CN114729431A - 不锈喷砂介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不锈喷砂介质，该不锈喷砂介质包括含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元，喷砂介质包括相对于不锈喷砂介质的总重量的优选在≥90重量％至≤100重量％的范围内的含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元。本发明还涉及不锈喷砂介质用于喷砂表面的用途，该表面优选为金属和非金属表面，例如工件，特别是不锈工件。
Description
技术领域
本发明涉及不锈喷砂介质和该不锈喷砂介质的用途。
背景技术
不锈喷砂介质本身是已知的，并且特别用于工件的喷砂处理领域。特别地，不锈喷砂介质用于由耐腐蚀金属或金属合金制成的工件的喷砂处理中，因为否则工件可能由于喷砂处理后可能残留在工件上的喷砂介质的残余物而腐蚀。尽管存在这个问题，但是金属喷砂介质还是经常使用，因为它们通常表现出比矿物喷砂介质更好的磨损性能，因此使得金属喷砂介质特别适合作为可重复使用的喷砂介质。
不锈喷砂介质仍可提供改进的潜力。特别地，可能存在改进喷砂介质的硬度和喷砂介质的磨损性能的潜力。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的不锈喷砂介质。
该目的通过根据权利要求1的不锈喷砂介质以及进一步通过根据权利要求13的不锈喷砂介质的用途来实现。在从属权利要求、说明书、示例或附图中提供了本发明的优选实施例，其中，在从属权利要求或说明书、示例或附图中描述或示出的进一步特征可以单独或以任何组合构成本发明的主题，如果上下文没有清楚地相反指示的话。
本发明提出一种不锈喷砂介质，该不锈喷砂介质包括含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元，其中，喷砂介质包括基于不锈喷砂介质的总重量的优选在≥90重量％至≤100重量％的范围内的含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元。
在本发明的意义上，术语“喷砂介质”是指可以在喷砂技术中用于表面处理并且可以高速地被引导到工件或待喷砂的材料上的辅助材料。
在本发明的意义上，术语“不锈”是指对与环境和/或自然大气的反应大致惰性的特性。特别地，“不锈喷砂介质”应理解为是指在正常条件下大致不与环境空气和/或大气湿度反应的喷砂介质。
在本发明的意义上，“喷砂介质单元”应理解为是指喷砂介质的单个单元，例如单个颗粒、球体或微粒。
在本发明的意义上，“铬锰钢”应理解为是指已经添加了铬和锰作为主要合金元素的钢。在本发明的意义上，钢是主要由铁组成的材料。
在本发明的意义上，“奥氏体铬锰钢”应理解为是指主要具有奥氏体结构的铬锰钢。
由于不锈喷砂介质的奥氏体铬锰钢，可以有利地实现，喷砂介质特别耐腐蚀。另外，可以实现，喷砂介质单元具有足够高的硬度，以便在使用喷砂介质时实现特别好的结果，并且同时具有足够的延展性，使得喷砂介质具有特别好的寿命。不受任何理论的约束，假设奥氏体铬锰钢在冷成型期间不形成变形马氏体，如当喷砂介质撞击待喷砂材料时发生的，这可使已知的喷砂介质迅速变脆并因此导致快速磨损。
特别地，与由铬镍钢制成的已知喷砂介质相比，可以实现不锈喷砂介质的改进的硬度和改进的寿命。另外，与由铬镍钢制成的喷砂介质相比，可以有利地实现，喷砂介质的硬度在使用期间由于非常好的加工硬化倾向而增加，而不降低延展性。
可以规定，喷砂介质除了包括含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元之外，还包括其它喷砂介质单元，例如金属或矿物喷砂介质单元。
优选地，可以规定，喷砂介质包括基于不锈喷砂介质的总重量的在≥95重量％至≤100重量％的范围内、特别优选在≥98重量％至≤100重量％的范围内的含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元。
优选地，可以规定，喷砂介质由含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元组成。
优选地，可以规定，含有奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元由奥氏体铬锰钢组成。
借助于上述不锈喷砂介质，可以有利地实现，奥氏体铬锰钢的有利特性、特别是其硬度和磨损性能可以特别好地用于不锈喷砂介质。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢包括≥10重量％至≤30重量％的铬和≥6重量％至≤30重量％的锰，其中，重量百分比基于奥氏体铬锰钢的总重量。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢包括：
≥0重量％至≤0.8重量％的碳，
≥0重量％至≤1.2重量％的氮，
≥10重量％至≤30重量％的铬，
≥6重量％至≤30重量％的锰，
≥0重量％至≤3重量％的钼，
≥0重量％至≤3重量％的硅，
≥0重量％至≤2重量％的铜，
≥0重量％至≤1重量％的钴，
≥0重量％至≤1重量％的镍，
≥0重量％至≤1重量％的钨，
≥0重量％至≤1重量％的铌，
≥0重量％至≤1重量％的钒，
≥0重量％至≤1重量％的铝，
≥0重量％至≤1重量％的钛，和
余量铁，
其中，重量百分比基于奥氏体铬锰钢的总重量，优选地其中，奥氏体铬锰钢包括合计为≥0.2重量％至≤1.3重量％的量的碳和氮。
应当理解，由于熔融而产生的杂质包括在组成中。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢由上述组成组成。
借助于上述组成，可以有利地实现，喷砂介质具有特别高的硬度，并且喷砂介质的硬度有利地在使用期间进一步提高到特别高的程度。另外，可以实现，喷砂介质进一步表现出良好的耐腐蚀性。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢包括≥15重量％至≤19重量％的铬和≥17重量％至≤21重量％的锰，其中，重量百分比基于奥氏体铬锰钢的总重量。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢包括：
≥0.1重量％至≤0.3重量％的碳，
≥0.55重量％至≤0.65重量％的氮，
≥15重量％至≤19重量％的铬，
≥17重量％至≤21重量％的锰，
≥0.05重量％至≤0.15重量％的钼，
≥0.7重量％至≤1.1重量％的硅，
≥0重量％至≤0.5重量％的铜，
≥0重量％至≤0.5重量％的钴，
≥0重量％至≤0.1重量％的镍，
≥0重量％至≤0.5重量％的钛，
≥0重量％至≤0.5重量％的钒，
≥0重量％至≤0.5重量％的铌，和
余量铁，
其中，重量百分比基于奥氏体铬锰钢的总重量，优选地其中，奥氏体铬锰钢包括合计为≥0.7重量％至≤0.9重量％的量的碳和氮。
应当理解，由于熔融而产生的杂质包括在组成中。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢包括：
≥0.15重量％至≤0.25重量％的碳，
≥0.55重量％至≤0.60重量％的氮，
≥16重量％至≤18重量％的铬，
≥18重量％至≤20重量％的锰，
≥0.05重量％至≤0.15重量％的钼，
≥0.8重量％至≤1.0重量％的硅，
≥0重量％至≤0.2重量％的铜，
≥0重量％至≤0.2重量％的钴，
≥0重量％至≤0.2重量％的镍，
≥0重量％至≤0.2重量％的钛，
≥0重量％至≤0.2重量％的钒，
≥0重量％至≤0.2重量％的铌，和
余量铁，
其中，重量百分比基于奥氏体铬锰钢的总重量，优选地其中，奥氏体铬锰钢包括合计为≥0.7重量％至≤0.85重量％的量的碳和氮。
应当理解，由于熔融而产生的杂质包括在组成中。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢由上述组成组成。
令人惊奇的是，已经表明，包括上述组成的喷砂介质表现出特别长的寿命。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢大致不包括由于初级制造工艺的马氏体结构成分，或者在冷加工期间大致不形成马氏体结构成分。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢大致不包括由于初级制造工艺的马氏体结构成分，并且在冷加工期间大致不形成马氏体结构成分。
因此，可以以有利的方式实现，喷砂介质在使用期间不会变得较软。另外，可以有利地实现，喷砂介质在使用期间尽管硬度增加但不会迅速变脆，同时维持恒定的延展性，从而导致特别有利的磨损特性。
优选地，可以规定，奥氏体铬锰钢包括≤5重量％的由于初级制造工艺的马氏体结构成分和/或在冷加工期间形成≤5重量％、更优选≤1重量％、特别优选≤0.1重量％的马氏体结构成分，其中，重量百分比基于奥氏体铬锰钢的总重量。
优选地，可以规定，喷砂介质单元基本上是凹形的，优选椭圆形的，特别优选球形的。
这样，可以有利地实现，喷砂介质单元在使用期间特别均匀地变形，并且磨损特性进一步改进。
优选地，可以规定，基于喷砂介质单元的总量，≥90重量％、更优选≥95重量％、特别是≥99重量％的喷砂介质单元是大致凹形的，优选椭圆形的，更优选球形的。
优选地，可以规定，喷砂介质具有根据DIN EN ISO 60:2000-01测量的体密度，其范围为≥3.5g/cm3至≤5g/cm3，优选≥4.1g/cm3至≤4.6g/cm3。
优选地，可以规定，喷砂介质单元分别具有最短和最长的直径，其中，喷砂介质中最长直径是其最短直径的两倍以上的喷砂介质单元的比例≤15％，优选≤5％，该比例根据DIN EN ISO 11125-5:2018-12测量。
优选地，可以规定，喷砂介质单元具有根据DIN 66165-2:2016-08测量的平均等效直径D50，其范围为≤3mm至≥0.01mm，优选≤2.5mm至≥0.05mm，更优选≤1mm至≥0.09mm。
借助于上述参数，可以有利地实现，可以特别高效地使用喷砂介质。
优选地，可以规定，喷砂介质单元具有根据DIN 66165-2:2016-08测量的作为使用前的原始颗粒的第一平均等效直径D50和作为使用后的工作混合物的第二平均等效直径D50，其中，第二平均等效直径小于第一平均等效直径，优选小至少5％，特别优选小至少10％。
在本发明的意义上，“原始颗粒”应理解为是指在喷砂介质单元首次撞击到待喷砂材料上之前的喷砂介质单元。“使用后的喷砂介质单元”在本发明的意义上应理解为是指已经用于处理待喷砂材料的喷砂介质单元的混合物。特别地，使用后的喷砂介质单元应理解为是指一种工作混合物，其重量已经通过补偿由使用引起的重量损失而与原始颗粒总共完全平衡至少一次。
这样，可以有利地实现，喷砂介质单元在使用期间直至材料疲劳仅略微变化。
优选地，可以规定，喷砂介质单元具有根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的作为使用前的原始颗粒的硬度，其范围为≥200HV 0.1至≤400HV 0.1，优选≥280HV 0.1至≤360HV 0.1。
这样，可以有利地实现，喷砂介质具有用于广泛应用的足够硬度，并且同时具有用于特别有利的磨损特性的足够延展性。
优选地，可以规定，喷砂介质单元具有根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的作为使用前的原始颗粒的第一硬度和作为使用后的工作混合物的第二硬度，其中，第二硬度大于第一硬度，优选地大至少60％，特别优选地大至少65％。
这样，可以有利地实现，为工作混合物设定甚至改进的硬度。
优选地，可以规定，使用的喷砂介质具有在平均等效直径D50下借助于根据SAEJ445-Aug2013,5.3"100％Replacement Method A"(“100％替代法A”)的寿命试验在达到100％累积损失时测量的寿命，其为≥25000个循环，优选≥28000个循环，特别优选≥35000个循环，该平均等效直径根据DIN 66165-2:2016-08来测量，范围为≤0.3mm至≥0.01mm。
这样，可以有利地实现，与已知的不锈喷砂介质相比，喷砂介质特别高效并且需要更不频繁地更换。
优选地，可以规定，使用的喷砂介质具有在平均等效直径D50下借助于阿尔曼试片N根据SAE J445-Aug2013 5.4"Transmitted Energy Arc Height Test"(“透射能弧高试验”)测量的饱和点处的阿尔曼强度，其为≥0.20mm，该平均等效直径根据DIN 66165-2:2016-08来测量，范围为≤0.3mm至≥0.01mm。
在本发明的意义上，饱和点应理解为阿尔曼(Almen)试片的弧高相对于喷砂时间的测量曲线的最早点，在该点处，喷砂时间的加倍最多引起弧高的百分之十的增加。
有利地，可以实现，与在饱和点处的具有较低阿尔曼强度的已知喷砂介质相比，当喷砂介质撞击到待处理的表面上时，喷砂介质具有改进的能量传递。因此，有利地，可以实现更高效的喷砂介质处理。
本发明进一步提出了如上所述的不锈喷砂介质用于表面的喷砂处理的用途，该表面优选为金属和非金属表面，例如工件，特别是不锈工件。
根据本发明的喷砂介质的进一步优点和有利实施例通过示例和附图说明，并在以下描述中解释。应当注意，示例和附图仅是描述性的，而不是要以任何方式限制本发明。
具体实施方式
示例A
提供了一种根据本发明的不锈喷砂介质，其包括由奥氏体铬锰钢组成的喷砂介质单元，包括基于奥氏体铬锰钢的总重量的：
0.2重量％的碳，
0.57重量％的氮，
17重量％的铬，
19.1重量％的锰，
0.1重量％的钼，
0.9重量％的硅，
≤0.1重量％的铜，
≤0.1重量％的钴，
≤0.1重量％的镍，
≤0.1重量％的钛，
≤0.1重量％的钒，
≤0.1重量％的铌，和
余量铁。
奥氏体铬锰钢基本上不包括马氏体结构成分。喷砂介质单元是球形的，其中非球形微粒的含量小于15％。喷砂介质单元具有根据DIN 66165-2:2016-08测量的范围为≤0.3mm至≥0.01mm的平均等效直径D50和根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的324±14HV0.1的硬度。
通过使用喷丸试验机(下文中称为试验机)根据SAE J445 Aug2013研究寿命。为此，首先用校准喷砂介质校准试验机。对于寿命试验，将100g示例A的本发明喷砂介质引入试验机中。为了测量，将样品分别以7800/分钟的轴速和25/分钟的滚筒速度射到靶上500个循环。在500个循环后，将整个样品通过50μm筛过筛，并将残余物称重。由此，计算损失并相对于循环次数作图。用示例A的本发明喷砂介质的原始颗粒将残余物填补至100g，并再次放入试验机中。重复该过程直到总损失达到100g为止。为此所需的循环次数量化了喷砂介质的寿命。对于示例A的本发明喷砂介质，达到100％累积损失的寿命为≥36000个循环。
在寿命试验之后获得的喷砂介质对应于工作混合物。根据DIN 66165-2:2016-08测量的工作混合物的平均等效直径D50保持在≤0.3mm至≥0.01mm的范围内，其中，观察到与原始颗粒相比总体上更宽的分布。工作混合物具有根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的575±14HV 0.1的硬度，其比原始颗粒硬65％以上。
还根据SAE J445 Aug2013通过使用喷丸试验机检查饱和点处的阿尔曼强度。为此，将样品以7800/分钟的轴速和25/分钟的滚筒速度射到厚度为0.79mm的阿尔曼试片N上。每10个循环后，用阿尔曼千分表测量阿尔曼试片的弧高并相对于循环作图(图4)。对弧高的曲线的检查表明，在40个循环时达到饱和点，即，喷砂时间(循环的次数)的加倍引起弧高的至多百分之十的增加的最早点。因此，在根据示例A的喷砂介质的饱和点处获得0.20mm的阿尔曼强度。
对比例B
提供了一种不锈喷砂介质，其包括由铬镍钢组成的喷砂介质单元，包括基于铬镍钢的总重量的：
0.2重量％的碳，
≥18重量％至≤19重量％的铬，
8重量％的镍，
≤2重量％的锰，
≤3重量％的硅，和
余量铁。
与根据本发明的示例A的喷砂介质相比，具有根据DIN 66165-2:2016-08测量的范围为≤0.3mm至≥0.01mm的相当等效直径D50的对比例B的喷砂介质具有根据DIN EN ISO6507-1:2018测量的较低硬度，即301±11HV 0.1。
对于对比例，获得了直到累积损失100％的仅＜23500个循环的寿命。根据DIN66165-2:2016-08测量的对比例B的工作混合物的平均等效直径D50与原始颗粒相比几乎没有变化。而且，工作混合物具有根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的仅512±22HV 0.1的硬度，因此显著低于根据本发明的示例A的喷砂介质的硬度。对于阿尔曼强度，对于对比例获得了仅0.19mm的在40个循环之后的饱和点处的阿尔曼强度。
在附图中：
图1是根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的原始颗粒和工作混合物的筛分分析图；
图2是根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的原始颗粒和工作混合物的硬度分析图；
图3是根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的寿命试验图；以及
图4是根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的阿尔曼强度图。
图1示出了根据示例A(CrMn奥氏体)的本发明喷砂介质和根据对比例B(CrNi奥氏体)的由铬镍钢制成的喷砂介质的原始颗粒和工作混合物的筛分分析图。两种喷砂介质具有与原始颗粒几乎相同的等效直径。与对比例B的工作混合物相比，本发明的喷砂介质的工作混合物包括更多具有更小等效直径的组分。
图2示出了根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的原始颗粒和工作混合物的硬度分析图。示例A的本发明喷砂介质的原始颗粒和工作混合物分别有利地比对比例B的喷砂介质的原始颗粒或工作混合物更硬。另外，本发明的喷砂介质的原始颗粒和工作混合物之间的硬度增加比对比例多。
图3示出了根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的寿命试验图。本发明喷砂介质的相对于循环次数绘制的损失与对比例的损失相比要平坦得多，从而有利地导致更长的寿命。
图4示出了根据示例A的本发明喷砂介质和根据对比例B的由铬镍钢制成的喷砂介质的阿尔曼强度试验图。在40次循环后，两种喷砂介质都表现出饱和点，在该饱和点处，循环次数的加倍引起阿尔曼试片的挠度(弧高)的至多百分之十的增加。在此，根据示例A的喷砂介质表现出总体上更大的阿尔曼强度，由此，由于试验条件的可比性，可以得出与对比例B相比在喷砂期间相对改进的能量传递的结论。
Claims (13)
1.一种不锈喷砂介质，所述不锈喷砂介质包括包含奥氏体铬锰钢的喷砂介质单元，其中，所述喷砂介质包括基于所述不锈喷砂介质的总重量的优选在≥90重量％至≤100重量％的范围内的包含奥氏体铬锰钢的所述喷砂介质单元。
2.根据权利要求1所述的不锈喷砂介质，其中，所述奥氏体铬锰钢包括：
≥0重量％至≤0.8重量％的碳，
≥0重量％至≤1.2重量％的氮，
≥10重量％至≤30重量％的铬，
≥6重量％至≤30重量％的锰，
≥0重量％至≤3重量％的钼，
≥0重量％至≤3重量％的硅，
≥0重量％至≤2重量％的铜，
≥0重量％至≤1重量％的钴，
≥0重量％至≤1重量％的镍，
≥0重量％至≤1重量％的钨，
≥0重量％至≤1重量％的铌，
≥0重量％至≤1重量％的钒，
≥0重量％至≤1重量％的铝，
≥0重量％至≤1重量％的钛，和
余量铁，
其中，所述重量百分比基于所述奥氏体铬锰钢的总重量，并且
其中，优选地，所述奥氏体铬锰钢包括合计为≥0.2重量％至≤1.3重量％的量的碳和氮。
3.根据权利要求1或2所述的不锈喷砂介质，其中，所述奥氏体铬锰钢包括：
≥0.1重量％至≤0.3重量％的碳，
≥0.55重量％至≤0.65重量％的氮，
≥15重量％至≤19重量％的铬，
≥17重量％至≤21重量％的锰，
≥0.05重量％至≤0.15重量％的钼，
≥0.7重量％至≤1.1重量％的硅，
≥0重量％至≤0.5重量％的铜，
≥0重量％至≤0.5重量％的钴，
≥0重量％至≤0.1重量％的镍，
≥0重量％至≤0.5重量％的钛，
≥0重量％至≤0.5重量％的钒，
≥0重量％至≤0.5重量％的铌，和
余量铁，
其中，所述重量百分比基于所述铬锰钢的总重量，并且
其中，优选地，所述奥氏体铬锰钢包括合计为≥0.7重量％至≤0.9重量％的量的碳和氮。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述奥氏体铬锰钢大致不包括由于初级制造工艺的马氏体结构成分，或者在冷加工期间不形成马氏体结构成分。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质单元大致是凹形的，优选椭圆形的，更优选球形的。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质具有根据DIN EN ISO 60:2000-01测量的体密度，其范围为≥3.5g/cm3至≤5g/cm3，优选≥4.1g/cm3至≤4.6g/cm3。
7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质单元分别具有最短和最长的直径，其中，所述喷砂介质中最长直径是最短直径的两倍以上的喷砂介质单元的比例≤15％，优选≤5％，所述比例根据DIN EN ISO 11125-5:2018-12测量。
8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质单元具有根据DIN 66165-2:2016-08测量的平均等效直径D50，其范围为≤3mm至≥0.01mm，优选≤2.5mm至≥0.05mm，更优选≤1mm至≥0.09mm。
9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质单元具有根据DIN 66165-2:2016-08测量的作为使用前的原始颗粒的第一平均等效直径D50和作为使用后的工作混合物的第二平均等效直径D50，其中，所述第二平均等效直径小于所述第一平均等效直径，优选小至少5％，特别优选小至少10％。
10.根据前述权利要求1至9中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质单元具有根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的作为使用前的原始颗粒的硬度，其范围为≥200HV0.1至≤400HV 0.1，优选≥280HV 0.1至≤360HV 0.1。
11.根据前述权利要求1至10中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，所述喷砂介质单元具有根据DIN EN ISO 6507-1:2018测量的作为使用前的原始颗粒的第一硬度和作为使用后的工作混合物的第二硬度，其中，所述第二硬度大于所述第一硬度，优选地大至少60％，特别优选地大至少65％。
12.根据前述权利要求1至11中任一项所述的不锈喷砂介质，其中，使用的所述喷砂介质具有在平均等效直径D50下借助于根据SAE J 445 5.3的寿命试验在达到100％累积损失时测量的寿命，其为≥25000个循环，优选≥28000个循环，特别优选≥35000个循环，所述平均等效直径根据DIN 66165-2:2016-08来测量，范围为≤0.3mm至≥0.01mm。
13.根据前述权利要求1至12中任一项所述的耐腐蚀喷砂介质用于表面的喷砂处理的用途，所述表面优选为金属和非金属表面，例如工件，特别是不锈工件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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