CN103817607B

CN103817607B - 一种耐磨抛丸机叶片的制备方法

Info

Publication number: CN103817607B
Application number: CN201410064324.1A
Authority: CN
Inventors: 蒋健伟; 符寒光
Original assignee: JIANGSU JIULIAN METALLURGY MACHINERY CO Ltd
Current assignee: JIANGSU JIULIAN METALLURGY MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: CN103817607A

Abstract

一种耐磨抛丸机叶片的制备方法，在中频感应电炉内熔炼，铁水的化学成分质量分数为：Cr：26.0~28.0%，C：3.6~3.8%，B：2.0~2.4%，V：2.8~3.0%，Mn：7.5~8.0%，Mo：2.2~2.5%，W：1.8~2.0%，Nb：1.6~1.8%，N：0.30~0.45%，Si：<0.5%，S：<0.04%，P：<0.05%，余量Fe；当铁水温度达到1530~1560℃时出炉入浇包；随后向浇包内插入多元合金棒，多元合金棒加入量占浇包内铁水质量分数的1.5~2.0%；铁水浇注成型后，对叶片毛坯进行硬化和去应力回火处理。本发明硬度高、使用寿命长，降低了抛丸机设备的检修费用。

Description

一种耐磨抛丸机叶片的制备方法

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，特别涉及到一种耐磨抛丸机叶片的制备方法。

背景技术

抛丸机是利用离心力作用将磨料高速抛出，冲击工件表面致使表面氧化皮、锈层、粘砂或杂质剥落，或使其表面形变并产生压应力。抛丸机中最易磨损的零件——叶片，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，又要承受高速丸流的冲蚀磨损，在这两种形式磨损下，叶片是否好用，往往取决于叶片材质及其热处理工艺。

为了提高抛丸机叶片的使用寿命，公告号为CN102294435A的中国发明专利公开了采用激冷面层涂料的复合型壳熔模铸造生产抛丸机叶片的方法，该方法包括下述的步骤：包括下述的步骤：蜡模制作、浇口模制作，蜡模整修，蜡模组焊、脱蜡、焙烧，其特征在于，该方法还包括在蜡模组焊和脱蜡之间增加了在复合型壳上涂覆涂料的步骤，该步骤具体包括在复合型壳的面层型壳上涂覆硅溶胶面层涂料和背层型壳上涂覆水玻璃加固层涂料。采用本发明的方法生产的抛丸机叶片，提高了叶片的力学性能，从而提高了叶片的使用寿命，同时还使型壳和铸件表面之间形成了非晶态的玻璃相，在清砂时就很便于从铸件表面脱落。公告号为CN85105656的中国发明专利还公开了高磷抗磨球墨铸铁及其生产方法，该发明可用天然高磷并含强碳化物形成元素或还含铜的生铁为原料，浇注时采用快冷措施以减少磷共晶的量，从而获得低成本的抗磨球墨铸铁材料，适用于制造球磨机磨球，抛丸机叶片，脱泥水力旋流器，输送污泥和砂子的管道等零件。公告号为CN1104562中国发明专利公开了轧制白口铁抛丸机叶片的研制，该发明的白口铸铁叶片成分：2.1~3.0%C，＜1.0%Si，0.8~1.5%Mn，1.0%Cr，0.3~0.8%Mo，0.5~1.0%Cu，＜0.05%P，＜0.05%S，可用连铸生产白口铸铁铸坯，轧制温度为750~1100℃，轧制变形率：＜70%，其最佳的轧制温度为850~1000℃，最佳轧制变形率为50~60%。该发明轧制过程中保证碳化物充分破碎，组织致密，具有最高强度、韧性和抗磨性，与铸造叶片相比，冲击韧性提高1.85~2.66倍，硬度平均达HRC60，抗磨性提高3~5倍。若采用以上专利，抛丸机叶片仍存在硬度低，使用寿命短以及更换频繁的不足。

目前耐磨材料的种类很多，主要有白口铸铁、高锰钢、高铬铸铁。

当叶片采用高锰钢ZGMn13制造，经水韧处理后，其硬度达到HB180～220，它的特性是在较大挤压力或较大冲击负荷作用下，工作表面会发生加工硬化，其表面硬度由HB200硬化到HB500左右，才能具备良好的耐磨性。但在实际工况使用下，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，由于高锰钢经受不住磨料的冲击和刮擦，很快被磨损掉，叶片使用寿命≤150h，这不但增加了设备的检修费用，而且远远降低了设备的运转率，增加了工人的劳动强度。

由于高铬铸铁具有优良的耐磨性能，目前大部分抛丸机叶片都是采用高铬铸铁材料加工制造。然而，在实际工程应用过程中，要得到完全马氏体难度很大，马氏体的形貌也难以控制，致使高铬铸铁在摩擦磨损特别是在冲击摩擦磨损情况下很容易从铸造缺陷部位层层剥落，造成铸件的磨损失效，这是现有技术所存在的不足之处。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，提供一种耐磨抛丸机叶片的制备方法。

本发明目的可以通过以下技术方案来实现：其特征在于：具体操作步骤如下：

1）、熔炼：在中频感应电炉内熔炼多元高铬合金铸铁，铁水的化学成分质量分数为：Cr：26.0~28.0%，C：3.6~3.8%，B：2.0~2.4%，V：2.8~3.0%，Mn：7.5~8.0%，Mo：2.2~2.5%，W：1.8~2.0%，Nb：1.6~1.8%，N：0.30~0.45%，Si：<0.5%，S：<0.04%，P：<0.05%，余量Fe；当铁水温度达到1530~1560℃时出炉入浇包；随后向浇包内插入多元合金棒，多元合金棒直径为φ25~30mm，多元合金棒加入量占浇包内铁水质量分数的1.5~2.0%。

2）、铸造及清理：当铁水温度降至1390~1420℃时，将铁水浇入铸型，浇注完毕2~3小时后，开箱空冷抛丸机叶片，去掉浇冒口，清理飞边、毛刺。

3）、硬化处理：将清理后的抛丸机叶片随炉加热至900~930℃，保温2~4小时，出炉风冷，使抛丸机叶片温度低于180℃。

4）、去应力回火处理：将抛丸机叶片入炉加热至230~260℃，保温10~15小时后空冷至室温。

所述的多元合金棒的化学成分质量分数为：Al：30~35%，Y：8~10%，Mg：10~15%，Ti：20~25%，K：6~8%，Si：6~8%，Ba：6~8%，Te：2~3%。

本发明耐磨抛丸机叶片中以铬为主要合金元素，铬含量高达26.0~28.0%，利用铬与碳化合生成高硬度的M7C3型碳化物，有利于提高叶片硬度和耐磨性；在此基础上，加入V：2.8~3.0%和Nb：1.6~1.8%，能获得高硬度的MC型碳化物，进一步提高了叶片耐磨性；加入Mo：2.2~2.5%和W：1.8~2.0%，既提高了淬透性，还生成了高硬度合金碳化物，促进叶片耐磨性进一步提高；加入Mn：7.5~8.0%和N：0.30~0.45%，明显提高了叶片淬透性，氮与铌形成高熔点细小的NbN，对促进叶片凝固组织细小，具有明显的效果；加入了B：2.0~2.4%，形成了高硬度的硼碳合金化合物，提高了叶片硬度和耐磨性；在高铬合金铸铁铁水中，加入多元合金棒，促进了高铬合金铸铁凝固组织的细小，碳化物和硼碳合金化合物的孤立与均匀分布以及夹杂物数量的减少，提高了叶片的强韧性。在此基础上对叶片进行淬火硬化处理，叶片随炉加热至900~930℃，保温2~4小时，出炉风冷，使抛丸机叶片温度低于180℃，确保叶片为马氏体基体，具有高硬度和优异的耐磨性；继续入炉加热至230~260℃，保温10~15小时后空冷至室温，主要是稳定组织和消除应力，从而获得耐磨抛丸机叶片。

本发明工艺简便，生产效率高；硬度大于66HRC，合金碳化物和硼碳化合物数量多，具有强韧性、耐磨性高；使用安全、可靠，无断裂和剥落现象，且磨损均匀，使用寿命≥960小时。本发明降低了抛丸机设备的检修费用，提高了抛丸机设备的运转率，减轻了工人的劳动强度，具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

下面结合以下实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制：

实施例1：

设备采用500kg中频感应电炉进行熔炼，具体操作步骤如下：

1）、在电炉内熔炼多元高铬合金铸铁，铁水的化学成分质量分数为：Cr：26.04%，C：3.65%，B：2.38%，V：2.81%，Mn：7.95%，Mo：2.24%，W：1.99%，Nb：1.77%，N：0.34%，Si：0.45%，S：0.031%，P：0.040%，余量Fe。当铁水温度达到1558℃时出炉入浇包，随后向浇包内插入多元合金棒，多元合金棒的化学成分质量分数为：Al：30.41%，Y：8.93%，Mg：13.26%，Ti：23.90%，K：6.95%，Si：7.27%，Ba：6.89%，Te：2.39%。多元合金棒直径为φ30mm，多元合金棒加入量占浇包内铁水质量分数的2.0%。

2）、当铁水温度降至1419℃时，将铁水浇入铸型，浇注完毕3小时后，开箱空冷抛丸机叶片，去掉浇冒口，清理飞边、毛刺。

3）、将清理后的抛丸机叶片随炉加热至900℃，保温4小时，出炉风冷，使抛丸机叶片温度低于180℃。

4）、将抛丸机叶片入炉加热至260℃，保温10小时后空冷至室温。

最后获得的耐磨抛丸机叶片，其力学性能见表1。

实施例2：

设备采用500kg中频感应电炉进行熔炼，具体操作步骤如下：

1）、先在电炉内熔炼多元高铬合金铸铁，铁水的化学成分质量分数为：Cr：27.91%，C：3.78%，B：2.01%，V：2.95%，Mn：7.54%，Mo：2.48%，W：1.80%，Nb：1.62%，N：0.43%，Si：0.37%，S：0.029%，P：0.044%，余量Fe。当铁水温度达到1532℃时出炉入浇包。随后向浇包内插入多元合金棒，多元合金棒的化学成分质量分数为：Al：32.22%，Y：9.74%，Mg：10.28%，Ti：24.61%，K：6.25%，Si：7.78%，Ba：6.22%，Te：2.90%。多元合金棒直径为φ25mm，多元合金棒加入量占浇包内铁水质量分数的1.5%。

2）、当铁水温度降至1394℃时，将铁水浇入铸型，浇注完毕2小时后，开箱空冷抛丸机叶片，去掉浇冒口，清理飞边、毛刺。

3）、将清理后的抛丸机叶片随炉加热至930℃，保温2小时，出炉风冷，使抛丸机叶片温度低于180℃。

4）、将抛丸机叶片入炉加热至230℃，保温15小时后空冷至室温。

最后获得的耐磨抛丸机叶片，其力学性能见表1。

实施例3：

设备采用500kg中频感应电炉进行熔炼，具体操作步骤如下：

1）、先在电炉内熔炼多元高铬合金铸铁，铁水的化学成分质量分数为：Cr：27.17%，C：3.69%，B：2.28%，V：2.91%，Mn：7.73%，Mo：2.30%，W：1.87%，Nb：1.72%，N：0.38%，Si：0.48%，S：0.035%，P：0.042%，余量Fe。当铁水温度达到1548℃时出炉入浇包。随后向浇包内插入多元合金棒，多元合金棒的化学成分质量分数为：Al：32.55%，Y：8.19%，Mg：14.80%，Ti：20.55%，K：7.89%，Si：6.01%，Ba：7.94%，Te：2.07%。多元合金棒直径为φ25mm，多元合金棒加入量占浇包内铁水质量分数的1.8%。

2）、当铁水温度降至1405℃时，将铁水浇入铸型，浇注完毕3小时后，开箱空冷抛丸机叶片，去掉浇冒口，清理飞边、毛刺。

3）、将清理后的抛丸机叶片随炉加热至920℃，保温3小时，出炉风冷，使抛丸机叶片温度低于180℃。

4）、将抛丸机叶片入炉加热至240℃，保温12小时后空冷至室温。

最后获得的耐磨抛丸机叶片，其力学性能见表1。

表1耐磨抛丸机叶片力学性能

力学性能	硬度（HRC）	抗弯强度（MPa）	冲击韧性（J/cm²)
				实施例1	67.1	1065	8.94
实施例2	66.5	1105	9.50
				实施例3	66.8	1090	9.19

Claims

1.一种耐磨抛丸机叶片的制备方法，其特征在于：具体操作步骤如下：

1）、熔炼：在中频感应电炉内熔炼多元高铬合金铸铁，铁水的化学成分质量分数为：Cr：26.0~28.0%，C：3.6~3.8%，B：2.0~2.4%，V：2.8~3.0%，Mn：7.5~8.0%，Mo：2.2~2.5%，W：1.8~2.0%，Nb：1.6~1.8%，N：0.30~0.45%，Si：<0.5%，S：<0.04%，P：<0.05%，余量Fe；当铁水温度达到1530~1560℃时出炉入浇包；随后向浇包内插入多元合金棒，多元合金棒直径为φ25~30mm，多元合金棒加入量占浇包内铁水质量分数的1.5~2.0%；

2）、铸造及清理：当铁水温度降至1390~1420℃时，将铁水浇入铸型，浇注完毕2~3小时后，开箱空冷抛丸机叶片，去掉浇冒口，清理飞边、毛刺；

3）、硬化处理：将清理后的抛丸机叶片随炉加热至900~930℃，保温2~4小时，出炉风冷，使抛丸机叶片温度低于180℃；

2.根据权利要求1所述的一种耐磨抛丸机叶片的制备方法，其特征在于：所述的多元合金棒的化学成分质量分数为：Al：30~35%，Y：8~10%，Mg：10~15%，Ti：20~25%，K：6~8%，Si：6~8%，Ba：6~8%，Te：2~3%。