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低贝钢丸更适合铸件抛丸清理,看看对比就知道了

文/东岳动力 薛达奇

  低贝钢丸是国际上通用的低碳钢丸的升级品。采用废钢为原料,经过电弧炉精炼钢液,并添加多种合金元素后形成的低碳合金钢材质的钢丸,再通过两次热处理形成更耐冲击的金相组织和更高的硬度,成为高寿命、高效率的清理磨料。为了验证低贝钢丸优越的性能,下面对普通钢丸和低贝钢丸从工艺到生产试验进行一系列的对比分析。
  一、工艺对比
  1. 钢丸材质

  低贝钢丸采用电弧炉炼钢,利用电弧炉可调节成分的特性,通过脱碳、脱硫、脱磷,以及提升钢丸的塑性和冲击韧度,降低脆性;通过加入Cr、Cu等元素,显著提高钢丸的强度、硬度和耐磨性;通过加入Mo、Al等元素能够细化晶粒,提高钢丸显微组织的致密性,提高冲击性能。并通过造渣-除渣来净化钢液,减少钢液内杂质含量,从而使磨料获得最佳的材质。不同材质钢丸的化学成分和金相组织见表1。

2. 磨料的金相组织和硬度
低贝钢丸采用了独特的等温二次淬火+低温回火的工艺,对淬火介质和温度进行了特别控制,使钢丸获得了更耐冲击的贝氏体+马氏体的复相组织,从图1中可以看出,高碳钢丸晶界处有碳析出,以至于抛丸过程中钢丸接触到铸件瞬间(钢丸速度78m/s),会有沿着晶界产生非常大的切向力,钢丸在抛打过程中极易破碎;低钢丸是复相组织,组织结构非常致密,抛打过程中钢丸撞击到铸件瞬间,内部受力是均匀的,不会产生应力集中现象,因此低贝钢丸的使用次数较高碳钢丸有大幅度提升。

        

(a) 高碳钢丸                                                               (b)低贝钢丸

  图1 高碳钢丸与低贝钢丸金相组织 50x
马氏体和贝氏体的复相组织可确保高韧性、高强度。
  低贝钢丸硬度为42~48HRC。硬度是磨料工作过程中产生理想作用力的关键,对工作效率及消耗具有很大的影响。磨料的显微组织状态决定了其抗疲劳性能的高低,良好的显微组织能使其具有更高的耐冲击性能,从而具备更长的使用寿命。

图2为硬度与清理效率的关系,图3为硬度与反弹性的关系。从图中可以发现,硬度过高时钢丸的抗冲击性非常低,容易产生内部应力集中,抛丸过程中破碎,无法满足清理效率,并且钢丸的消耗升高;硬度过低时钢丸在碰撞中变形,不能有效地抛打铸件本体,从而影响清理效率。以上两种情况都无法把铸件表面清理干净,只有硬度适中,铸件抛丸过程中能够有效地清理铸件本体,并且可以循环利用,降低钢丸消耗,从而降低铸件的生产成本。

3.寿命是磨料综合性能的体现  
  在抛丸的过程中,磨料是一个逐渐磨损的过程,在反复的冲击过程中,每次冲击磨料会发生一次形变,表面会脱落一层。磨料外形近似于多边形,每一个角度对铸件的冲击效果是相等的,在使用中磨料会不断变小,小到一定程度后会被除尘器吸走。高质量的磨料变小的过程缓慢,低质量的磨料变小的速度很快。

由于低贝钢丸的材质为低碳合金钢材质,且经过热处理,因此使用中不易破碎,其磨损形式是逐步变小(见图4)。

图4 磨损趋势

我们采用国际通用的美国欧文寿命试验机对高碳钢丸、低碳钢丸、低贝钢丸进行残留量对比试验,其结果见图5、表2。

图5 钢丸消耗残留量对比

表2 钢丸消耗残留量统计 (g)

注:以常规型号S460在投射速度为60.96m/S状态下进行抗疲劳测试。
在相同条件下,经过精确的磨料消耗对比试验,可以看出低贝钢丸在抛打过程中使用寿命明显高于其他两种钢丸,消耗量明显降低。
二、生产性试验
  首先选定两台缸体清理DISADV2—450抛丸机OP30A和OP30B,将OP30A抛丸机内的原用钢丸全部清空,加入级配低贝钢丸并记录初次装机量,OP30B继续添加普通钢丸,调试好机器后正常生产,开始试验。
后续在抛头电流稳定的状态下,根据监控两台机器中不同粒度磨料混合比(见图6)情况加料,保证抛丸清理在最佳的混合比状态下进行,分别记录两台抛丸机每天添加磨料的数量和清理产量,经过41天的试验,将两台抛丸机的加料数量和清理产量进行汇总,得出最终试验数据(见表3)。

图6 不同粒度磨料混合比

表3 最终试验数据

由数据分析可得,低贝钢丸比普通钢丸消耗大幅降低,在抛丸清理过程中减少了磨料消耗,降低了清理成本。
三、结语
  (1)低贝钢丸内部组织致密(晶粒细化),抛丸过程中逐步破碎,使用寿命延长,消耗降低。
  (2)低贝钢丸相比普通钢丸硬度更平均,且更适合铸件表面清理工作,磨料的清理效率大幅度提升。
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