高鉻耐磨鑄鐵在拋丸機(jī)葉片上的應(yīng)用2012-06-28

      在20世紀(jì)50~60年代．拋丸機(jī)一般只被用于鑄件的落砂清理，而今天其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。拋丸器作為拋丸機(jī)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量與使用壽命直接取決于葉片。 
      由于葉片工作時(shí)處于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中，既要承受鋼丸磨料的磨損，又要承受高速彈丸流的沖蝕磨損，在這兩種形式磨損下，葉片是否好用，關(guān)鍵取決于葉片的材質(zhì)。 
      目前耐磨材料的種類很多，主要有高錳鋼、中錳球鐵、低合金白口鐵等。 
      低合金白口鐵雖然能夠適應(yīng)低載荷下的沖擊，但使用壽命極短，不是理想的材質(zhì)；高錳鋼屬于奧氏體組織的鋼種，在高沖擊下易產(chǎn)生加工硬化，因而具有一定的耐磨性能，但對于中低應(yīng)力下的沖擊則不能發(fā)揮出良好的耐磨性；高鉻鑄鐵是繼高錳鋼之后的第三代耐磨材料，由于其組織中含有理想的M7C3型共晶碳化物，而且容易得到馬氏體組織．與其它耐磨材料相比則顯示出較大的優(yōu)越性，因此得到廣泛的應(yīng)用。 
      但高鉻鑄鐵較脆，在高沖擊下容易斷裂、破碎，而且在實(shí)際生產(chǎn)中很難把握其形成機(jī)理，得到理想狀態(tài)下的基體組織。針對這種情況，我們在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)并經(jīng)過相應(yīng)的熱處理，提高其使用性能，從而更能滿足葉片的使用要求。 
      1、葉片的失效形式 
      研究發(fā)現(xiàn)．拋丸設(shè)備葉片的受力主要來自隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)的丸流的摩擦沖蝕及慣性力。丸料的摩擦和沖蝕屬于中低載荷，如果葉片表面硬度較低，在彈丸的沖蝕下，由于慣性力的作用，葉片工作面與丸料問的摩擦力很大，且長時(shí)間作用于葉片表面，加之二者發(fā)生相對滑動(dòng)，使葉片表面出現(xiàn)溝槽，并在相鄰區(qū)域出現(xiàn)塑性變形，導(dǎo)致葉片表面產(chǎn)生斷裂應(yīng)變，最終形成裂紋而破碎，使葉片報(bào)廢。 
      由此可知．在低載荷沖擊下硬度對耐磨性的影響占主導(dǎo)地位。我們正是利用高鉻鑄鐵高硬度的特點(diǎn)，對鑄造工藝及熱處理工藝加以改進(jìn)，從而滿足其工況條件下的使用要求。 
      2、葉片的研制 
      2.1成分設(shè)計(jì) 
      高鉻鑄鐵是以鉻為主要合金元素，輔以一定量的其它合金元素而組成的抗磨材料。通常含鉻量122to_3596之間，由于含鉻量較大基體中會(huì)形成很多硬的碳化物，因此，鋼板預(yù)處理線機(jī)械性能特別是延伸性能較差，不宜作為對強(qiáng)度有一定要求的材料，但它具有優(yōu)良的耐磨性能，特別是耐磨料磨損的性能。 
      大多數(shù)高鉻鑄鐵是屬于亞共晶成分，它們凝固時(shí)會(huì)先形成奧氏體樹枝晶，接著在一定溫度范圍內(nèi)同時(shí)析出奧氏體和M7C3型碳化物組成的共晶體，這種M7C3型碳化物的硬度可達(dá)HVI300-1800．足可以抵抗石英(HV900~1280)的磨損； 
      其次這種碳化物分布連續(xù)性較差，呈桿狀和彎曲的厚片狀，對基體的削弱作用小，因而能夠使鑄鐵保持高的韌性，所以我們在研制的過程中應(yīng)力爭在高鉻鑄鐵中得到以馬氏體為基體，分布有M7C3型碳化物的組織。 
      2.1.1碳、鉻的確定 
      一般說來，碳量決定碳化物的數(shù)量，同時(shí)還直接影響著材質(zhì)的機(jī)械性能，為保證硬度和強(qiáng)度的配合，碳量不宜取過高值。 
      從耐磨角度看，對耐磨性最有利的組織結(jié)構(gòu)是，在連續(xù)韌性基體上分布孤立的硬質(zhì)點(diǎn)一碳化物，由于M7C,型碳化物硬度值很高，是比較理想的碳化物形態(tài)。 
      2.1.2錳、鉬的確定 
      高鉻鑄鐵在低沖擊工況條件下的理想抗磨組織為馬氏體基體上分布著孤立的桿狀碳化物，而想要獲得馬氏體的基體組織除需要此種材質(zhì)具有良好的淬透性外，最好是在鑄態(tài)下得到奧氏體組織， 
      鉬對于提高淬透性作用很大，但它的價(jià)格比較昂貴，所以我們采用以錳代鉬，Mn．Mo聯(lián)合可有效提高誶透性。此外錳對穩(wěn)定奧氏體的作用也很大，對于壁厚60mm左右的工件．Mn含量在3LYo左右時(shí)即可完全抑制珠光體，獲得單一的奧氏體組織，所以Mn選擇2.5%-3%．Mo選擇04%一0.6%． 
      2.1.3其它合金元素的確定 
      銅能提高淬透性，當(dāng)鉬與銅配合使用時(shí)提高淬透性的作用更大，但銅在奧氏體中的溶解度有限，故Cu選擇0.8%-1.2%。 
      硅降低淬透性，但同時(shí)它又可提高M(jìn)s點(diǎn)，所以當(dāng)錳量高時(shí)可適當(dāng)提高Si的含量取0.8%-l.0%。 
      硫降低流動(dòng)性，與錳的親合力較大，會(huì)消耗一部分錳。磷則形成磷共晶體，降低鑄件的韌性，所以鑄鐵件中應(yīng)盡量降低其含量，故s<0.06%,p<0.1% 
      2.2爐料的熔煉 
      用0.25t中頻感應(yīng)電爐熔化鐵液，為降低生產(chǎn)成本和保證鐵液質(zhì)量在熔煉過程中主要采取以下措施： 
      采用酸性爐襯熔煉，不僅因硅砂價(jià)格低廉，且熔化過程中爐村不易開裂、熱穩(wěn)定性好，且電阻串比鎂砂相對要小，有利于熔化效牢的提高。配料時(shí)一定要控制爐料成分，保證爐料的質(zhì)量。采用合理的加料順序，先加少量的話鐵及全部的鉬鐵，再依次加人其它爐料。但必須保證爐料的緊實(shí)，這樣有利于導(dǎo)電和導(dǎo)磁。 
      熔化開始應(yīng)以小功率送電，然后逐步將功率增大，并隨爐料的熔化經(jīng)常搗料。在鐵液澆注前，將鐵液過熱判1480℃左右，以不使鐵液出現(xiàn)沸騰的“駝峰”現(xiàn)象為準(zhǔn)，這有利于鐵合金的充分反應(yīng)，更不會(huì)卷入大量的氧化性氣體．但還應(yīng)在出爐前l(fā)0-15min用錳鐵來預(yù)脫氧處理；7-8min用o的硅鐵進(jìn)行初脫氧；2-3min加0.05%進(jìn)行終脫氧或在澆注過程中加人少量的帶土硅進(jìn)行變質(zhì)處理。 
      2.3造型澆注 
      用事先準(zhǔn)備好的砂箱進(jìn)行手工造型，但應(yīng)注意澆注系統(tǒng)的合理開設(shè)及冷鐵的使用，嚴(yán)格按工藝圖進(jìn)行。合箱前應(yīng)仔細(xì)檢查型腔是否暢通，以保證鐵液充型，澆注時(shí)應(yīng)遵循高溫出爐低溫澆注的原則。 
      如果澆注溫度過高，不但容易燒壞冷鐵，而且鐵液收縮率較大，易產(chǎn)生鑄造缺陷，所以澆注溫度不宜過高，一般選在1380-1420℃之間。澆注后應(yīng)及時(shí)打開砂箱，這樣有利于獲得細(xì)小晶料的鑄態(tài)組織。 
      2.4熱處理工藝的確定 
      葉片除需要高的硬度外，還需一定的韌性相配合，否則會(huì)被高速旋轉(zhuǎn)葉輪的慣性力折斷，所以還要進(jìn)行淬火加回火來提高其綜合性能。 
熱處理溫度的確定應(yīng)以獲得均勻而細(xì)小的臭氏體晶粒為原則，以便淬火后得到細(xì)小的馬氏體組織。 
      奧氏體晶粒的長大與淬火溫度成正比，所以選擇的溫度不宜過高，而且淬火后還應(yīng)及時(shí)對工件進(jìn)行回火處理，這樣不僅可以消除淬火時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，還可以得到一定數(shù)量的回火馬氏體。這樣既保證了基體的高硬度，同時(shí)又提高了葉片的韌性。 
      3、結(jié)語 
      高鉻耐磨鑄鐵在拋丸機(jī)葉片上應(yīng)用后，葉片平均壽命可在400h以上。 
      用冷鐵對葉片表面進(jìn)行激冷，不僅實(shí)現(xiàn)了鑄件的順序凝固，而且在葉片表面產(chǎn)生了致密而均勻的細(xì)小晶粒組織。更因有合理的熱處理工藝相配合，使得葉片的綜合性能得以顯著的發(fā)揮，從而保障了葉片能夠長時(shí)間承受鋼砂的反復(fù)沖擊，表現(xiàn)出良好的耐磨性和較長的使用壽命，應(yīng)用前景廣泛。----http://www.rietavas.com