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抛喷丸清理用低碳铸钢丸 ERVIN循环寿命的研究

研究了铸件、锻件及热处理件抛喷丸清理用低碳铸钢丸的化学成分、密度、硬度及金相组织,并用欧 文寿命试验机采用 100%替代法测定 了 ERVIN循环寿命。结果表 明:低碳铸钢丸的金相组织为无碳贝 氏体 + 低 碳 马 氏 体 混 合 组 织 , 含 碳 量 为 0 . 1 4 % , 表 观 密 度 为 7 . 5 g / C m 。 , 硬 度 4 6 .3 H R C , E R V I N 寿 命 为 2 9 7 1 次 ; 表 明 低碳铸钢丸综合力学性能较好,具有较高的寿命,特别适合于铸件、锻件及热处理件的表面抛喷丸清理。

在查阅大量 国内外相关文献发现 ,国内外铸钢丸 的 研 究 均 侧 重 于 高 碳 钢 材 质 铸 钢 丸 (0.85% 一1.2% C ) 改良研究,而新型低碳材质铸钢丸的研究较少。为提 高 铸 钢 类 金 属 磨 料 的 使 用 寿 命 ,降 低 生 产 成 本 ,江苏奥力斯特科技有限公司率先采用离心雾化成丸 法 ,制得无碳贝氏体+低碳马氏体混合组织的低碳铸 钢丸。与传统高碳铸钢丸生产工艺相 比,低碳铸钢丸 的生产省略了二次淬火与高温回火工艺 ,既降低 了成本 ,又提高了铸钢丸的韧性和使用寿命 ,特别适合 于铸件 、锻件及热处理件表面抛喷丸清理”。

1 试验材料、仪器与方法

试验材料为江苏奥力斯特科技有限公司生产 的 低 碳 铸 钢 丸 成 品 , 规 格 为 $5 50 (直 径 为 1.7 m m ),球 形 ,粒 度 分 布 均 匀 ,无 异 型 。 用 721分 光 光 度 计及碳硫分析仪 、岛津 M型显微硬度计及排无水酒 精法分别测定化学成分 、硬度及密度 ;用尼康光学金相 显 微 镜 观 察 金 相 组 织 ;用 ERVIN 金 属 磨 料 寿 命 试 验机 (ErvinTestMachine),按美国汽车工程协会 SAE J4 45A 金 属 磨 料 机 械 性 能 测 试 标 准 1O0% 替 代 法进行 ERVIN循环寿命测定 ,以表征抛喷丸清理设 备中金属磨料的真实使用寿命 。

100% 替 代 法 测 定 时 ,向 ERVIN 循 环 寿 命 试 验 机 中 加 入 100 g低 碳 铸 钢 丸 ,以 61 m/s的 速 度 抛 打 到转 动 的 靶 上 ,500 次 循 环 后 取 出 磨 料 , 用 0.425 mm 筛子筛分 ,记 录重量损失 ,并补加新低碳铸钢丸 ,使 加 人 总 量 达 到 100 g,重 新 装 人 重 复 上 述 步 骤 ,累 积 损 失 超 过 100 g 时 ,停 止 试 验 ,按 公 式 :E R V IN 循 环 寿命 (次数)=总循环次数一(每次测试次数/最后损 失 % )X (累 计 损 耗 % 一 10 0 ),计 算 循 环 寿 命。

2 试验结果与分析


2.1 低碳铸钢丸的成分、密度及硬度

低碳铸钢丸的化学成分 、密度 、硬度见表 l。通过 降低碳含量来提高韧性 。硅含量在一定 范围内可同 时提高强度和韧性,主要是含硅的钢经奥氏体化并 连续冷却后 ,可形成与典型上 、下贝氏体不 同的贝氏体组织,其特点是不析出碳化物 ,而存在稳定的残余 奥 氏 体 膜 或 M —A 小 岛 ,从 而 促 进 韧 性 的 提 高 和 良 好 的 强 韧 性 配 合 ,超 过 2% 后 ,出 现 块 状 铁 素 体 ,使 韧 性 下降 。锰含量增加使钢的铁素体c曲线不断右移, 贝氏体 c曲线则显著 向低温方向移动 ,即降低的 B 点温度增 多 ,而 M 点又降低较少 ,从而使贝氏体的 强化效果更加显著 ,同时锰还可以增加韧性 和淬透 性。 SAE J21751标 准 同中 硬 度 范 围 为 HRC40~50, ISO11124— 4的 硬 度 范 围 HV390~520,本 实 验 得 到 的低碳铸钢丸的硬度为 HV453.75/HRC46.3,硬度适 中,具有 良好的综合抛喷丸清理效能 ;ISO124—4 标 准 中 低 碳 铸 钢 丸 的 表 观 密 度 应 大 于 7.0 g/cm , 本 实 验 得 到 的 低 碳 铸 钢 丸 的 密 度 为 7.5 g/cm。,说 明 低碳铸钢丸的组织致密性较好。

铸钢丸成分
铸钢丸成分

2.2 低碳铸钢丸金相组织
经熔炼 、离心雾化成丸后落人水 中(淬火 )得到的 低 碳 铸 钢 丸 金 相 组 织 如 图 1(a)和 (b)所 示 。原 凝 固 后的树枝状奥 氏体转变为无碳贝氏体 (条状铁素体+ 少 量 残 余 奥 氏 体 )与 板 条 马 氏 体 ,无 碳 贝 氏 体 形 貌 与板条马氏体形貌较难区别 。由于最大规格低碳钢 丸直径小于 2.5 ITlm ,在 较 低含碳 量 情 况 下 ,可 完 全 淬透 ,全部获得无碳 贝氏体与板条马 氏体 ,密度高 、 形变时位错活动性强 ,具有高塑性 、高韧性及相应较 高 的 强 度 , 心 部 到 表 面 硬 度 非 常 均 匀 , H R C 4 6 . 3 , 此硬度兼顾 了清理速度与冲击韧性及耐磨性 ,具有 较 好 的 综 合 力 学 性 能。

铸钢丸组织形态
铸钢丸组织形态

2.3 低碳铸钢丸 ERVIN循环寿命测定结果及分析

100% 替 代 法 ERV IN 循 环 寿 命 的 测 定 结 果 见 表 2,ERVIN 循 环 寿 命 次 数 为 2971次 ,即 表 明 在 实 际 现 场抛喷丸清理作业 中,全部低碳铸钢丸消耗完 ,并补 加 到 原 始 量 ,可 重 复 使 用 2971 次 ,破 碎 的 粉 尘 失 去 清理功效而被除尘系统除去。现在市场 中销售 的高碳铸钢丸的欧文循环寿命为 20~280次 ,可见低 碳铸钢丸的寿命较高 ,这是 由于低碳铸钢丸的显微 组 织 中 无 疏 松 、偏 析 、气 孔 等 缺 陷 ,晶 粒 尺 寸 小 。 低 碳 铸钢丸 的金相组织为无碳贝氏体与低碳 马氏体的复 合组织,具有良好的强度与韧性。

测定结果
测定结果

3 结论


(1)低 碳 铸 钢 丸 的 化 学 成 分 为 (质 量 分 数 ,% ):0.14C、0.38Si、1.13Mn、0.046S及 0.O18P;密 度 为 7.5 g/cm,硬度 HRC46.3;金相组织为无碳贝氏体+板条马氏体组织,具有优良的综合力学性能。
(2)低 碳 铸 钢 丸 100% 替 代 法 ERVIN 循 环 寿 命 为2971次 ,表征实际抛喷丸清理操作 中平均每粒低 碳 铸 钢 丸 可 使 用 2971次 ,是 理 想 的 铸 件 抛 喷 丸 清 理的金属磨料。

喷抛丸设备、喷丸强化技术服务,182 0189 8806 文章链接:http://www.shot-peening.cn/1217/

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