CN101670559B - 一种抛丸器耐磨叶片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛丸器耐磨叶片及其制备方法，本发明抛丸器耐磨叶片是由铸造成型的抛丸器耐磨叶片经热锻处理、水韧处理及高能行星球磨得到，其表面硬度为HB500-550，断裂韧性为11.0-12.8Mpa/m²。经本发明处理的抛丸器耐磨叶片在实际应用过程中会在丸料的高速冲击下越大越硬，大大提高使用寿命可达4000小时，是高铬铸铁的10倍。

Description

一种抛丸器耐磨叶片及制备方法

技术领域

本发明涉及一种抛丸器耐磨叶片及制备方法，具体为一种利用行星球磨法诱导轧制ZGMn13表面强化的新型耐磨叶片及制备方法。

背景技术

铸铁耐磨材料的发展经历了白口铸铁，中锰球铁，高铬铸铁三个阶段。目前大部分抛丸机、磨机等都采用高铬铸铁材料。这种铸铁的特点是Cr/C≥5，碳化物为M₇C₃[(Cr·Fe)₇C₃]型，碳化物硬度1200～1600HV，比Fe₃C(M₃C)的硬度高，更抗磨。但是高铬铸铁耐磨件铬含量高，成本高，铸造缺陷高，在冲击摩擦磨损情况下很容易从铸造缺陷部位层层剥落，造成材料的磨损失效。而铸钢耐磨材料一直沿用高锰钢耐磨材料。

高锰钢的研究与使用历史悠久，它最早是由英国的Robert Hadfield于1882年发明的。其铸态组织是奥氏体+马氏体+碳化物，水韧处理后为单一奥氏体组织，高锰钢有良好的加工硬化性能，在工件经受强烈冲击或重力挤压的工况条件下，其表面迅速硬化，而心部依旧保持原有的硬度和良好的韧性。高锰钢广泛用于制造抗冲击磨损的工件，所制成的构件，在高冲击负荷下，既安全可靠，又耐磨，广泛用于冶金、矿山、建材、铁路、农机及军工等各个部门。但是ZGMn13只有在较大挤压力或较大冲击载荷作用下，工作表面才会发生加工硬化，其表面硬度迅速由HB180-220硬化到HB500-550左右，才能具备良好的耐磨性。但是高锰钢在铸造过程中不可避免地存在着各式各样的铸造缺陷，如疏松、缩孔、微裂纹、晶粒粗大及成分组织偏析等，这些缺陷在使用过程中将很容易在铸件中引起纵向水平裂纹、垂直裂纹、压塌、剥离掉块等而发生早期失效，造成高锰钢使用寿命降低。另外，ZGMn13材料实际工况使用下由于没有足够的加工硬度，当丸料与抛丸器耐磨叶片表面接触时，每个颗粒像一把微小的切刀一样把材料表面切削掉，所以，磨料与抛丸器耐磨叶片接触的过程就是不断因微观切削而冲击磨损和耐磨材料表面不断形变强化的过程，二者是矛盾对立统一体，需要控制合理的速度和撞击力，如果这个过程很难控制，耐磨材料会像普通材料一样被很快摩擦磨损掉。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种抛丸器耐磨叶片，本发明是在以ZGMn13为主要原料熔炼而成的铸造成型后的抛丸器耐磨叶片的基础上，通过水韧处理提高韧性，通过高能行星球磨法获得形变强化的表层组织，从而得到高耐磨抛丸器耐磨叶片。本发明采用铸锻工艺，密实了材料组织，消除了铸造缺陷，然后在高能球磨下使材料的表面发生预形变强化，使表面组织迅速强化，大幅提高抛丸器耐磨叶片的耐磨性。

本发明的技术方案是：一种抛丸器耐磨叶片制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将铸造成型的抛丸器耐磨叶片经过热锻处理，利用热作模具钢提供模具，在500T压力机上进行模锻成型，始锻温度1150～1200℃，终锻温度960～980℃，然后修边，去毛刺，精整，再经水韧处理转变为单一奥氏体组织，提高其韧性；

(2)将上述做好的抛丸器耐磨叶片放入球罐内，按重量比磨球∶抛丸器耐磨叶片＝1∶10的比例加入Al₂O₃磨球，对称的旋紧螺母确保球罐的密封性；然后向球罐内充入氩气以赶出罐内空气，充气时间半小时；将充气后密封的球罐在行星式高能球磨机中进行高能球磨，球磨2小时停机，将抛丸器耐磨叶片取出，空冷；

上述步骤(1)中的所述的铸造成型的抛丸器耐磨叶片的元素组分及重量百分含量为：C 1.0～1.2％，Mn 11.0～14％，Cr 1.0～1.5％，Mo 0.1～0.15％，Si 0.3～0.8％，0＜S≤0.05％，0＜P≤0.09％，其余为铁，它是以ZGMn13为主要原料熔炼而成。

在上述步骤(2)中，磨球直径为10mm、5mm或3mm；球磨机转速为280-370r/min；所述球磨过程中使用4只球磨罐；选用304(1Cr₁₈Ni₉)不锈钢罐，采用氩气保护以防氧化。

本发明由铸造成型的抛丸器耐磨叶片经热锻处理、水韧处理及高能行星球磨制得的抛丸器耐磨叶片表面硬度为HB500-550，断裂韧性为11.0-12.8Mpa/m²。

本发明抛丸器耐磨叶片铸造成型方法为现有技术，其常用方法为：采用电弧炉熔炼ZGMn13，期间选择S、P含量较低的废钢加入电弧炉熔炼，用萤石和生石灰调整炉渣组分，除渣后加入锰铁合金、硅铁合金进行合金化，出钢前往钢液中插入纯铝除氧，在浇包包底加入混合稀土变质剂，当温度达到1600℃时出钢，将钢液浇入到砂型铸造型腔中铸造成型。

本发明通过高能球磨法，通过磨球与材料表面的冲击和碰撞，使材料迅速产生加工硬化，硬度快速提升，以达到使材料表面迅速形变强化的目的。高能行星球磨法是在磨球高速碰撞的作用下，抛丸器耐磨叶片表面不断受到强烈的磨球冲击，在其表面迅速出现加工硬化现象，随球磨时间的增加，硬化层不断增加，从而大大提高表面硬度，提高耐磨性。

本发明采用高能行星球磨方法，是高锰钢表面形变强化的的最新方法，它的主要作用进行预形变强化，消除抛丸器耐磨叶片表面微观缺陷，密实组织，大大提高了其提高表面硬度，表面硬度由HB180-220硬化到HB500-550。经本发明处理的抛丸器耐磨叶片在实际应用过程中会在丸料的高速冲击下越大越硬，大大提高使用寿命，使用寿命可达4000小时，是高铬铸铁(使用寿命为200～400小时)的10倍。

具体实施方式

实施例1：

(1)铸造成型的抛丸器耐磨叶片再经过热锻处理，利用热作模具钢提供模具，在500T压力机上进行模锻成型，始锻温度1150℃，终锻温度960℃，然后修边，去毛刺，精整，再经水韧处理转变为单一奥氏体组织，提高其韧性。

(2)将上述做好的抛丸器耐磨叶片放入球罐内，按重量比磨球∶抛丸器耐磨叶片＝1∶10的比例加入Al₂O₃磨球，对称的旋紧螺母确保球罐的密封性；然后向球罐内充入氩气以赶出罐内空气，充气时间半小时；将充气后密封的球罐在行星式高能球磨机中进行高能球磨，球磨1小时停机，将抛丸器耐磨叶片取出，空冷。制得的抛丸器耐磨叶片，其表面硬度为HB550，断裂韧性为12.8Mpa/m²。

步骤(1)中所用的铸造成型的抛丸器耐磨叶片的元素组分及重量百分含量为：C 1.0％，Mn 12.0％，Cr 1.5％，Mo 0.1％，Si 0.5％，S 0.045％，P 0.065％，其余为铁。

在上述步骤(2)中，磨球直径为10mm；球磨机转速为280r/min；所述球磨过程中使用4只球磨罐；选用304(1Cr₁₈Ni₉)不锈钢罐，采用氩气保护以防氧化。

实施例2：

除步骤(1)中所述铸造成型的抛丸器耐磨叶片的元素组分及重量百分含量为：C 1.0％，Mn 11.0％，Cr 1.1％，Mo 0.15％，Si 0.5％，S 0.05％，P 0.065％，其余为铁。步骤(1)中所述始锻温度1200℃，终锻温度为980℃，步骤(2)中磨球直径为5mm；球磨机转速均为300r/min；其余同实施例1。本实施例制得的抛丸器耐磨叶片表面硬度为HB500，断裂韧性为11.8Mpa/m²。

实施例3：

除步骤(1)中所用的铸造成型的抛丸器耐磨叶片的元素组分及重量百分含量为：C1.2％，Mn 12％，Cr 1.0％，Mo 0.15％，Si 0.8％，S 0.04％，P 0.07％，其余为铁；步骤(1)中始锻温度为1180℃，终锻温度为970℃，步骤(2)中磨球直径为3mm；球磨机转速均为320r/min外，其余同实施例1。本实施例制得的抛丸器耐磨叶片表面硬度为HB520，断裂韧性为12.5Mpa/m²。

Claims (2)

1.一种抛丸器耐磨叶片，其特征是，所述抛丸器耐磨叶片是由铸造成型的抛丸器耐磨叶片经热锻处理、水韧处理及高能行星球磨制得，表面硬度为HB500-550，断裂韧性为11.0-12.8Mpa/m²，所述铸造成型的抛丸器耐磨叶片是以ZGMn13为主要原料熔炼而成，所述铸造成型的抛丸器耐磨叶片元素组分及重量百分含量为：C 1.0～1.2％，Mn 11.0～14％，Cr 1.0～1.5％，Mo 0.1～0.15％，Si 0.3～0.8％，0＜S≤0.05％，0＜P≤0.09％，其余为铁。

2.一种根据权利要求1所述的抛丸器耐磨叶片的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将所述的铸造成型的抛丸器耐磨叶片经过热锻处理，利用热作模具钢提供模具，在500T压力机上进行模锻成型，始锻温度1150～1200℃，终锻温度960～980℃，然后修边，去毛刺，精整，再经水韧处理转变为单一奥氏体组织，提高其韧性；

(2)将上述做好的抛丸器耐磨叶片放入球罐内，按重量比磨球∶抛丸器耐磨叶片＝1∶10的比例加入Al₂O₃磨球，对称的旋紧螺母确保球罐的密封性；然后向球罐内充入氩气以赶出罐内空气，充气时间半小时；将充气后密封的球罐在行星式高能球磨机中进行高能球磨，球磨2小时停机，将抛丸器耐磨叶片取出，空冷；

在上述步骤(2)中，磨球直径为10mm、5mm或3mm；球磨机转速为280-370r/min；所述球磨过程中使用4只球磨罐；使用304(1Cr₁₈Ni₉)不锈钢罐，采用氩气保护以防氧化。