86-0515-89968868高铬耐磨铸铁在抛丸机叶片上的应用2012-06-28
在20世纪50~60年代．抛丸机一般只被用于铸件的落砂清理，而今天其应用领域正在不断扩大。抛丸器作为抛丸机的关键部件，其质量与使用寿命直接取决于叶片。
由于叶片工作时处于高速旋转的叶轮中，既要承受钢丸磨料的磨损，又要承受高速弹丸流的冲蚀磨损，在这两种形式磨损下，叶片是否好用，关键取决于叶片的材质。
目前耐磨材料的种类很多，主要有高锰钢、中锰球铁、低合金白口铁等。
低合金白口铁虽然能够适应低载荷下的冲击，但使用寿命极短，不是理想的材质；高锰钢属于奥氏体组织的钢种，在高冲击下易产生加工硬化，因而具有一定的耐磨性能，但对于中低应力下的冲击则不能发挥出良好的耐磨性；高铬铸铁是继高锰钢之后的第三代耐磨材料，由于其组织中含有理想的M7C3型共晶碳化物，而且容易得到马氏体组织．与其它耐磨材料相比则显示出较大的优越性，因此得到广泛的应用。
但高铬铸铁较脆，在高冲击下容易断裂、破碎，而且在实际生产中很难把握其形成机理，得到理想状态下的基体组织。针对这种情况，我们在常规工艺的基础上，进行改进并经过相应的热处理，提高其使用性能，从而更能满足叶片的使用要求。
1、叶片的失效形式
研究发现．抛丸设备叶片的受力主要来自随叶轮高速旋转的丸流的摩擦冲蚀及惯性力。丸料的摩擦和冲蚀属于中低载荷，如果叶片表面硬度较低，在弹丸的冲蚀下，由于惯性力的作用，叶片工作面与丸料问的摩擦力很大，且长时间作用于叶片表面，加之二者发生相对滑动，使叶片表面出现沟槽，并在相邻区域出现塑性变形，导致叶片表面产生断裂应变，最终形成裂纹而破碎，使叶片报废。
由此可知．在低载荷冲击下硬度对耐磨性的影响占主导地位。我们正是利用高铬铸铁高硬度的特点，对铸造工艺及热处理工艺加以改进，从而满足其工况条件下的使用要求。
2、叶片的研制
2.1成分设计
高铬铸铁是以铬为主要合金元素，辅以一定量的其它合金元素而组成的抗磨材料。通常含铬量122to_3596之间，由于含铬量较大基体中会形成很多硬的碳化物，因此，钢板预处理线机械性能特别是延伸性能较差，不宜作为对强度有一定要求的材料，但它具有优良的耐磨性能，特别是耐磨料磨损的性能。
大多数高铬铸铁是属于亚共晶成分，它们凝固时会先形成奥氏体树枝晶，接着在一定温度范围内同时析出奥氏体和M7C3型碳化物组成的共晶体，这种M7C3型碳化物的硬度可达HVI300-1800．足可以抵抗石英(HV900~1280)的磨损；
其次这种碳化物分布连续性较差，呈杆状和弯曲的厚片状，对基体的削弱作用小，因而能够使铸铁保持高的韧性，所以我们在研制的过程中应力争在高铬铸铁中得到以马氏体为基体，分布有M7C3型碳化物的组织。
2.1.1碳、铬的确定
一般说来，碳量决定碳化物的数量，同时还直接影响着材质的机械性能，为保证硬度和强度的配合，碳量不宜取过高值。
从耐磨角度看，对耐磨性最有利的组织结构是，在连续韧性基体上分布孤立的硬质点一碳化物，由于M7C,型碳化物硬度值很高，是比较理想的碳化物形态。
2.1.2锰、钼的确定
高铬铸铁在低冲击工况条件下的理想抗磨组织为马氏体基体上分布着孤立的杆状碳化物，而想要获得马氏体的基体组织除需要此种材质具有良好的淬透性外，最好是在铸态下得到奥氏体组织，
钼对于提高淬透性作用很大，但它的价格比较昂贵，所以我们采用以锰代钼，Mn．Mo联合可有效提高谇透性。此外锰对稳定奥氏体的作用也很大，对于壁厚60mm左右的工件．Mn含量在3LYo左右时即可完全抑制珠光体，获得单一的奥氏体组织，所以Mn选择2.5%-3%．Mo选择04%一0.6%．
2.1.3其它合金元素的确定
铜能提高淬透性，当钼与铜配合使用时提高淬透性的作用更大，但铜在奥氏体中的溶解度有限，故Cu选择0.8%-1.2%。
硅降低淬透性，但同时它又可提高Ms点，所以当锰量高时可适当提高Si的含量取0.8%-l.0%。
硫降低流动性，与锰的亲合力较大，会消耗一部分锰。磷则形成磷共晶体，降低铸件的韧性，所以铸铁件中应尽量降低其含量，故s<0.06%,p<0.1%
2.2炉料的熔炼
用0.25t中频感应电炉熔化铁液，为降低生产成本和保证铁液质量在熔炼过程中主要采取以下措施：
采用酸性炉衬熔炼，不仅因硅砂价格低廉，且熔化过程中炉村不易开裂、热稳定性好，且电阻串比镁砂相对要小，有利于熔化效牢的提高。配料时一定要控制炉料成分，保证炉料的质量。采用合理的加料顺序，先加少量的话铁及全部的钼铁，再依次加人其它炉料。但必须保证炉料的紧实，这样有利于导电和导磁。
熔化开始应以小功率送电，然后逐步将功率增大，并随炉料的熔化经常捣料。在铁液浇注前，将铁液过热判1480℃左右，以不使铁液出现沸腾的“驼峰”现象为准，这有利于铁合金的充分反应，更不会卷入大量的氧化性气体．但还应在出炉前l0-15min用锰铁来预脱氧处理；7-8min用o的硅铁进行初脱氧；2-3min加0.05%进行终脱氧或在浇注过程中加人少量的带土硅进行变质处理。
2.3造型浇注
用事先准备好的砂箱进行手工造型，但应注意浇注系统的合理开设及冷铁的使用，严格按工艺图进行。合箱前应仔细检查型腔是否畅通，以保证铁液充型，浇注时应遵循高温出炉低温浇注的原则。
如果浇注温度过高，不但容易烧坏冷铁，而且铁液收缩率较大，易产生铸造缺陷，所以浇注温度不宜过高，一般选在1380-1420℃之间。浇注后应及时打开砂箱，这样有利于获得细小晶料的铸态组织。
2.4热处理工艺的确定
叶片除需要高的硬度外，还需一定的韧性相配合，否则会被高速旋转叶轮的惯性力折断，所以还要进行淬火加回火来提高其综合性能。
热处理温度的确定应以获得均匀而细小的臭氏体晶粒为原则，以便淬火后得到细小的马氏体组织。
奥氏体晶粒的长大与淬火温度成正比，所以选择的温度不宜过高，而且淬火后还应及时对工件进行回火处理，这样不仅可以消除淬火时产生的应力，还可以得到一定数量的回火马氏体。这样既保证了基体的高硬度，同时又提高了叶片的韧性。
3、结语
高铬耐磨铸铁在抛丸机叶片上应用后，叶片平均寿命可在400h以上。
用冷铁对叶片表面进行激冷，不仅实现了铸件的顺序凝固，而且在叶片表面产生了致密而均匀的细小晶粒组织。更因有合理的热处理工艺相配合，使得叶片的综合性能得以显著的发挥，从而保障了叶片能够长时间承受钢砂的反复冲击，表现出良好的耐磨性和较长的使用寿命，应用前景广泛。----http://www.ycgcjx.cn