拋噴丸清理用低碳鑄鋼丸 ERVIN循環壽命的研究

在查閱大量 國內外相關文獻發現 ，國內外鑄鋼丸 的 研 究 均 側 重 于 高 碳 鋼 材 質 鑄 鋼 丸 (0.85% 一1.2% C ) 改良研究，而新型低碳材質鑄鋼丸的研究較少。為提 高 鑄 鋼 類 金 屬 磨 料 的 使 用 壽 命 ，降 低 生 產 成 本 ，江蘇奧力斯特科技有限公司率先采用離心霧化成丸 法 ，制得無碳貝氏體+低碳馬氏體混合組織的低碳鑄 鋼丸。與傳統高碳鑄鋼丸生產工藝相 比，低碳鑄鋼丸 的生產省略了二次淬火與高溫回火工藝 ，既降低 了成本 ，又提高了鑄鋼丸的韌性和使用壽命 ，特別適合 于鑄件 、鍛件及熱處理件表面拋噴丸清理”。

1 試驗材料、儀器與方法

試驗材料為江蘇奧力斯特科技有限公司生產 的 低 碳 鑄 鋼 丸 成 品 ， 規 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 計及碳硫分析儀 、島津 M型顯微硬度計及排無水酒 精法分別測定化學成分 、硬度及密度 ;用尼康光學金相 顯 微 鏡 觀 察 金 相 組 織 ;用 ERVIN 金 屬 磨 料 壽 命 試 驗機 (ErvinTestMachine)，按美國汽車工程協會 SAE J4 45A 金 屬 磨 料 機 械 性 能 測 試 標 準 1O0% 替 代 法進行 ERVIN循環壽命測定 ，以表征拋噴丸清理設 備中金屬磨料的真實使用壽命 。

100% 替 代 法 測 定 時 ，向 ERVIN 循 環 壽 命 試 驗 機 中 加 入 100 g低 碳 鑄 鋼 丸 ，以 61 m/s的 速 度 拋 打 到轉 動 的 靶 上 ，500 次 循 環 后 取 出 磨 料 ， 用 0.425 mm 篩子篩分 ，記 錄重量損失 ，并補加新低碳鑄鋼丸 ，使 加 人 總 量 達 到 100 g，重 新 裝 人 重 復 上 述 步 驟 ，累 積 損 失 超 過 100 g 時 ，停 止 試 驗 ，按 公 式 :E R V IN 循 環 壽命 (次數)=總循環次數一(每次測試次數/最后損 失 % )X (累 計 損 耗 % 一 10 0 )，計 算 循 環 壽 命。

2 試驗結果與分析

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 范圍內可同 時提高強度和韌性，主要是含硅的鋼經奧氏體化并 連續冷卻后 ，可形成與典型上 、下貝氏體不 同的貝氏體組織，其特點是不析出碳化物 ，而存在穩定的殘余 奧 氏 體 膜 或 M —A 小 島 ，從 而 促 進 韌 性 的 提 高 和 良 好 的 強 韌 性 配 合 ，超 過 2% 后 ，出 現 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 ，即降低的 B 點溫度增 多 ，而 M 點又降低較少 ，從而使貝氏體的 強化效果更加顯著 ，同時錳還可以增加韌性 和淬透 性。 SAE J21751標 準 同中 硬 度 范 圍 為 HRC40~50， ISO11124— 4的 硬 度 范 圍 HV390~520，本 實 驗 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 準 中 低 碳 鑄 鋼 丸 的 表 觀 密 度 應 大 于 7.0 g/cm ， 本 實 驗 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 后的樹枝狀奧 氏體轉變為無碳貝氏體 (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別 。由于最大規格低碳鋼 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 、 形變時位錯活動性強 ，具有高塑性 、高韌性及相應較 高 的 強 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 性 能。

2.3 低碳鑄鋼丸 ERVIN循環壽命測定結果及分析

100% 替 代 法 ERV IN 循 環 壽 命 的 測 定 結 果 見 表 2，ERVIN 循 環 壽 命 次 數 為 2971次 ，即 表 明 在 實 際 現 場拋噴丸清理作業 中，全部低碳鑄鋼丸消耗完 ，并補 加 到 原 始 量 ，可 重 復 使 用 2971 次 ，破 碎 的 粉 塵 失 去 清理功效而被除塵系統除去。現在市場 中銷售 的高碳鑄鋼丸的歐文循環壽命為 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 合組織，具有良好的強度與韌性。

3 結論

(1)低 碳 鑄 鋼 丸 的 化 學 成 分 為 (質 量 分 數 ，% ):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，具有優良的綜合力學性能。
(2)低 碳 鑄 鋼 丸 100% 替 代 法 ERVIN 循 環 壽 命 為2971次 ，表征實際拋噴丸清理操作 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。