CN103111626B - 一种微细合金钢丸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微细合金钢丸的制备方法，它通过调整离心盘的转速实现对合金钢丸粒度的调整；通过密闭整个装置，并向装置内通入氮气，以改变离心造丸机内的气体环境，减少氧气含量和高温熔融液滴在冷却过程中的氧化；通过向水池冷却水中加入氨，改变冷却水的酸碱度，减少成品在水中的氧化，同时通过氨的挥发，造成了装置内还原气体环境，进一步减少氧化，提高了成品率和合金钢丸表面的结晶完整性及表面强度和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属制造领域，具体涉及一种微细合金钢丸的制备方法。
背景技术
在金属铸造领域，通过抛丸和喷丸处理对金属铸件进行去除毛边毛刺、除锈抛光等处理是常用的表面处理方法，其中用量最大的抛丸材料是合金钢丸。粒度小于1.0mm的合金钢丸称为微细合金钢丸，特别适合于精密铸件的抛丸处理。
制备合金钢丸的基本原理是利用一定形式和大小的能量，击碎具有内聚力的钢液，使击碎后的钢液滴在降温凝固过程中，靠自身的表面张力自收缩成丸。常用的制备方法有两种：一种是水流喷射法，通过快速喷射水将合金钢熔融液分散成小液滴，然后收缩成球状颗粒，同时激冷淬火；另一种方法是离心造丸法，合金钢熔融液通过重力落入高速旋转的造粒杯中，利用离心力将合金钢熔融液甩出，分散成细小液滴，并在飞行的过程中冷却收缩成丸。
水流喷射法的优点是合金钢熔融液在成丸过程中，同时被高速水射流激冷淬火，其金相结构是过饱和的马氏体和少量的残余奥氏体，在后处理中一般不需二次淬火处理，只需回火处理就能达到硬度和质量要求。该方法的缺点是颗粒球形度不好，需要对产品进行选圆，将非球形颗粒选除；另外由于熔融液的骤冷，容易造成合金钢丸铸态裂纹，因此成品率低。
离心造丸法的优点是合金钢丸粒度分布范围窄、气孔率低、外形圆整、粘结现象少;钢水出丸率高，产品球形度高，不需再经选圆工序以清除异形钢丸；合金钢丸出现铸态裂纹现象较少，因此与水流喷射法相比，该法的成品率要高得多。其缺点由于离心机的高速旋转，液滴被甩出的距离较远，一般需要直径超过15米的水池，合金钢熔融液在飞行的过程中逐渐降到较低温度后才落到水中，具有一定的退火作用，降低了产品的强度。为此，专利ZL200910074736.2在离心造丸机中加入了环形淋水装置，以缩短合金钢熔融液滴的飞行时间，减小造丸设备的尺寸。但是该方法在用于微细合金钢丸生产时，容易出现产品球形度不好，异形颗粒多，成品率不高的现象。采用传统的离心造丸方法在生产微细合金钢丸时，随着合金钢熔融液滴的变小，氧化率迅速增加，产品收率大幅度下降，尤其是采用该设备生产粒度小于0.5mm的微细合金钢丸时，产品率不足40%。在实际生产中也发现了合金钢丸产品表面强度变差，影响使用寿命的问题。另外，由于微细合金钢丸颗粒较小，比表面积较大，在冷却水中停留2个小时就会发生腐蚀反应，产品表面变得粗糙，颜色变红，影响产品质量。
发明内容
本发明为解决现有技术中的问题，提供一种微细合金钢丸的制备方法，它能提高产品收率和合金钢丸表面的结晶完整性及表面强度和使用寿命。
本发明的思路：
通过调整离心盘的转速来改变微细合金钢丸成品的粒度；向造丸装置内通入氮气，以置换装置中的空气；让循环冷却水中含有一定浓度的氨。
所述的微细合金钢丸制备方法，通过改变离心盘的转速，调整微细合金钢丸的产品粒度，离心盘的转速范围为1500转/分～600转/分，相应地微细合金钢丸的粒度范围为0.1mm～1.0mm。
本发明通过以下方案予以实现：
本发明一种微细合金钢丸的制备方法，它包括以下步骤：
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼，得合金钢熔融液，开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使造丸装置内气体中的氧气含量按体积比小于0.1%，并保持连续通入氮气，其氮气流量为0.5m3/h～10m3/h；
向水池中加水使液位达到1/2，并向其中加入按重量比浓度为17%的浓氨水，使循环冷却水和淋水中氨的浓度为0.1%～10%，造丸装置中的离心盘转速控制在1500转/分～600转/分，通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液，经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸。
所述氮气流量为1m3/h～5m3/h,优选的，所述氮气流量为3m3/h。
所述循环冷却水和淋水中氨的浓度为1%～5%。
所述循环冷却水和淋水中氨的浓度为2%。
所述离心盘转速控制在1500转/分～600转/分，所述离心盘转速控制在900转/分。
所述造丸装置是离心法造丸装置….
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼，得合金钢熔融液，开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使造丸装置内气体中的氧气含量低于0.08%（体积），并保持连续通入氮气的流速为3m3/h，向水池中加水到1/2的液位，并向其中加入浓度17%（重量）的浓氨水，使水中的氨含量为1.0%（重量），造丸装置中的离心盘转速控制在900转，通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液。经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸。
本发明与现有技术相比具有的突出效果：
（1）生产过程中充入氮气的目的就是为了改变造丸装置中的气氛和环境，减少其中氧气的含量，从而减少产品的氧化率。
（2）在循环水中加入氨，利用氨的挥发性，使装置内的氮气气氛中增加了一定量的氨气，由于氨气是一个典型的还原性气体，因此造成了装置内的还原气氛。在装置内即使有少量的氧存在，也会在飞行中的熔融液滴或合金钢丸的高温表面被气相中的氨所反应，保护了产品不被氧化，进一步提高了产品收率，微细合金钢丸的产品率由传统的40%提高到80%～95%。
（3）在合金钢熔融液滴和合金钢丸飞行和成型过程中，在其高温表面形成的还原性微环境，避免了氧气对合金钢表面结晶过程的影响，保证了合金钢丸表面的结晶完整性，提高了产品的表面强度和使用寿命。
（4）合金钢丸成型后会落入水池的冷却水中，不可避免地会在水池中停留一段时间再进行后续处理。冷却水中氨的存在，提高了冷却水的pH值，构成了冷却水的碱性环境。在碱性环境中合金钢丸表面氧化腐蚀反应的倾向大大减小，保证了产品的光亮度，提高了产品的质量；免去了后续的产品表面增亮处理工序，降低了产品的成本。
（5）与水流喷射造丸法相比，本发明提供的方法和装置具有的优点包括：微细合金钢丸粒度分布范围窄、气孔率低、外形圆整、粘结现象少；钢水出丸率高，产品球形度高，不需再经选圆工序以清除异形钢丸。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼，得合金钢熔融液。开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使装置内气体中的氧气含量达到0.1%（体积），并保持连续通入氮气的流速为1m3/h。向水池中加水到规定的液位，并向其中加入17%（重量）的浓氨水，使水中的氨含量为0.5%（重量）.造丸机中的离心盘转速控制在700转。将合金钢熔融液加入到熔融液中间包，并通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液。经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸产品。经上述过程生产出的微细合金钢丸平均粒度为0.8mm，在后续的热处理工序中进行一次回火处理，产品经检测平均强度达到HRC49.0，符合作为金属磨料的标准要求。
实施例2
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼，得合金钢熔融液。开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使装置内气体中的氧气含量达到0.08%（体积），并保持连续通入氮气的流速为3m3/h。向水池中加水到规定的液位，并向其中加入17%（重量）的浓氨水，使水中的氨含量为1.0%（重量）.造丸机中的离心盘转速控制在900转。将合金钢熔融液加入到熔融液中间包，并通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液。经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中。经上述过程生产出的微细合金钢丸平均粒度为0.6mm，在后续的热处理工序中进行一次回火处理，产品经检测平均强度达到HRC48.5，符合作为金属磨料的标准要求。
实施例3
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼。开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使装置内气体中的氧气含量达到0.06%（体积），并保持连续通入氮气的流速为5m3/h。向水池中加水到规定的液位，并向其中加入17%（重量）的浓氨水，使水中的氨含量为2.0%（重量）.造丸机中的离心盘转速控制在1100转/分。将合金钢熔融液加入到熔融液中间包，并通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液。经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸产品。经上述过程生产出的微细合金钢丸平均粒度为0.3mm，在后续的热处理工序中进行一次回火处理，产品经检测平均强度达到HRC48.5，符合作为金属磨料的标准要求。
实施例4
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼。开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使装置内气体中的氧气含量等于0.05%（体积），并保持连续通入氮气的流速为7m3/h。向水池中加水到规定的液位，并向其中加入17%（重量）的浓氨水，使水中的氨含量为3.0%（重量）.造丸机中的离心盘转速控制在1300转/分。将合金钢熔融液加入到熔融液中间包，并通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液。经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸产品。经上述过程生产出的微细合金钢丸平均粒度为0.2mm，在后续的热处理工序中进行一次回火处理，产品经检测平均强度达到HRC48.5，符合作为金属磨料的标准要求。
Claims (8)
1.一种微细合金钢丸的制备方法，其特征是，它包括以下步骤：
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼，得合金钢熔融液，开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使造丸装置内气体中的氧气含量按体积比小于0.1％，并保持连续通入氮气，其氮气流量为0.5m3/h～10m3/h；
向水池中加水使液位达到1/2，并向其中加入按重量比浓度为17％的浓氨水，使循环冷却水和淋水中氨的浓度为0.1％～10％，造丸装置中的离心盘转速控制在1500转/分～600转/分，通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液，经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸。
2.如权利要求1所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
所述氮气流量为1m3/h～5m3/h。
3.如权利要求2所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
所述氮气流量为3m3/h。
4.如权利要求1所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
所述循环冷却水和淋水中氨的浓度为1％～5％。
5.如权利要求4所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
所述循环冷却水和淋水中氨的浓度为2％。
6.如权利要求1所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
所述离心盘转速控制在900转/分。
7.如权利要求1所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
所述造丸装置是离心法造丸装置。
8.如权利要求1所述的微细合金钢丸的制备方法，其特征是，
将合金钢丸制备原材料加入中频熔炼炉内进行融化冶炼，得合金钢熔融液，开启氮气钢瓶阀门，向造丸装置中通入氮气，使造丸装置内气体中的氧气含量低于0.08％(体积)，并保持连续通入氮气的流速为3m3/h，向水池中加水到1/2的液位，并向其中加入浓度17％(重量)的浓氨水，使水中的氨含量为1.0％(重量)，造丸装置中的离心盘转速控制在900转，通过熔融液中间包向离心盘连续加入合金钢熔融液，经离心盘甩出后，合金钢熔融液在飞行过程中冷却，并依靠表面张力成为球形，然后落入水池中，得微细合金钢丸。
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