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解读:抛丸机叶片潮模方案生产工艺

文章出处:原创 编辑:抛丸机发表时间:2015-4-19 11:28:21 浏览人数:677,1,0
   生产工艺对抛丸机叶片的使用寿命有明显的影响,现今国内生产高铬耐磨铸铁叶片多采用潮模、潮模加冷铁工艺、铁模工艺等,但这种工艺易使铸件产生夹渣、冷隔、缩松、气孔等铸造缺陷,这些缺陷都能成为最终导致叶片断裂的裂纹源,?#23548;?#35777;明有铸造缺陷的叶片其使用寿命很低,大多失效于断裂。 

一、试制原则 :
根据叶片的失效形式、存在问题和高铬铸铁的特性确定试制原则:
1.高铬铸铁化学成?#31181;?#24212;使 Cr/C≥5,以保证获得硬度高、韧性好的 M7C3型碳化物;
2.使叶片?#26800;?#30899;化物垂直于磨面定向排列,并使基体铸态下?#23454;?#32454;化,提高碳化物的圆整度,减弱其对机体的割裂作用;
3.力求降低残余奥氏体数量;
4.力求消除铸造缺陷,特别是缩松缺陷,提高铸件致密度;
5.在保证基体足够硬度的条件下,尽可能提高其韧性。 

二、工艺方案确定 :
   高铬铸铁叶片的生产工艺包括铸造工艺的确定、合金的熔炼、浇注工艺?#38382;?#30340;确定、零件的热处理等工序。 

三、放置冷铁和不放冷铁两种工艺方案 :
   高铬铸铁铁水流动性好,为了获得细晶粒组织,浇注温度应尽可能低一些;高铬铸铁液态收缩量较大,需采用冒口补缩,一般收缩率取2%。 
   高铬铸铁叶片在铸造过程中由于铸造公艺性差,易产生多种铸造缺陷,因而降低使用寿命,为了减少缺陷,在铸造过程中采取加强冷却、充分补缩、有效挡脏引气、尽量减少收缩阻力等措施。文献表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 介绍高铬铸铁导热性差、弹性模量高、易产生裂纹,所以在铸造过程中应使铸件各部位冷却均匀,尽量减少收缩受阻现象。 
   为了使碳化物的?#23435;?#26041;向垂直于叶片磨面,可在铸型底部加冷铁,使铁水从铸型下部向上部顺序凝固,以获得定向凝固碳化物。见图2-1。 
图2-1铸造工艺简图
图2-1铸造工艺简图

   图2-1铸造工艺简图

四、化学成分 :
   化学成分见表2-1。
表 2 -1  试制叶片的化学成分(%) 
表 2 -1  试制叶片的化学成分(%)

确定原则: 
   1.铬碳比控制在 4.0~8.0表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) ,铬、碳是决定高铬铸铁组织和性能的主要元素,二者有较强的亲和力,能形成碳化铬固溶于奥氏体中,强化金属基体。铬碳比决定了碳化物的类型:该比值超过 4.0 ?#20445;?#20960;乎全部形成高硬度的 M7C3型碳化物,从而提高材料的整体强度和韧性。铬、碳含量还决定了高铬铸铁中碳化物的体积分数。碳化物的体积分数高,有助于提高抗磨性,但韧性下降。因此,含碳量大于 3.0%的高铬铸铁多用于中、低应力磨损工况;而含碳量低于3.0%?#20445;?#22810;用于高应力的冲击磨损工况。 
   2.为提高淬透性,可?#23454;?#21152;入钼、铜等元素表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 。一部分钼进入碳化物,一部分溶入奥氏体。溶入奥氏体的钼和铜联合作用,提高淬透性的作用更大。钼含?#23380;?#39640;可达 3.0%。铜虽可提高淬透性,但它在奥氏体?#26800;?#28342;解度较小(约 2.0%)。为防止游离铜在晶界析出起副作用所以铜含量不宜太高,据统计如果铜、镍等元素加入量超过标准,会使零件寿命减少5%~20%。 
   3.为增加耐磨性,可加入钒表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 、铌表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 等强碳化物形成元素。加入钒和铌能形成非常稳定的 VC、NbC,其硬度可高达 2600~2800HV,并能阻止奥氏体晶粒长大。 

五、合金熔炼工艺 :
   1.合金熔炼采用中频感应电炉(酸性炉?#27169;?#25991;献表 2-4   试制叶片的金相组织 从理论与?#23548;?#32467;合的角度进行了这方面的研究)。 
   2.炉料为普通碳素钢板、?#32454;止臁?#39640;碳铬铁、低碳铬铁、镍、钼铁、电解铜、增碳剂  、硅铁及锰铁,要求所有炉料必须清洁无锈蚀。为调节合金含碳量往往需采用增碳剂使铁水增碳,为降低成本增碳?#37327;?#36873;用磷、硫含量较低的石墨电极碎块。 
   3.变质剂为 RE-Ti、RE-Al、RE-V-Ti,加入量适中(0.6%~0.8%)。变质处理能使碳化物在铸态下细化,经热处理后再提高碳化物的圆整度,减弱对机体的割裂作用,提高韧性;有资料介绍表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 影响高铬白口铸铁韧性的主要因素包括:碳化物形态、分布及尺寸大小;晶界冶金质量;显微疏松;晶粒粗细;基体组织的组成及含量等。有研究者表 2-4   试制叶片的金相组织 研究了稀土、钒、?#36873;?#30844;多元素变质处理对高铬铸铁的影响。结果表明,碳化物成团块状,孤立程度明显提高、显著细化。韧性提高 60%~160%,磨损失重降低 17%~47%,但硬?#32570;?#21270;不明显。另外有学者研究证明表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) ,常用变?#35797;?#32032;中,稀土有脱氧、去硫的作用,从而?#31181;?#22841;杂物在晶界上聚集,改善?#21496;?#30028;状况,有效地提高了韧性;而钒、钛可以形成弥散的碳、氮化合物,阻碍晶粒长大,从而细化晶粒。 
   哈尔滨工业大学张景辉等图 2-3  含铬  13%叶片铸态、热处理后的金相组织 研究了钾、钠、?#23613;?#38088;对高铬铸铁的变质处理。研究结果表明,变质处理后的铸态组织中碳化物出现蠕虫状和团块状,网状分布基本消失,孤立化程度明显改善。这是因为表面活性元素钾、钠吸附在碳化物择优长大方向表面上阻碍碳化物在该方向的生长,而非吸附元素铈、镁在碳化物结合前沿积聚,亦阻碍碳化物生长,细化了碳化物。由于碳化物形态和分布的有利变化,变质处理后的高铬铸铁韧性和抗磨性都都到了较大程度的提高,韧性?#21103;?#25552;高 58%~112%,磨损失重降低 28%~74%,而且硬度略有提高。其中以钾的变质效果最?#36873;?nbsp;
   合肥工业大学苏永等表 2-4   试制叶片的金相组织 研究了鹏、钒、?#36873;?#31232;土对高铬铸铁的变质处理。结果表明,经多元联合变质处理后,由于变质剂提供了较多的晶核以及对晶粒生长方向的影响,使铸态组织中奥氏体为较均匀的等轴晶,M7C3大部分?#20351;?#31435;条块状,从而使高铬白口铸铁得韧性和抗磨性得?#27975;?#22823;提高,韧性提高60%~160%,磨损失重降低 17%~47%,但硬?#32570;?#21270;不明显。其中以 RE-V-Ti-B复合变质效果最?#36873;?nbsp;
   4.加?#32420;?#24207;?#21512;?#21152;(3%)高碳铬铁及全部钼铁及铜、镍,再一次加入回炉料、?#32454;鄭?#26368;后加入其余铬铁,以保证熔炼初期不出现过高的温度,减少氧化及烧损。 
   5.化学成分调整:铁水中铬铁全部铬铁熔化后,取样进行光谱分析,并迅速调整化学成分达到要求。 
   6.出炉前应进?#22411;?#27687;处理,氧化物和硫化物夹杂对力学性能的影响最敏感,文献表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 介绍用 0.5%的锰铁在炉?#24615;?#33073;氧,0.25%硅铁在炉中脱氧,0.05%的铝在包中终脱氧;温度控制在 1500℃~1520℃,这有利于铁水成分均匀,气体和夹杂物?#32454;。?#20294;温度不能太高,防?#36141;?#37329;元素烧损和晶粒粗大。 
   氮气和氢气在高铬铸铁中有一定的溶解度,在凝固过程?#24418;?#20986;,降低铸铁得韧性。有人表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 对此进行了研究,在熔炼中通过吹?#24067;?#21152;入 0.2%Ti 以除去氮气和氢气,取得了较好的效果,即提高了韧性又提高了耐磨性。 

六、浇注工艺 :
   1.浇注时变质剂加入包底,出铁后搅拌并覆盖集渣?#31890;?br />   2.浇注温度控制在 1460℃~1480℃。 

七、  热处理工艺 :
   采用高温?#28201;?#36827;行淬火及回火处理,热处理曲线见图 2-2。实验过程中在800℃~900℃区域加热,硬度不足,主要由于加热温度过低,在奥氏体化?#27604;?#20837;的碳和合金元素较少,致使在冷却后得到的马氏体含碳和合金元素也较低。而在1000℃以上加热,硬度也不高,这主要由于在高温?#27604;?#20837;了大量的碳和合金元素,使 Ms 点?#26412;?#19979;降,室温组织中存在大量的残余奥氏体,二次碳化物聚集长大,失去了弥散强化作用。只有在 900℃~1000℃之间加热是比较?#23454;鋇模?#23427;得?#27975;?#39640;强度的马氏体基体和?#23454;?#23610;寸的二次碳化物以及少量的残余奥氏体,然后进行 200℃以下的低温回火,以消除淬火应力,并保持基体硬度不变。文献表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 介绍了高温球化处理过程,将铸件加热到 1140℃~1180℃,保温16h 使碳化物全部呈团球状,以消除或减少大块状或连续状碳化物对基体割裂作用,可明显提高叶片的韧性和耐磨性。从试验可知,较快的冷速?#31181;?#20102;碳和合金元素的析出,从而保证了基体马氏体具有较高的硬度。在相同的奥氏体化温度加热,而在冷却初期采用缓冷随后再风冷的试样,?#26800;?#30899;化物以弥散状析出,使得基体马氏体硬度降低,与直接风冷试样相比基体硬度明显下降。从提高基体的强韧性和耐磨性来看,提高马氏体硬?#32570;?#36215;第二项弥散强化来更为重要。有资料介绍对含有镍、锰、铜的高铬铸铁,在铸态时含有较多的残留奥氏体,硬度和抗磨性低,为提高这类高铬铸铁的硬度,采用珠光体预处理工艺,铸态工件在 650℃保温 1.5h,再加热?#38142;?#28779;温度,经处理后组织均匀且溶入马氏体?#26800;?#21512;金元素增多,可使淬火马氏体硬度提高。 
图 2-2  高铬铸铁热处理工艺

图 2-2  高铬铸铁热处理工艺
   回火处理可提高高铬铸铁的抗磨型和韧性。传统的回火温度一般为 200℃左右,近来许多试验认为,回火温度应采用 450~500℃,这比低温回火对奥氏体的分解有利,特别适用于铸态奥氏体含量高的高铬铸铁。有研究者提出了残留奥氏体含量和温度对硬度的影响分析,认为淬火后的残留奥氏体数量越多,回火后的硬度越高,如含有 67%的残留奥氏体?#20445;?#22312; 450℃回火后硬度可达65HRC。 

八、结果分析 :
   通过?#23454;?#30340;复合变质处理及淬火回火处理可获得符合 GB/T8263 中KmTBCr20Mo 及 KmTBCr26 牌号各项性能?#21103;?#30340;耐磨铸件。但冷铁造成的冷隔缺陷及材质的局限性使该铸件的使用寿命达不到使用要求。另外由于夹渣、冷隔、缩松、气孔等铸造缺陷的存在使产品?#32454;?#29575;只有60%左右。 由表 2-2 和表 2-3 可以看出经变质处理与未经变质处理的试棒硬度相差很大,但经淬火后试棒硬度提高,这因为淬火后基体发生马氏体相变以及钒、钛元素以二次碳化物形式析出增加基体硬度有关。冲击?#31561;?#26377;很大程度提高,是由于基体晶粒细化和碳化物?#20351;?#31435;状分布,削弱了对基体的割裂作用。 
表 2-2 Cr13 试样力学性能测定均值
表 2-2 Cr13 试样力学性能测定均值 
表 2-3   试制叶片的硬度值
表 2-3   试制叶片的硬度值 
   图 2-3 为试棒未经变质处理和分别用 RE-Ti、RE-Al、RE-V-Ti 复合变质处理的金相组织显微放大照片的对?#21462;?#21487;以看出未经变质处理试棒金相组织中碳化物呈断序网状分布;经变质剂复合变质处理后共晶碳化物 M7C3、二次碳化物呈团块状,其分布更加孤立和均匀,强化了基体,提高了韧性,使叶片具有良好的耐磨性及抗剥落抗破碎能力。提高了叶片的工作寿命。 
图 2-3  含铬  13%叶片铸态、热处理后的金相组织
a)未经变质处理         b)经 RE-Ti 变质处理  c)经 RE-Al 变质处理    d)经 RE-V-Ti 变质处理 
图 2-3  含铬  13%叶片铸态、热处理后的金相组织 

   试制叶片的金相组织如表 2-4 所?#23613;?#20998;别为铸态或铸态并去应力和硬化态或硬化并去应力情况下金相组织。 
表 2-4   试制叶片的金相组织
表 2-4   试制叶片的金相组织 

   由表 2-5 中通过近两个月的装机试验可以看出自产叶片已能满足生产要求。效果比外购叶片好。资料图 2-3  含铬  13%叶片铸态、热处理后的金相组织 介绍,抛丸机工况对叶片寿命有很大影响。除弹丸材质的影响外,叶片的寿命还与弹丸抛出速度的 4 次方、弹丸直径的 3 次方成反比;抛丸量越大,磨损越快。 
表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机)
表 2-5 装机试验(2t 履带抛丸机) 

九、本章小结 :
   1、复合变质剂的使用是提高叶片耐磨性的关键,其不仅改变了碳化物的形态及分布,而且使组织的到了细化。
   2、?#23454;?#30340;热处理工艺,可以提高叶片的强韧性。
   3、叶片铸造缺陷较多,成品?#23454;汀?nbsp;


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