(guān)外,還與其歐 文壽命和磨損過程有關(guān) 。為此?,本工作用歐文壽命試 驗(yàn)機(jī)模擬拋?(噴?)丸清理設(shè)備?,用?100%替代法測(cè)定高 碳鑄鋼丸的歐文壽命?,并觀察其磨損失效形式?,分析 討論磨損失效的過程?,為提高鋼丸的品質(zhì)做了前期基 礎(chǔ)工作 。

1?試 驗(yàn)

1. 1?試樣的選用

選用離心霧化成型的鑄態(tài)高碳鑄鋼丸?(簡(jiǎn)稱鋼 丸),化學(xué)成分?(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):0. 930%C,0. 640%Si, 0. 650%Mn,0. 019%S,0. 044%P,余量為?Fe。鋼丸經(jīng)?840?°C二次淬火?, 550?°C回火后?,取無異形、裂紋、氣孔和收縮缺陷的顆粒作為試樣,其主要性能參數(shù)見表表?1?。

1.2 測(cè)試方法

選取?20 g鋼丸試樣?,用歐文壽命試驗(yàn)機(jī)模擬鋼丸 清理過程?,拋射速度為?61 m / s, 100%替代法測(cè)試其歐 文壽命為?2 995次。假設(shè)?3 000次時(shí)鋼丸已完全消耗?,?則循環(huán)次數(shù)最大為?2 500?次?,從?500?次開始?,每隔?500?次為?1個(gè)周期?,得到?5組磨損樣品。用?40目篩篩分每 周期磨損后的鋼丸?,去除細(xì)小粉末?,用?JSM?26700F型掃 描電子顯微鏡?(?SEM?)觀察形貌?,分析磨損失效形式?,在10倍放大鏡下觀察各磨損失效形式的比例?(質(zhì)量比?)?,?用?HP SJ8250型掃描儀記錄鋼丸粒度和形貌的變化。

2?結(jié)果與分析

2. 1磨損失效形貌

對(duì)?5組磨損樣品用掃描電鏡觀察后發(fā)現(xiàn):在不同 循環(huán)次數(shù)下?,鋼丸樣品的磨損失效形式可歸納為表層 剝落和心部脫落?2大類?,屬于沖擊磨損?,具有不同的磨 損形貌和產(chǎn)生機(jī)理?,導(dǎo)致不同的磨損速度 。

2. 1. 1?表層剝落

鋼丸磨損樣品呈多面球形?,其磨損失效形式為表層剝落?(見圖?1a)。鋼丸在歐文壽命機(jī)內(nèi)循環(huán)被高速拋到硬靶(硬度?>63HRC)上,其動(dòng)能除轉(zhuǎn)化為熱量外,?大部分被鋼丸自身及碰撞的靶表面層所吸收?,引起鋼 丸球面的局部塑性變形并形成?1個(gè)“小平面 ”結(jié)構(gòu)?,此 處為壓應(yīng)力,每次拋打都會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)?1個(gè)不同的小平 面?,使鋼丸呈多面球形。表層位錯(cuò)滑移形變發(fā)生加 工硬化?,引起鋼丸表面硬度和強(qiáng)度提高,塑性和沖擊 韌性降低 。兩側(cè)小平面所受壓應(yīng)力方向和大小不同?,?小平面交界處呈現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度或 剪切強(qiáng)度時(shí)?,表層出現(xiàn)橫向裂紋?,局部表層撕裂而翹起(見圖?1b)。多次拋打沖擊后,裂紋繼續(xù)橫向擴(kuò)展并相 互貫通?,發(fā)生表層剝落?(見圖?1c)。從圖?1d可以看 出?,斷裂韌窩比較平整?,說明裂紋橫向擴(kuò)展并導(dǎo)致受力 表面與基體發(fā)生撕裂?,表層的剝落是低周次疲勞韌性 斷裂。

2. 1. 2?心部脫落

鋼丸磨損樣品中有的心部缺損或呈半狀的碎粒?,其磨損失效形式為心部脫落?(見圖?2a)。鋼丸雖經(jīng)回火 熱處理?,硬度降低?,沖擊韌性提高?,但仍然會(huì)因造粒霧 化成丸急冷凝固時(shí)心部發(fā)生碳析反應(yīng)?,在高溫下析出?C O ,?形 成 嚴(yán) 重 氣 孔 、疏 松 、夾 雜 物 等 缺 陷?,?使 組 織 致 密 性 降低??。當(dāng)鋼丸受力時(shí)?,韌性比較好的表層部分發(fā)生 剝落?,受到表層形變的影響?,心部會(huì)產(chǎn)生裂紋?,且極易 沿心部缺陷縱向擴(kuò)展?,使心部逐漸松動(dòng)?,當(dāng)裂紋擴(kuò)展至 表層?,且表層所受交變負(fù)荷超過材料疲勞極限時(shí)?,表層 將發(fā)生破裂而引起鋼丸破碎?(見圖?2b)。圖?2c為圖?2b?中表層端口處的等軸韌窩形貌?,可見表層為裂紋縱向 擴(kuò)展引起的韌性斷裂 。松動(dòng)的心部會(huì)沿破碎處呈塊狀 脫落?,形成?1個(gè)空心鋼丸?(見圖?2d)?,脫落后碎粒的外表 面會(huì)再次發(fā)生表層剝落 。

2. 2?磨損前后粒度及形貌變化

鋼丸以一定動(dòng)能拋?(噴?)到歐文壽命機(jī)的硬靶上?,最 明顯的變化是平均粒度的減小。圖?3是掃描儀記錄的 磨損過程中鋼丸粒度及形貌的變化圖 。從圖中可以看 出?,磨損前鋼丸呈均勻的球形?,平均粒度為?1. 7 mm;經(jīng)過500次循環(huán)后?,約有?40%顆粒破碎并產(chǎn)生塊狀顆粒及更 小的碎粒粉?,發(fā)生心部脫落?,但大部分顆粒呈多面球形?,?發(fā)生表層剝落?,平均粒度降低幅度不大?;循環(huán)次數(shù)增加到1 000次時(shí)?,只有約?20%的顆粒呈多面球形?,粒度大于?1. 0mm ,大部分顆粒粒度小于?0. 5 mm ,降幅明顯?,顯然是表 層剝落的顆粒破碎?,引起了心部脫落?;當(dāng)循環(huán)次數(shù)增加到?2 500次時(shí)只有約?1%的顆粒呈球形?,其粒度在?0. 5 mm以下?,說明心部脫落引起了粒度的大幅度降低 。

2. 3?磨損失效形式比例及損耗量比例?

設(shè)鋼丸磨損前的原始質(zhì)量為?m?t?,磨損各階段的損耗量為?mm l?,表層剝落顆粒質(zhì)量為?m?s?,心部脫落顆粒質(zhì) 量為?mc?,用?ms?/mt?和?mc?/mt?分別表征相同循環(huán)次數(shù)下?2種磨損失效形式的比例。圖?4為?2種磨損失效形式 比例和損耗量比例與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。可見?, 2種磨損 形式的比例均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)?,但其峰值出 現(xiàn)的位置不一樣?,?m?s?/m?t?在?500次循環(huán)時(shí)達(dá)到峰值?,而?mc?/mt在1000次才達(dá)到峰值,即在較低循環(huán)次數(shù)時(shí)以 表層剝落為主?,隨循環(huán)次數(shù)增加?,心部脫落比例增加?,?占主導(dǎo)地位。500次之內(nèi)?,ms?/mt?和?mc?/mt?均呈上升趨 勢(shì)?,是由于新鋼丸在低周次循環(huán)時(shí)不斷發(fā)生表層剝落?,?其中只有小部分發(fā)生表層剝落的鋼丸所受應(yīng)力超過低 周疲勞極限而發(fā)生心部脫落;在?500~1 000次內(nèi)循環(huán) 時(shí)?,ms?/mt?驟然下降?,mc?/mt?上升且占主導(dǎo)地位?,說明大 部分表層剝落的顆粒已經(jīng)發(fā)展為心部脫落?,發(fā)生心部 脫落的顆粒數(shù)量相對(duì)增加?; 1 000?~2 500次循環(huán)時(shí)?,?ms?/mt和?mc?/mt?均下降?,但?mc?/mt?占主導(dǎo)?,說明此階段 不但表層剝落的顆粒不斷發(fā)生心部脫落?,而且心部脫 落的顆粒也明顯地破碎損耗?,但?m?c?/m?t?下降的幅度要 明顯大于?m?s?/m?t?,說明心部脫落引起了較高的破碎率 。

損耗量包括歐文壽命機(jī)內(nèi)被除塵袋除去的小于 0. 300 mm 的碎屑和磨損后通過 0. 425 mm 篩孔篩下的 碎粒 。圖 4中的損耗量比例曲線顯示了損耗量與循環(huán) 次數(shù)的關(guān)系 ,呈逐漸上升的類拋物線狀 ,損耗量隨循環(huán) 次數(shù)的增加而不斷增加 , 500次和 1 000次時(shí)損耗量占 原始總量的 10. 5%和 18. 1%,而 1 500次時(shí)達(dá)到 43. 1%,2 000次和 2 500次后分別達(dá)到 61. 1%和 84. 2%;曲線的斜率代表了磨損速率 ,可見 1 000次以 前磨損較慢 , 1 500次以后磨損速度加快 ,這也說明在 較低周次 m s /m t 占主導(dǎo)地位時(shí) ,引起的損耗量較小 ,而

在較高周次mc /mt占主導(dǎo)地位時(shí),引起的損耗量大。 由上可知 ,鋼丸的磨損失效屬于沖擊磨損 ,循環(huán)初 期表現(xiàn)為表層剝落 ,隨著循環(huán)次數(shù)的增加 ,鋼丸所受應(yīng) 力累加 ,超過其低周疲勞極限時(shí) ,發(fā)生破碎 ,產(chǎn)生心部 脫落 ,從而引起了粒度明顯降低和損耗量明顯增加 ,直至大部分表層剝落轉(zhuǎn)變?yōu)樾牟棵撀?。高品質(zhì)的鋼丸磨 損失效形式應(yīng)以表層剝落為主 。

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)二次淬火?+回火處理的高碳鑄鋼丸,其拋?(噴?)丸產(chǎn)生沖擊磨損?,磨損失效形式包括表層剝落和心部脫落 。

(2)用?100%替代法測(cè)得鋼丸樣品的歐文壽命為2 995次?;隨循環(huán)次數(shù)的增加?,平均粒度逐漸降低?,損耗 量明顯增加?, 0~500次循環(huán)磨損較慢?, 1 000~1 500次 循環(huán)磨損速度較快 。

(3)鋼丸的磨損失效過程為低周次時(shí)破碎率較低 , 出現(xiàn)表層剝落 ,隨著循環(huán)次數(shù)增加 ,所受應(yīng)力累加 ,當(dāng) 其超過低周疲勞極限時(shí) ,表面剝落的顆粒逐漸發(fā)展為 破碎率較高的心部脫落顆粒 ,直至鋼丸失效 。

本研究是在保證產(chǎn)品有足夠硬度的基礎(chǔ)上 ，提高 鋼丸的韌性 ，既提高鋼丸的清理效率 ，同時(shí)又延長(zhǎng)鋼?丸的使用壽命。通過調(diào)整鋼丸的化學(xué)成分進(jìn)行微合金 化，采用等溫淬火熱處理工藝獲得下貝氏體為主的混 合組織 ，達(dá)到提高鋼丸性能 、延長(zhǎng)鋼丸使用壽命的 目的 ， 獲 得 高 韌 性 鋼 丸 。 選 擇 合 適 的 淬 火 介 質(zhì) ， 確 保 奧 氏體 的轉(zhuǎn) 變溫 度和保 溫 時(shí)間 。借助 于顯微 鏡 ，觀察 鋼 丸的金相組織 ，分析下貝氏體的含量與分布。測(cè)試分 析等溫淬火鋼丸的力學(xué)性能 ，主要包括鋼丸的韌性和耐磨性 ，并與高碳鋼丸進(jìn)行比較。

1 研究過程

鋼丸的生產(chǎn)工藝流程 :熔煉造粒一粗分一淬火一 精 分 一 包 裝 。

1.1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)
在鋼丸中 ，碳元素可 以形成碳化物和固溶強(qiáng)化 ，提高鋼丸的耐磨性和強(qiáng)度。降低鐵碳合金的熔點(diǎn) ，增 加鋼液的表面張力，增加成丸的分散度，減小顆粒度， 提 高 鋼 丸 的 圓 度 。 硅 元 素 的 含 量 在 0 .4 % 范 圍 內(nèi) 有 以 下 優(yōu)點(diǎn)，降低熔點(diǎn)，改善流動(dòng)性，并起鋼液脫氧作用; 固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度 ，改善鋼 的熱裂傾 向，但是 ， 含量過高時(shí)，則引起斷面收縮率下降，特別是沖擊韌 性顯著降低 ，增加鋼丸脆性 ，容易破碎 ，因此 ，含硅 量應(yīng)控制在 0.60%~1.50%之間。錳元素可以與鐵元素 形成無限固溶體 ，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化 ，提高鋼的強(qiáng)度和硬度 ;另一方面 ，可以增加流動(dòng)性 ，縮小結(jié) 晶溫度范圍， 與硅一起發(fā)揮鋼液復(fù)合脫氧作用 。錳元 素可提高硅 、?鋁的脫氧效果 ，也可以與硫形成硫化物 ，去除硫的有害作用。磷元素是有害元素，雖然有較強(qiáng) 的固溶強(qiáng)化?作用 ，能提高鋼的強(qiáng)度和硬度 ，但是磷化物可以強(qiáng)烈 地降低鋼的韌性 ，增加低溫脆性 ，增加鋼丸的破碎率 ， 應(yīng)該嚴(yán)格控制 。硫元素也是有害元素 ，硫只溶于鋼液 中，而且在固溶體 中的溶解度很小 ，凝固過程中產(chǎn)生?嚴(yán)重的硫偏析 ，導(dǎo)致鋼的熱脆性 。鎢元素是碳化物形?成元素 ，提高材料的硬度和耐磨性 ，提高奧氏體穩(wěn)定 性 ，促進(jìn) C曲線右移。鉬元素類似于鎢元素 ，也是碳 化物形成元素 ，提高材料的硬度和耐磨性 ，提高奧 氏 體穩(wěn)定性 ，促進(jìn) C曲線右移。鋁起鋼液脫氧作用及細(xì) 化晶粒 ，可以提高抗氧化性能及抗氧化性酸類 的腐蝕?作用 ，在鋼液 中加人一定 的鋁 ，能夠排 除氣體雜質(zhì) ， 防止鋼丸產(chǎn)生氣孔及疏松，提高致密度。通過查 閱大量技術(shù)資料，最終確定鋼 丸的成分控 制范圍 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)):0.85% 1.20%C，0.60%~1.50%Si，?0.60%~1.50% Mn，0.10%~0.45% W ，0.10%~0.45% Mo， P ≤ 0 .0 4 % . S ≤ 0 .0 4 % 。

1.2 鋼丸的熔煉造粒工藝

1.2.1 熔煉

采用中頻感應(yīng) 電爐熔煉 ，準(zhǔn)備成分 比較純凈 的碳素 鋼 廢 料 料2~3t;鐵合金:硅鐵，錳鐵，鎢鐵，鉬鐵。考慮到 鐵合金 中的合金元素含量多少 ，分別按照 目標(biāo)成分進(jìn)?行 配 料 ， 見 表 1。

為了確保成分的準(zhǔn)確性 ，每爐不要熔煉太多 ，1t 左 右 為 宜 ， 出 鋼 溫 度 ( 1 6 0 0 +_ 3 0 ) °C ， 注 意 脫 氧 處 理 。分別按照三個(gè) 目標(biāo)成分 各熔煉 1t鋼液并進(jìn)行造粒 。

1.2.2 造粒

采用高壓 噴水 裝置進(jìn) 行造粒口]，造粒 前注 意把水 池 中的其他鋼丸清理干凈 ，不要與其他鋼丸混淆。對(duì)應(yīng) 上述三種目標(biāo)成分鋼液分三組 1、2、3造粒，并且分類保存。
水噴法時(shí)高壓水流的噴射方 向和金屬流流動(dòng)方向的夾角可以成垂直，如圖 1所示 。外部水流經(jīng)高壓水 泵加壓后噴射出來 ，把金屬流破碎成顆粒狀液滴 。這?些金屬液滴在飛行過程中，由于表面張力的作用而變?成球形 ，然后落入水中冷卻 、凝 固。水噴法控制的噴?射 壓 力 為 0 .7 – 0 .2 5 M P a 。

1.2_3 篩 分

使用篩分設(shè)備 ，分別把 1、2、3鋼丸進(jìn)行篩分，按照 不 同的粒 度大小進(jìn) 行分類存放 。

1.3 鋼丸的等溫淬火

1.3.1 等溫淬火的理論基礎(chǔ)

過冷奧氏體組織將要發(fā)生分解和轉(zhuǎn)變 ，隨著過冷?度的不同，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不同，如圖 2所示，共析鋼當(dāng) 過冷度較小時(shí) ，奧氏體在較高溫度范圍內(nèi)分解 ，產(chǎn)物 為珠光體;過冷度很大時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;在?二者之間的溫度范圍內(nèi)發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變 ，形成貝氏體組?織。加入適 當(dāng)?shù)暮辖鹪貢?huì)使 C曲線右移 ，延長(zhǎng)奧氏 體的孕育期 ，保證過 冷奧 氏體轉(zhuǎn)變的進(jìn)行 。

珠光體組織塑性、韌性好，而硬度、耐磨性不足， 馬氏體結(jié)構(gòu)硬度高，但韌性差 、脆性大。貝氏體分為 上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體形成溫度在 550~350°C 之間 ，上貝氏體是成束平行排列 的條狀鐵素體和條 間 滲碳體所組成的非層狀組織 ;下貝氏體的形成溫度是 350°C至Ms點(diǎn)之間，下貝氏體是片狀鐵素體內(nèi)部有碳?化物沉淀的組織。貝氏體的強(qiáng)度和硬度隨著形成溫度?的降低而提高 ，并且隨著含碳量 的增加而上升，高碳 下貝氏體的強(qiáng)度和硬度高于上貝氏體 ，并且下貝氏體 的韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上 貝氏體 ，下貝氏體 能獲得高強(qiáng)度 、 高 硬 度 和 高 韌 性 的 配 合 。 以 30CrM nSi鋼 為 例 ， 對(duì) 于下貝氏體為主的混合組織,可以獲得更好的硬度和韌性匹配,如圖3所示。

1.3.2等溫淬火裝置
淬火加熱爐采用自制的90KW電阻爐,不銹鋼內(nèi)膽,爐體環(huán)繞電阻絲。加熱爐旁邊放置淬火槽,也是采用電阻絲加熱。帶有鎳鉻鎳硅自動(dòng)控溫儀。
1.3.3等溫淬火工藝
鋼丸的等溫淬火工藝如圖4所示,對(duì)1″、2″、 3″鋼丸分別進(jìn)行淬火加熱,淬火過程如下。
(1)淬火加熱溫度: (800±20) ℃。在淬火加熱爐內(nèi)把鋼丸加熱到預(yù)定溫度,并且保溫1h,使奧氏體均勻化。
(2)淬火介質(zhì):硝酸鉀和亞硝酸鈉, 55%
KNO,+45%NaNO20
(3)淬火介質(zhì)加熱:設(shè)計(jì)制造一個(gè)介質(zhì)加熱裝置,包括爐子和淬火槽,把介質(zhì)加熱到300-350℃,恒溫。
(4)等溫淬火過程:把加熱好的鋼丸放入淬火介質(zhì)中,保溫20 min,然后取出空冷。放入過程要快速平穩(wěn),防止淬火介質(zhì)飛濺燙人。不要一次放入鋼丸太多,防止介質(zhì)升溫。保溫過程中要監(jiān)控溫度。

1.4 鋼丸的后處理

淬火后的鋼丸要進(jìn)行冷卻、清洗、干燥,然后包裝。鋼丸經(jīng)過保溫20min等溫淬火后,放在空氣中自然冷卻到室溫狀態(tài),其間不要用水激冷,以免產(chǎn)生氧化現(xiàn)象。淬火冷卻后的鋼丸,表面粘有少量淬火介質(zhì),用溫水去除。沖洗干凈的鋼丸可以自然涼干,也可以通干燥空氣風(fēng)干,或者在紅外線加熱爐內(nèi)干燥,干燥溫度不能太高,幾十度為宜。

2研究結(jié)果及分析

2.1 化學(xué)成分分析
分析鋼丸的化學(xué)成分,檢驗(yàn)是否符合目標(biāo)成分,分析結(jié)果見表2,可以看出,實(shí)際化學(xué)成分,與表1中的目標(biāo)成分基本接近。

2.2金相組織觀察
用OLYMPUS倒置式金相顯微鏡觀測(cè)淬火鋼丸S50的組織形貌,分析下貝氏體的形貌和分布,如圖5所示。圖中,上、中、下每?jī)煞鶊D片分別代表1″、23″鋼丸在不同放大倍數(shù)下的金相組織,可以看出,三種鋼丸的組織都是以貝氏體為主的混合組織,其中,1″鋼丸含有下貝氏體相比例較大, 2″鋼丸馬氏體含量稍多, 3″鋼丸馬氏體含量最多。因而, 1″、2″鋼丸具有較好的韌性、硬度適中, 3″鋼丸韌性較差、硬度較高,這在后續(xù)性能實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。

2.3性能測(cè)試
(1)硬度測(cè)試。每爐檢測(cè)10個(gè)鋼丸的硬度,測(cè)試的結(jié)果如表 3所示。

(2)韌性檢測(cè) 。在壽命試驗(yàn)機(jī)上 ，檢測(cè)鋼丸的循?環(huán) 使 用 次 數(shù) 。 傳 統(tǒng) 鋼 丸 S550 的 循 環(huán) 次 數(shù) 為 2 980、?3020、3050， 平 均 循 環(huán) 次 數(shù) 3016次 ; 1 高 韌 性 鋼 丸S550的循環(huán) 次數(shù) 為 4120、4110、4080，平 均 循環(huán) 次 數(shù) 4 103 次 。 高 韌 性 鋼 丸 的 平 均 使 用 壽 命 是 傳 統(tǒng) 鋼 丸 1 .3 6 倍 。 2 鋼 丸 的 循 環(huán) 次 數(shù) 與 】 鋼 丸 比 較 接 近 ， 3 鋼?丸 的 平 均 循 環(huán) 次 數(shù) 相 對(duì) 較 低 ， 為 3 766 次 ， 但 仍 然 高?于 傳 統(tǒng) 鋼 丸 S550。

3結(jié)論

(1)確定了鋼丸合適 的化學(xué)成分 ，成分控制范圍 (質(zhì) 量 分 數(shù) ) : 0.85% ~ 1.20% C ， 0.60% ~ 1.50% Si，?0 .6 0 % ~ 1 .5 0 % M n ， 0 .1 0 % – 0 .4 5 % W ， 0 .1 0 % – 0 .4 5 % M o ，P ≤ 0 .0 4 % ， S ≤ 0 .0 4 % 。 在 此 范 圍 內(nèi) ， 可 以 把 碳 及 合 金?元 素 控 制 得 低 一 些 ， 有 利 于 優(yōu) 化 鋼 丸 的 組 織 和 性 能 。

(2)制訂了合理的等溫淬火工藝和淬火工藝參數(shù)， 鋼丸淬火加熱溫度 (800+20)°C，淬火介質(zhì) 55% K N O 3+ 4 5 % N a N O 2 ， 介 質(zhì) 加 熱 溫 度 3 0 0 ~ 3 5 0 °C ， 淬 火 保 溫 時(shí) 間 20min。

(3)通過微合金化和等溫淬火工藝，獲得 以下貝氏 體為主的混合組織 ，在保證適 當(dāng)硬度的基礎(chǔ)上 ，提高

了鋼 丸的韌性 。 (4)高韌性鋼丸可以替代一般高碳鋼丸 ，保證了清

理效果，使用壽命是高碳鋼丸的1.36倍。節(jié)約了資 源，具有 良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 .1 不 銹 鋼 表 面 除 鱗

不銹鋼表面氧化鐵鱗的結(jié)構(gòu)與普通碳鋼相 比 ， 金 屬 基 體 表 面 有 一 層 含 Fe、cr、Ni、O、Si成 分 的 致 密 的尖 晶石結(jié)構(gòu) ，只用酸洗的方法很難在短時(shí)間內(nèi)去 除 干 凈 ，必 須 通 過 機(jī) 械 除 鱗 (拋 丸 )加 化 學(xué) 除 鱗 (酸

洗 )的方法來去除。為了縮短不銹鋼除鱗時(shí)間，一般 都 采 用 高 強(qiáng) 度 的 拋 丸 工 藝 ，去 掉 原 料 表 面 80% ~90% 以上氧化鐵鱗后再進(jìn)行酸洗 。

拋丸生產(chǎn)時(shí)，利用拋頭的旋轉(zhuǎn)離心力將鋼丸以 70~80m/s的 速 度 擊 打 在 鋼 板 表 面 ，以 較 大 的 沖 擊 力 清除原料表面氧化鐵鱗 ;原料表面氧化鐵鱗清潔程 度及表面除鱗后 的粗糙度都是影響軋制后不銹鋼成 品表面質(zhì)量 的關(guān)鍵 。清潔度和粗糙度都直接受拋丸 覆蓋率 的影響。拋丸覆蓋率是指鋼板表面直接受拋 丸拋打面積與鋼板總表面積的比率。一般覆蓋率要 達(dá)到 98%以上才能獲得 比較理想的表面清潔度 (IS08501Sa2.5級(jí) )和粗糙度。拋丸覆蓋率是由拋 丸介質(zhì)的粒度分布決定 的。所以 ，不銹鋼表面拋丸除 鱗介質(zhì)及工藝控制是 目前不銹鋼冷軋生產(chǎn)工序 中最重要 的工藝環(huán)節(jié)之一 。

1.2 拋丸介質(zhì)的種類

1)高 碳 鋼 磨 料 :鑄 鋼 丸 (亞 共 析 鋼 )、鋼 砂 (破 碎再加工的鋼丸)、混合磨料 (鋼丸與鋼砂的混 合 )、鋼 絲 切 丸 。

2)低 碳 鋼 磨 料 :低 碳 鋼 丸 (低 碳 貝 氏 體 鋼 丸 )。

3)鑄鐵磨料:鐵丸、鐵砂 (不用于不銹鋼行 業(yè) ) 。

不銹鋼熱板除鱗 拋丸介質(zhì)通常使用 s10粒度 的 高 碳 鑄 鋼 丸 ， 有 的 廠 家 也 使 用 S1 10 和 S170 的 混 合 。考 慮 拋 打 后 的 粗 糙 度 ，S170 以 上 的 鋼 丸 已 很 少 有 廠 家 用 在 不 銹 鋼 冷 板 行 業(yè) 。 s 1 10 的 S A E J4 4 4 標(biāo) 準(zhǔn) 尺寸所占比例情況為:0.50mln的不大于 10%，烈).30 mm的不小于80%， .18mm的不小于10%。用于 不銹鋼的除鱗介質(zhì)必須具有良好的硬度 (‰ 為 45~53)及 較 長(zhǎng) 的 疲 勞 壽 命 (150 0次 以 上 )。

1.3 拋丸除鱗介質(zhì)的制造工藝

高碳鑄鋼丸的生產(chǎn)通常有 以下幾種方式 :

1)離 心 法 。 鋼 水 通 過 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 帶 孑L的 碗 狀 離 心器 ，在離心力的作用下鐵水呈粒狀甩到水池 中，這 種制造工藝的鋼丸形狀好 ，但鋼丸在收縮過程 中容 易將空氣包裹進(jìn)去 ，形成很多氣孔 ，有氣孔鋼丸約 占 產(chǎn) 量 的 30% ，同 時(shí) 有 縮 松 、裂 紋 產(chǎn) 生 ，密 度 較 低 ，在7 .2 以 下 。

2)氣霧 法 。用一定 壓力 的氮?dú)?吹散流動(dòng) 的鋼水 ，形成鋼丸。丸粒的缺陷相對(duì)較少 ，但氮?dú)獬杀据^高。 3 )水 霧 法 。 用 一 定 壓 力 的 水 吹 散 流 動(dòng) 的 鋼 水 ，形 成 鋼 丸 。 這 種 工 藝 形 成 的 小 丸 粒 的 比 例 高 ，$ 1 10 可 達(dá) 到 8%，但鋼丸的脫尾、縮孔、裂紋和異形鋼丸較多。水 霧 法 鋼 丸 的 空 心 率 較 低 ，密 度 較 高 ，一 般 在 7.5 左 右 。

4 )鋼 絲 切 丸 。 用 拉 拔 硬 化 后 的 彈 簧 鋼 絲 或 者 從 廢舊輪胎 中回收的舊鋼絲切成 圓柱形丸粒形成的拋 丸介質(zhì)。用彈簧鋼絲制作的鋼絲切丸壽命長(zhǎng) ，但成本 高、粒度單一、硬度偏高、尖角需預(yù)拋后才能使用 ，主 要 用 于 齒 輪 ，彈 簧 等 的 強(qiáng) 化 處 理 。用 廢 舊 輪 胎 鋼 絲 制作的鋼絲切丸壽命長(zhǎng),但硬度偏低,一般用于表面處理要求不高的鋼結(jié)構(gòu)和鑄造行業(yè)。

5)鋼砂。大粒度的鑄鋼丸經(jīng)過多級(jí)破碎形成小粒度的鋼砂,磨料的內(nèi)在缺陷相對(duì)較少,硬度可以根據(jù)工藝需要進(jìn)行生產(chǎn),一般鋼砂有三種硬度:CH,GL和GP, CH鋼砂主要用于石材切割和表面強(qiáng)化等行業(yè);GL和GP鋼砂可用于鑄造行業(yè)、造船行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等進(jìn)行表面清砂和除鱗。

2.高碳鑄鋼丸在不銹熱軋板除鱗的應(yīng)用

采用以高碳鑄鋼丸為介質(zhì)的除鱗工藝,是不銹鋼行業(yè)使用的主要除鱗介質(zhì)。目前熱板酸洗工廠主要采用S110 (鋼丸直徑以0.3mm為主)與S170 (鋼丸直徑以0.425 mm為主)兩種鋼丸(見圖1),考慮用戶對(duì)表面的要求越來越高,大多數(shù)廠家已減少了對(duì)S170使用。采用傳統(tǒng)的S110和S170鋼丸有以下特性。

2.1優(yōu)點(diǎn)
1)流動(dòng)性好。由于是以一定粒度范圍的球體權(quán)成,流動(dòng)性要優(yōu)于鋼砂或鋼絲切丸。
2)工藝控制簡(jiǎn)單。鋼丸90%以上是圓形,異型鋼丸不能超過10%,帶尖角的鋼丸少(使用過程中破碎的鋼丸硬度相對(duì)偏低),不用考慮補(bǔ)充料時(shí)單次投入量太大造成鋼板表面損傷的問題。
3)不造成帶鋼表面局部損傷。不用控制丸粒大小構(gòu)成的混合比,新鋼丸在投入時(shí)即使一次投入量很大,也不會(huì)在鋼板表面造成局部深點(diǎn)。
4)對(duì)拋丸機(jī)拋頭葉片和護(hù)板損傷小。鑄鋼丸的硬度相對(duì)偏小,拋打過程中鋼丸破碎后形成的尖角硬度也相對(duì)偏低,再加上投入的新鋼丸不含尖角,拋頭葉片和拋丸室護(hù)板的損耗相對(duì)小。
2.2缺點(diǎn)
1)鋼丸質(zhì)量不穩(wěn)定。由于鑄鋼丸形成S110的產(chǎn)出率在4%-8%之間,廠家為追求小粒度的比例,增加了噴水壓力,鋼丸中含裂紋、尖角、砂眼、連體、破碎、畸形和尺寸不均的異型鋼丸的比例增多(見圖2和圖3),不僅降低了疲勞壽命,影響到拋打后的鋼板質(zhì)量,也大大增加了鋼丸的消耗量。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋼丸制造企業(yè)的產(chǎn)品檢驗(yàn),異型鋼丸的比例均超出不大于5%的SAE標(biāo)準(zhǔn),疲勞壽命僅1400次,低于實(shí)際使用2300次的要求,導(dǎo)致鋼板表面除鱗效率差。除了上述原因外,很多國(guó)內(nèi)企業(yè)為了節(jié)約成本,省略了最終熱處理環(huán)節(jié),也造成疲勞壽命降低;甚至有些企業(yè)摻入鑄鐵丸(肉眼很難區(qū)分),使拋丸過程中產(chǎn)生大量粉塵,鋼丸消耗成倍增加。

質(zhì)量差的鋼丸在較短的時(shí)間內(nèi)破碎,不能有效的清除氧化鐵皮和達(dá)到正常的使用壽命,同時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵,增加了除塵系統(tǒng)的負(fù)荷及維護(hù)成本,也增加了失火的隱患。

2)鋼丸尺寸偏大。按照工藝及表面要求,原料除鱗應(yīng)采用S110的鋼丸,但國(guó)內(nèi)鋼丸廠家實(shí)際提供的大都在S110和S170之間,小粒度的鋼丸偏少,對(duì)降低噴丸后的表面粗糙度是不利的,一般除鱗后的原料表面粗糙度( Ra)在5-7 um,對(duì)冷軋后的不銹鋼成品表面質(zhì)量產(chǎn)生了不良影響。

3)鋼丸消耗量大。由于鋼丸的在成型過程中會(huì)產(chǎn)生裂紋,鋼丸在反復(fù)拋打過程中沿裂紋破碎,影響使用壽命,導(dǎo)致鋼丸的消耗量一般都在4kg/t以上。采用完全符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼丸,消耗量可控制在2.5 kglt以內(nèi)。

4)供應(yīng)不足。按照冷軋不銹鋼表面粗糙度要求,原料除鱗需全部采用S110的鋼丸,但S110的高碳鑄鋼丸的產(chǎn)出率僅4%-8%,生產(chǎn)的小粒度鋼丸越多,國(guó)內(nèi)不銹鋼除鱗所需的S110鋼丸每月在2000t以上,而達(dá)到SA標(biāo)準(zhǔn)的S110鋼丸有60%以上的缺口,大量此粒度范圍的鋼丸是代理商將很多鋼丸廠的少量鋼丸搜集到一起得到的,質(zhì)量基本無法保證。有些鋼丸甚至是將各種拋打鑄件、結(jié)構(gòu)件等破碎后的鋼丸重新篩分后湊起來的,壽命很低。資源問題緊張。

3.砂和鋼丸的混合磨料在不銹熱軋板除鱗的應(yīng)用

鋼砂主要用于設(shè)備構(gòu)件、鑄件、管道等的表面氧青理和石材切割,是使用優(yōu)質(zhì)的鋼丸經(jīng)鍛壓、篩熱處理后產(chǎn)出,其材質(zhì)也是高碳鑄鋼,與鋼丸不是其呈菱形(見圖4),并在使用過程中通過在肌內(nèi)的循環(huán)使棱角磨掉成為圓形。在不銹鋼的余鱗工藝中,一般不直接使用鋼砂。大多使用一列優(yōu)質(zhì)鋼砂和鋼丸的混合物,以提高其在拋丸沙管內(nèi)的流動(dòng)性。

3.1優(yōu)點(diǎn)：
1)菱形尖角能高效地清除工件表面的氧化皮。鋼砂的粒度呈連續(xù)型正態(tài)分布,有利于提高鋼板表里的覆蓋率,從而提高清潔度。
2 )使用壽命長(zhǎng)。鋼砂是將一定粒度范圍內(nèi)的鋼率后得到的,在碾壓過程中,破裂會(huì)優(yōu)先選擇鑄內(nèi)的微裂紋處進(jìn)行,因此鋼砂的內(nèi)在裂紋很少,壽命長(zhǎng)。
3)粗糙度相對(duì)較低。由于拋打壽命長(zhǎng),鋼砂經(jīng)百次的循環(huán),漸漸的形成尺寸為S110偏下或更寸的均勺的圓形鋼丸(見圖5、圖6),能更有效氐除鱗后的產(chǎn)品表面粗糙度(見圖7)。

4)丸粒硬度在循環(huán)拋打的強(qiáng)化過程中得到提高 (見圖8),壽命得到延長(zhǎng),達(dá)到降低消耗的目的。

5)質(zhì)量穩(wěn)定。鋼砂為大顆粒鋼丸(如S230)碾壓、篩分及熱處理后的產(chǎn)品,產(chǎn)量高,供應(yīng)商很集中,對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量容易控制。
3.2缺點(diǎn)
1)流動(dòng)性差。鋼砂呈菱形,如果100%使用鋼砂,在拋丸機(jī)的傳輸及拋打過程中流動(dòng)性較差。為解決這一問題,要將一定比例的鋼丸與之混合形成混合磨料(見下頁(yè)圖9),或先將鋼砂進(jìn)行預(yù)拋,以改善其流動(dòng)性。
2)工藝控制難度大。為提高除鱗效率,帶鋼在剛開始拋打時(shí)適宜用帶棱角的鋼砂,這樣更容易切入堅(jiān)硬的不銹鋼鱗皮,以提高除鱗效率。但后續(xù)的拋打適宜用拋圓的鋼丸,否則,棱角會(huì)損傷帶鋼表面,使表面出現(xiàn)零星的深點(diǎn)。為防止這一缺陷的產(chǎn)生,混合磨料的一次添加量不能太大,而且只能從第一臺(tái)拋丸機(jī)投入新磨料,這樣后幾臺(tái)的拋丸機(jī)內(nèi)基本是拋圓的不同粒度混合的鋼丸，通過控制新磨料的投 入量、頻次以及除塵能力的大小可得到不同粒度鋼 丸的混合 比例 ，鋼板 的粗糙度也低。也可以說混合磨 料更適合用在多臺(tái)串聯(lián)的拋丸機(jī) ，單臺(tái)拋丸機(jī)用混 合磨料不適合生產(chǎn)高檔不銹鋼面板 ，如果生產(chǎn)此類 產(chǎn) 品，必須在過程中補(bǔ)充鋼砂拋圓后的鋼丸。

3)拋丸機(jī)葉片和護(hù)板的消耗 比普通鋼丸略高。

3.3 使用效果對(duì)比

混合磨料在一條熱線的使用效果對(duì)比，拋丸機(jī) 為 三 臺(tái) 串 聯(lián) ，試 驗(yàn) 期 間 初 裝 量 為 75 t，全 部 為 鋼 丸 ， 以后逐漸用混合磨料全部替換。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:

1)粗糙度。由試驗(yàn)前的5 m以上降低至4vm 以 下 ( 見 圖 1 O 和 表 1 ) 。 通 過 不 斷 的 工 藝 改 進(jìn) ，控 制 拋 丸機(jī)內(nèi)的混合 比，粗糙度逐 步降低并趨 于穩(wěn)定 ，基 本 控 制 在 2 .5 ~ 3 -5 m 。

2 )消 耗 量 。試 驗(yàn) 期 間 小 鋼 丸 消 耗 量 趨 勢(shì) 見 表 2。

4 其他拋丸介質(zhì)的應(yīng)用

1)低碳貝氏體鋼丸。為解決高碳鑄鋼丸的疲勞 壽命問題，國(guó)外在批量生產(chǎn)一種低碳鋼丸，德國(guó)最早 開發(fā)出此類產(chǎn)品，隨后美國(guó)也有能力生產(chǎn)一定批量 的低碳鋼丸。此工藝是淬火后的低碳鋼丸經(jīng)過熱處 理后得到下貝氏體組織，具備接近高碳回火馬氏體 的硬度 ，沖擊韌性明顯增加 ，具備更長(zhǎng)的使用壽命 。 此鋼丸的缺點(diǎn)是成型后鋼丸的現(xiàn)狀差 ，縮孑L、脫尾和 異型鋼丸多 ，反而消耗量 比高碳鋼丸的優(yōu)勢(shì)不明顯。 拋打后鋼板表面的粗糙度與高碳鋼丸相 當(dāng)。同時(shí)也 存在 S170粒度以下的鋼丸產(chǎn)量 比例小的問題。

2 )鋼 絲 切 丸 。 中 碳 鋼 或 軸 承 鋼 經(jīng) 拉 拔 后 硬 度 會(huì) 大幅度提高，切成圓柱形的顆粒后主要用于金屬的 表面強(qiáng)化 。質(zhì)量較低的鋼絲切丸有用于熱軋中厚板 的除鱗 。目前有的廠家將幾種直徑 的鋼絲切丸混合 后進(jìn)行預(yù)拋 ，基本已消除了切后的尖角 ，可作為鋼丸 使 用 ，疲 勞 壽 命 可 提 高 30% ，但 此 種 鋼 丸 拋 打 后 加 工 硬化明顯 ，鋼板表面硬度會(huì)顯著提高 ，對(duì)拋丸機(jī)葉片 和護(hù)板損傷嚴(yán)重。由于粒度分布單一 ，鋼板的粗糙度 不易控制，目前在不銹鋼冷板還沒有廣泛應(yīng)用。

5 國(guó)內(nèi)外的使用情況

在國(guó)內(nèi)其他不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)，冷軋?jiān)系臋C(jī)械除鱗大多采用彎曲破鱗加高碳鑄鋼丸高速拋打鋼板 表 面 來 進(jìn) 行 ，目 前 市 場(chǎng) 提 供 的 鋼 丸 在 尺 寸 、質(zhì) 量 、性 能及產(chǎn)量上很難穩(wěn)定地滿足大規(guī)模不銹鋼生產(chǎn)的需 要 ，為 了 解 決 這 個(gè) 問 題 ，目 前 國(guó) 內(nèi) 已 有 60% 的 企 業(yè) 開 始使 用鋼砂和鋼丸的混合磨料 越 大 ，H D 作 用 越 強(qiáng) ;偏 差 越 小 ，H D 作 用 越 弱 。因 此 ， 即便設(shè)備性能不是很穩(wěn)定 ，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的精確 控制。但也有其缺點(diǎn) :如果要求響應(yīng)時(shí)間快 ，比例參 數(shù)P值須增大，則擾動(dòng)較大;如果要求調(diào)節(jié)比較平滑 ，積分參數(shù) ，值要增大 ，則要犧牲響應(yīng)速度 。

1 試驗(yàn)材料、儀器與方法

試驗(yàn)材料為江蘇奧力斯特科技有限公司生產(chǎn) 的 低 碳 鑄 鋼 丸 成 品 ， 規(guī) 格 為 $5 50 (直 徑 為 1.7 m m )，球 形 ，粒 度 分 布 均 勻 ，無 異 型 。 用 721分 光 光 度 計(jì)及碳硫分析儀 、島津 M型顯微硬度計(jì)及排無水酒 精法分別測(cè)定化學(xué)成分 、硬度及密度 ;用尼康光學(xué)金相 顯 微 鏡 觀 察 金 相 組 織 ;用 ERVIN 金 屬 磨 料 壽 命 試 驗(yàn)機(jī) (ErvinTestMachine)，按美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì) SAE J4 45A 金 屬 磨 料 機(jī) 械 性 能 測(cè) 試 標(biāo) 準(zhǔn) 1O0% 替 代 法進(jìn)行 ERVIN循環(huán)壽命測(cè)定 ，以表征拋噴丸清理設(shè) 備中金屬磨料的真實(shí)使用壽命 。

100% 替 代 法 測(cè) 定 時(shí) ，向 ERVIN 循 環(huán) 壽 命 試 驗(yàn) 機(jī) 中 加 入 100 g低 碳 鑄 鋼 丸 ，以 61 m/s的 速 度 拋 打 到轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 靶 上 ，500 次 循 環(huán) 后 取 出 磨 料 ， 用 0.425 mm 篩子篩分 ，記 錄重量損失 ，并補(bǔ)加新低碳鑄鋼丸 ，使 加 人 總 量 達(dá) 到 100 g，重 新 裝 人 重 復(fù) 上 述 步 驟 ，累 積 損 失 超 過 100 g 時(shí) ，停 止 試 驗(yàn) ，按 公 式 :E R V IN 循 環(huán) 壽命 (次數(shù))=總循環(huán)次數(shù)一(每次測(cè)試次數(shù)/最后損 失 % )X (累 計(jì) 損 耗 % 一 10 0 )，計(jì) 算 循 環(huán) 壽 命。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 低碳鑄鋼丸的成分、密度及硬度

低碳鑄鋼丸的化學(xué)成分 、密度 、硬度見表 l。通過 降低碳含量來提高韌性 。硅含量在一定 范圍內(nèi)可同 時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，主要是含硅的鋼經(jīng)奧氏體化并 連續(xù)冷卻后 ，可形成與典型上 、下貝氏體不 同的貝氏體組織，其特點(diǎn)是不析出碳化物 ，而存在穩(wěn)定的殘余 奧 氏 體 膜 或 M —A 小 島 ，從 而 促 進(jìn) 韌 性 的 提 高 和 良 好 的 強(qiáng) 韌 性 配 合 ，超 過 2% 后 ，出 現(xiàn) 塊 狀 鐵 素 體 ，使 韌 性 下降 。錳含量增加使鋼的鐵素體c曲線不斷右移， 貝氏體 c曲線則顯著 向低溫方向移動(dòng) ，即降低的 B 點(diǎn)溫度增 多 ，而 M 點(diǎn)又降低較少 ，從而使貝氏體的 強(qiáng)化效果更加顯著 ，同時(shí)錳還可以增加韌性 和淬透 性。 SAE J21751標(biāo) 準(zhǔn) 同中 硬 度 范 圍 為 HRC40~50， ISO11124— 4的 硬 度 范 圍 HV390~520，本 實(shí) 驗(yàn) 得 到 的低碳鑄鋼丸的硬度為 HV453.75/HRC46.3，硬度適 中，具有 良好的綜合拋噴丸清理效能 ;ISO124—4 標(biāo) 準(zhǔn) 中 低 碳 鑄 鋼 丸 的 表 觀 密 度 應(yīng) 大 于 7.0 g/cm ， 本 實(shí) 驗(yàn) 得 到 的 低 碳 鑄 鋼 丸 的 密 度 為 7.5 g/cm。，說 明 低碳鑄鋼丸的組織致密性較好。

2.2 低碳鑄鋼丸金相組織
經(jīng)熔煉 、離心霧化成丸后落人水 中(淬火 )得到的 低 碳 鑄 鋼 丸 金 相 組 織 如 圖 1(a)和 (b)所 示 。原 凝 固 后的樹枝狀?yuàn)W 氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o碳貝氏體 (條狀鐵素體+ 少 量 殘 余 奧 氏 體 )與 板 條 馬 氏 體 ，無 碳 貝 氏 體 形 貌 與板條馬氏體形貌較難區(qū)別 。由于最大規(guī)格低碳鋼 丸直徑小于 2.5 ITlm ，在 較 低含碳 量 情 況 下 ，可 完 全 淬透 ，全部獲得無碳 貝氏體與板條馬 氏體 ，密度高 、 形變時(shí)位錯(cuò)活動(dòng)性強(qiáng) ，具有高塑性 、高韌性及相應(yīng)較 高 的 強(qiáng) 度 ， 心 部 到 表 面 硬 度 非 常 均 勻 ， H R C 4 6 . 3 ， 此硬度兼顧 了清理速度與沖擊韌性及耐磨性 ，具有 較 好 的 綜 合 力 學(xué) 性 能。

2.3 低碳鑄鋼丸 ERVIN循環(huán)壽命測(cè)定結(jié)果及分析

100% 替 代 法 ERV IN 循 環(huán) 壽 命 的 測(cè) 定 結(jié) 果 見 表 2，ERVIN 循 環(huán) 壽 命 次 數(shù) 為 2971次 ，即 表 明 在 實(shí) 際 現(xiàn) 場(chǎng)拋噴丸清理作業(yè) 中，全部低碳鑄鋼丸消耗完 ，并補(bǔ) 加 到 原 始 量 ，可 重 復(fù) 使 用 2971 次 ，破 碎 的 粉 塵 失 去 清理功效而被除塵系統(tǒng)除去。現(xiàn)在市場(chǎng) 中銷售 的高碳鑄鋼丸的歐文循環(huán)壽命為 20~280次 ，可見低 碳鑄鋼丸的壽命較高 ，這是 由于低碳鑄鋼丸的顯微 組 織 中 無 疏 松 、偏 析 、氣 孔 等 缺 陷 ，晶 粒 尺 寸 小 。 低 碳 鑄鋼丸 的金相組織為無碳貝氏體與低碳 馬氏體的復(fù) 合組織，具有良好的強(qiáng)度與韌性。

3 結(jié)論

(1)低 碳 鑄 鋼 丸 的 化 學(xué) 成 分 為 (質(zhì) 量 分 數(shù) ，% ):0.14C、0.38Si、1.13Mn、0.046S及 0.O18P;密 度 為 7.5 g/cm，硬度 HRC46.3;金相組織為無碳貝氏體+板條馬氏體組織，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
(2)低 碳 鑄 鋼 丸 100% 替 代 法 ERVIN 循 環(huán) 壽 命 為2971次 ，表征實(shí)際拋噴丸清理操作 中平均每粒低 碳 鑄 鋼 丸 可 使 用 2971次 ，是 理 想 的 鑄 件 拋 噴 丸 清 理的金屬磨料。

1.鋼 丸 材 質(zhì)

低 貝鋼丸采用電弧爐煉鋼 ，利用電弧爐可調(diào) 節(jié)成分的特性 ，通過脫碳、脫硫、脫磷 ，以及提 升鋼丸的塑性和沖擊韌度 ，降低脆性 ;通過加入 C r、 C u等 元 素 ， 顯 著 提 高 鋼 丸 的 強(qiáng) 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ; 通 過 加 入 M o 、 A 1等 元 素 能 夠 細(xì) 化 晶 粒 ， 提 高鋼 丸顯微組織的致 密性 ，提高沖擊性能 。并通過 造渣 、除渣來凈化鋼液 ，減少鋼液內(nèi)雜 質(zhì)含量 ，從 而使鋼丸獲得最佳的材 質(zhì)。不同材質(zhì)鋼丸的化學(xué)成 分 和 金 相 組 織 見 表 1。

2.磨料的金相組織和硬度

低貝鋼丸一般均采用獨(dú)特的等溫二次淬火和低溫回火工藝，對(duì)淬火冷卻介質(zhì)和溫度進(jìn)行了特別控制 ，使鋼丸獲得了更耐沖擊的貝氏體+馬氏體 的復(fù)相 組織 。從 圖1中可以看 出 ，高碳鋼丸晶界處有碳析 出，以至于拋丸過程中鋼丸接觸到鑄件瞬間 (鋼丸 速度78m/s) ，沿晶界會(huì)產(chǎn)生非常大的切 向力 ，鋼 丸在拋打過程中極 易破碎 ;低貝鋼丸是復(fù)相組織 ， 組織結(jié)構(gòu)非常致密，拋打過程中鋼丸撞擊到鑄件瞬 間，內(nèi)部受力是均勻的 ，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象 ， 因此低貝鋼丸的使用次數(shù)較高碳鋼丸有大幅提升。

低 貝 鋼 丸 硬 度 為 4 2 ~ 4 8H R C 。 硬 度 是 鋼 丸 工 作 過程中的關(guān)鍵性能，對(duì)工作效率及消耗具有很大的 影響。鋼丸的顯微組織狀態(tài)決定 了其抗疲勞性能的 高低 ，良好的顯微組織能使其具 有更高的耐沖擊性能 ，從而具有更長(zhǎng)的使用壽命 。

圖2為硬度與清理效率 的關(guān) 系，圖3為硬 度與反彈性的關(guān)系。從圖中可以發(fā)現(xiàn) ，硬度過高時(shí)鋼丸的 抗 沖擊性能非常差 ，容易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力集中，拋丸 過程中易破碎，無法滿足清理高效率的要求，并且 鋼丸的消耗升高 ;硬度過低時(shí)鋼 丸在碰撞中變形 ， 不能有效地拋打鑄件本體 ，從而也影響清理效率 。以上兩種情況都無法將鑄件表面清理干凈，因此只有在鋼丸硬度適中的情況下，對(duì)鑄造件拋丸清理時(shí)，才能有效對(duì)工件本體驚醒有效對(duì)清理，而且鋼丸可以不斷循環(huán)使用，減少損耗，能夠有效的降低鑄造件拋丸成本。

3.鋼丸壽命（循環(huán)次數(shù)）是其經(jīng)濟(jì)性和綜合效率的體現(xiàn)

在拋丸清理中，鋼丸是一個(gè)逐漸磨損的過程 ，在反復(fù)的沖擊過程 中，每次沖擊鋼丸會(huì)發(fā)生一次形變 ，表面會(huì)脫落一層。鋼丸外形近似于多邊形 ，每個(gè)角度對(duì)鑄件的沖擊效果是相等的，在使用 中鋼丸會(huì)不斷變小 。高質(zhì)量的鋼 九變小的過程緩慢 ，低 質(zhì)量的鋼丸變小的速度很快。

由于低 貝鋼丸的材質(zhì)為低碳合金鋼材質(zhì) ，且經(jīng) 過熱處理 ，因此使用中不易破碎 ，其磨損形式是逐步變小。我們采用 國(guó)際通用的美 國(guó)歐文壽命試驗(yàn)機(jī)對(duì)高碳鋼丸 、低碳鋼 丸、低 貝鋼 丸進(jìn)行殘 留量對(duì) 比試 驗(yàn) ， 結(jié) 果 見 表 2、 圖 4。

在 相 同 條 件 下 ， 經(jīng) 過 精 確 的 磨 料 消 耗 對(duì) 比 試驗(yàn) ，可以看 出低貝鋼丸在拋打過程中使用壽命明顯 高 于 其 他 兩 種 鋼 丸 ， 消 耗 量 明 顯 降 低 。

二 、生產(chǎn)性 試驗(yàn)

選 定 兩 臺(tái) DIsADV2— 450拋 丸 機(jī) OP30A- OP30B，將 OP30A拋 丸機(jī) 內(nèi) 的原 用鋼 丸 全部 清 空 ， 加 入 級(jí) 配 低 貝 鋼 丸 并 記 錄 初 次 裝 機(jī) 量 ， O P30B 繼 續(xù) 添加普通鋼丸，調(diào)試好機(jī)器后 ，開始生產(chǎn)試驗(yàn) 。

在拋頭 電流穩(wěn)定的狀態(tài)下 ，根據(jù)監(jiān)控兩 臺(tái)機(jī)器 中不同粒度鋼丸混合比 (見圖5)情況加料，保證 拋丸清理在最佳的混合比狀態(tài)下進(jìn)行，分別記錄兩 臺(tái)拋丸機(jī)每天添加鋼丸的數(shù)量和清理產(chǎn)量 ，經(jīng)過41 天的試驗(yàn) ，將兩臺(tái)拋丸機(jī)的加料數(shù)量和清理產(chǎn)量進(jìn) 行匯總，得出最終試驗(yàn)數(shù)據(jù) (見表3)。

由數(shù)據(jù)分 析可得 ，低 貝鋼丸 比普通鋼 丸消 耗 降低了41%，在 拋丸清理過程 中大幅減少 了鋼丸消耗 ，降低 了清理成本。

三、結(jié)論

(1)低貝鋼丸內(nèi)部組織致密 (晶粒細(xì)化)， 拋丸過程中逐步破碎 ，使用壽命延長(zhǎng) ，消耗降低。 (2 ) 低 貝 鋼 丸 相 比 普 通 鋼 丸 硬 度 更 平 均 ， 且 更適 合鑄件表 面清理工作 ，鋼丸 的清理效率 大幅 提 升 。