低貝鋼丸在拋丸清理中的應(yīng)用研究

上海通用東岳動(dòng)力總成有限公司 （山東煙臺(tái) 264006） 薛達(dá)奇

低貝鋼丸是國(guó)際上通用的低碳鋼丸的升級(jí)品。為了驗(yàn)證低貝鋼丸優(yōu)越的性能，下面對(duì)普通鋼丸和低貝鋼丸從工藝到生產(chǎn)試驗(yàn)進(jìn)行一系列的對(duì)比分析。

一、工藝對(duì)比

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(guò)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(guò)加入Cr、Cu等元素，顯著提高鋼丸的強(qiáng)度、硬度和耐磨性；通過(guò)加入Mo、Al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(guò)造渣、除渣來(lái)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(jiàn)表1。

項(xiàng)目 高碳鋼丸 普通低碳鋼丸 低貝鋼丸化學(xué)成分︵質(zhì)量分?jǐn)?shù)， ︶C 0.85～1.20 0.08～0.20 0.08～0.20 Si 0.40～1.20 0.10～2.00 0.10～0.25 Mn 0.35～1.20 0.35～1.50 0.35～1.50 S ≤0.05 ≤0.05 ≤0.03 P ≤0.05 ≤0.05 ≤0.03合金元素 無(wú) 無(wú)Cr、Mo、B、Al、Cu等硬度HRC 40～50 32～38 42～48金相組織回火馬氏體 馬氏體組織 馬氏體和貝氏體的復(fù)相組織%

2.磨料的金相組織和硬度

低貝鋼丸采用了獨(dú)特的等溫二次淬火+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(guò)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(guò)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(guò)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。

圖1 高碳鋼丸與低貝鋼丸金相組織

低貝鋼丸硬度為42～48HRC。硬度是鋼丸工作過(guò)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(guò)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(guò)程中易破碎，無(wú)法滿足清理高效率的要求，并且鋼丸的消耗升高；硬度過(guò)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(wú)法把鑄件表面清理干凈，因此只有硬度適中，鑄件拋丸過(guò)程中才能夠有效地清理鑄件本體，并且可以循環(huán)利用，降低鋼丸消耗，從而降低鑄件的生產(chǎn)成本。

圖3 硬度與反彈性的關(guān)系

3.壽命是鋼丸綜合性能的體現(xiàn)

在拋丸清理中，鋼丸是一個(gè)逐漸磨損的過(guò)程，在反復(fù)的沖擊過(guò)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，每一個(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)量的鋼丸變小的過(guò)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(guò)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(jiàn)表2、圖4。

表2 鋼丸消耗殘留量統(tǒng)計(jì) （g）

圖4 鋼丸消耗殘留量對(duì)比

在相同條件下，經(jīng)過(guò)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(guò)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和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，OP30B繼續(xù)添加普通鋼丸，調(diào)試好機(jī)器后，開(kāi)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)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(guò)程中大幅減少了鋼丸消耗，降低了清理成本。

圖5 不同粒度磨料混合比

表3 最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)

三、結(jié)語(yǔ)

（1）低貝鋼丸內(nèi)部組織致密（晶粒細(xì)化），拋丸過(guò)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。