TW201800553A - 鑄鋼製噴射材 - Google Patents

Abstract

本發明係一種鑄鋼製噴射材，其係用以進行噴射處理者，其具有如下過共析組成：以重量比計，含有0.8%以上且1.2%以下之C、0.35%以上且1.2%以下之Mn、及0.4%以上且1.5%以下之Si，其餘部分包含Fe及不可避免之雜質；並且具有以微細波來鐵組織為主體之組織。

Description

鑄鋼製噴射材

本發明係關於一種用於噴射加工之鑄鋼製噴射材。

先前，為了對鑄件進行將於鑄造後附著於表面之鑄砂或形成於母材表面之鏽等積垢去除之研掃，進行將硬質粒子噴射於鑄件之噴射加工。此種鑄件之研掃多數情況下使用以鐵為主原料之噴射材而進行(例如專利文獻1)。 於噴射裝置之操作中，反覆進行噴射材之「噴射→回收→篩選→噴射」之循環。如此般，噴射材反覆朝向被加工物噴射。若噴射材與被加工物碰撞，噴射材會產生破碎或磨耗，最終噴射材成為無法再使用之尺寸。因此，對噴射材尋求於噴射加工時不易產生破碎或磨耗(長壽命)並且研掃能力較高(高硬度)之兩種性能。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平6-297132號公報

[發明所欲解決之問題] 於噴射加工中，多數情況下使用高碳之鑄鋼噴射材。高碳之鑄鋼噴射材之金屬組織係回火麻田散鐵為主體。若為了使藉由此種噴射材之噴射加工之研掃能力增大，而提高噴射材之硬度或增大噴射材之粒徑，則噴射材之韌性降低。其結果，存在破碎或磨耗等損耗變得嚴重，而噴射材之壽命變短之問題。 因此，尋求提供一種能夠兼顧長壽命化與研掃力之提高之鑄鋼製噴射材。 [解決問題之技術手段] 於一態樣中，提供一種用以進行噴射處理之鑄鋼製噴射材。該鑄鋼製噴射材具有如下過共析組成：以重量比計，含有0.8%以上且1.2%以下之C、 0.35%以上且1.2%以下之Mn、及 0.4%以上且1.5%以下之Si，其餘部分包含Fe及不可避免之雜質；並且具有以微細波來鐵組織為主體之組織。於一實施形態中，亦可為，鑄鋼製噴射材以重量比計進而含有0.05%以下之P、及0.05%以下之S作為不可避免之雜質。 一態樣之鑄鋼製噴射材具有上述過共析組成，且具有實質上以微細波來鐵組織為主體之組織。一態樣之鑄鋼製噴射材藉由使成為主體之波來鐵組織微細化，而能夠利用該微細之層狀組織抑制龜裂之發展，故而具有較高之韌性。因此，於進行噴射處理時，於鑄鋼製噴射材不易產生破碎或磨耗，其結果，能夠延長鑄鋼製噴射材之壽命。又，藉由使波來鐵組織微細化能夠提高鑄鋼製噴射材之硬度，故而能夠獲得較高之研掃力。因此，根據一態樣之鑄鋼製噴射材，能夠兼顧長壽命化與研掃力之提高。 一實施形態之鑄鋼製噴射材亦可具有微細波來鐵組織與一次滲碳體之混合組織。 上述一實施形態之鑄鋼製噴射材藉由包含一次滲碳體，能夠進一步提高硬度。因此，能夠進一步提高研掃力。 一實施形態之鑄鋼製噴射材亦可為洛氏硬度為HRC35以上且HRC50以下。 一實施形態之鑄鋼製噴射材亦可形成為平均粒徑0.3 mm以上且3.5 mm以下之大致球狀。 一實施形態之鑄鋼製噴射材亦可用於鑄件之研掃。 於一實施形態之鑄鋼製噴射材中，亦可於表面形成有鈍態皮膜。 於一實施形態之鑄鋼製噴射材中，亦可為，上述C之重量比為0.8%以上且1.1%以下。 於一實施形態之鑄鋼製噴射材中，亦可為，上述Mn之重量比為0.6%以上且1.1%以下。 於一實施形態之鑄鋼製噴射材中，亦可為，上述Si之重量比為0.6%以上且1.0%以下。 一實施形態之鑄鋼製噴射材亦可為以重量比計進而包含0.05以上且0.8%以下之Cr。 [發明之效果] 根據本發明之一態樣及各種實施形態，能夠兼顧鑄鋼製噴射材之長壽命化與研掃力之提高。

以下，參照圖式，對各種實施形態進行詳細說明。一實施形態之鑄鋼製噴射材(以下稱為「噴射材SM」)係以重量比計具有以下化學組成之過共析鋼。 C(碳)：0.8%以上且1.2%以下、 Mn(錳)：0.35%以上且1.2%以下、 Si(矽)：0.4%以上且1.5%以下、 其餘部分：Fe(鐵)及不可避免之雜質。 此處，所謂不可避免之雜質係除C、Mn、Si及Fe以外之成分且係非刻意地添加而混入至噴射材SM中之成分。作為不可避免之雜質，例如可列舉P(磷)及S(硫)。於一實施形態中，於噴射材SM中，亦可以相對於噴射材SM之重量比計，包含0.05%以下之P(磷)、及0.05%以下之S(硫)作為不可避免之雜質。 噴射材SM例如可藉由下述步驟製造。 (1)以成為目標之組成比之方式秤量成為原料之金屬材料並使其熔解而製成熔態金屬(鑄鋼)之步驟 (2)對上述熔態金屬進行造粒而製成球形粒子之步驟 例如，使用藉由噴水、高壓氣體及離心力等將熔態金屬粉碎而製造球狀粒子之霧化法，而生成球形粒子。藉由對造粒使用霧化法，能夠經濟地製造球狀粒子。 (3)使上述球形粒子之組織變態為波來鐵組織之步驟 由於噴射材SM為過共析組成，故而藉由以適當之條件對噴射材SM實施熱處理，能夠製造具有實質上以微細波來鐵組織為主體之組織、或實質上以微細波來鐵組織為主體之與一次滲碳體之混合組織的噴射材SM。 熱處理係基於連續冷卻變態線圖等，為了成為用以獲得目標之特性之組織而適當設定。例如，將球形粒子自800℃以上之沃斯田鐵化溫度以5～35℃/s之平均冷卻速度冷卻至變態開始溫度，其後，於等溫下保持或者緩緩進行冷卻直至產生微細波來鐵組織，藉此能夠獲得具有微細波來鐵組織之噴射材SM。 此處，微細波來鐵組織係於等溫變態圖中之波來鐵鼻附近冷卻時形成之微細之波來鐵組織，例如係對研磨面進行蝕刻後擴大至2000倍而可視認之組織。波來鐵組織中之層間間隔越小硬度越高，故而具有微細波來鐵組織之噴射材之研掃力提高。此處，本申請案中之微細波來鐵組織係指以層間間隔為1.0 μm以下之組織為主體的微細之波來鐵組織。即，於噴射材SM中亦可局部地包含層間間隔超過1.0 μm之波來鐵組織。 若於噴射材之組織存在變韌鐵，則韌性降低。一實施形態之噴射材SM由於成為主體之組織為微細波來鐵組織，故而能夠成為高韌性。藉此，噴射材SM不易損耗，故而能夠延長進行噴射處理時之噴射材SM之壽命。 對噴射材SM之組成進行說明。於以下之說明中，含量只要無特別說明則指重量比(質量%)。 (1)C：0.8%以上且1.2%以下 C被設定為成為過共析之組成。為了成為過共析，噴射材SM中之C之含量可設為0.8%以上。若C之含量過多則一次滲碳體量過度增加從而噴射材SM之韌性降低，故而C之含量可設為1.2%以下。於一實施形態中，噴射材SM中之C之含量亦可設為1.1%以下。 (2)Mn：0.35%以上且1.2%以下 Mn係為了熔態金屬之脫酸及流動性提高而較為重要。若Mn較少則熔態金屬之脫酸變得不充分並且熔態金屬之流動性降低，由此紡錘狀、棒狀等非球狀粒子增加從而噴射材之形狀變差。因此，可將噴射材SM中之Mn之含量設為0.1%以上，尤其就經球狀化之粒子之產率(良率)之觀點而言，可設為0.35%以上。又，若噴射材SM中之Mn之含量過多則於微細波來鐵組織中混入變韌鐵組織從而噴射材SM之韌性降低，故而可將噴射材SM中之Mn之含量設為1.2%以下。於一實施形態中，噴射材SM中之Mn之含量亦可設為0.6%以上且1.1%以下。 (3)Si：0.4%以上且1.5%以下 Si係與Mn同樣地為了熔態金屬之脫酸及流動性提高而較為重要。若噴射材SM中之Si較少則熔態金屬之脫酸變得不充分並且熔態金屬之流動性降低，由此噴射材SM之形狀變差。因此，可將Si之含量設為0.1%以上，尤其就經球狀化之粒子之產率(良率)之觀點而言，可設為0.4%以上。又，若過度添加則噴射材之韌性降低，故而可將噴射材SM中之Si之含量設為1.5%以下。於一實施形態中，噴射材SM中之Si之含量亦可設為0.6%以上且1.0%以下。 (4)P：0.05%以下、S：0.05%以下 若噴射材SM中之P及S之含量過剩，則噴射材SM之韌性降低，故而可將噴射材SM中之P及S之含量設為0.05%以下。再者，P及S亦可未必含有於噴射材SM中。於含有P及S之情形時，例如，亦可於噴射材SM中至少含有0.005%以上之P及S。 於一實施形態中，除了含有上述元素以外，亦可於噴射材SM中以重量比計含有0.05%以上且2.00%以下之Cr。藉由於噴射材SM中含有Cr，能夠使波來鐵組織微細化，抑制雪明碳鐵形成網狀結構，故而能夠使噴射材SM成為高韌性。此處，若於噴射材SM中過度含有Cr則Cr之碳化物增加從而韌性急劇降低，故而可將噴射材SM中之Cr之含量設為2.00%以下。由於Cr之添加與製造成本之增加有關，故而可在實用上不妨礙之範圍內抑制Cr之添加量。例如，就製造成本之觀點而言，噴射材SM中之Cr之含量可設為0.05%以上且0.8%以下。 又，Si及Mn具有使波來鐵變態開始點推遲(向長時間側偏移)之效果，故而即便以較慢之冷卻速度亦能夠獲得微細波來鐵組織。 又，如需用於對鑄件去除於鑄造後附著於表面之鑄砂或形成於母材表面之鏽等積垢之研掃等用途，則必須使硬度以洛氏硬度計為HRC35(維氏硬度Hv345)以上。噴射材SM由於使成為主體之波來鐵組織微細化，故而可將硬度設為洛氏硬度HRC35(Hv345)以上。又，於為過共析組成且於冷卻過程中使一次滲碳體析出之情形時，可將噴射材SM之硬度設為更高，可設為洛氏硬度HRC35以上且HRC50以下(Hv345以上且Hv513以下)。如此般，噴射材SM具有充分之硬度，故而能夠於鑄件之研掃、去毛邊等要求大衝擊力之噴射加工中較佳地使用。 噴射材SM之粒徑係配合被加工物之性狀適當選擇。於一實施形態中，噴射材SM可形成為平均粒徑為0.3 mm以上且3.5 mm以下之大致球狀。一般而言，噴射材之粒徑越小，與被加工物碰撞之機會越多，故而越能夠對被加工物整體均勻地進行噴射處理。然而，若噴射材之粒徑較小則研掃力變得較小，故而若粒徑過小(例如未達0.3 mm)，則無法獲得能夠對被加工物充分進行噴射加工之研掃力。即便於具有能夠進行噴射加工之研掃力之情形時，粒徑相對較小之噴射材原本之研掃力相對較小，故而於使用易損耗之噴射材之情形時，於損耗後容易失去對被加工物充分地進行噴射加工之程度之研掃力。 又，一般而言，噴射材之粒徑越大，研掃力越高，但越容易損耗。存在於使用容易損耗之噴射材時，對粒徑分佈產生之影響大，故而研掃力之管理變得困難之情形。噴射材SM由於不易損耗且噴射材之尺寸不易變小(例如1.0 mm以上)，故而能夠使研掃效率提高。 於一實施形態之噴射材SM中，亦可如圖1所示般，於噴射材之母材B之表面形成有牢固之鈍態皮膜F(例如黑皮等氧化皮膜)。一般而言，噴射材於大氣環境中被保存，故而存在於表面形成鏽等之情況。若藉由於表面形成有鏽等之噴射材進行噴射處理，則存在該鏽等附著於被加工物從而被加工物之品質降低之情況。包含波來鐵組織之鑄鋼之表面容易腐蝕，但於一實施形態之噴射材SM中，由於在母材B之表面形成有鈍態皮膜F，故而能夠提高耐蝕性。因此，於使用一實施形態之噴射材SM之噴射處理中，能夠防止因鏽等之附著導致被加工物之品質降低。 此處，若鈍態皮膜F之膜厚過薄，則使噴射材S之表面露出，而無法獲得充分之耐蝕性。相反地，若鈍態皮膜F過厚，則有對噴射材S之表面之附著力降低而鈍態皮膜F剝離之虞。因此，形成黑皮作為鈍態皮膜F之情形時之噴射材SM之平均膜厚可設為2 μm以上且5 μm以下。 (變更例) 噴射材SM之形狀並不限定於大致球形狀(細粒)，亦可使用具有較尖銳之邊緣之多邊形狀(粗砂)等。 (實施形態之效果) 根據一實施形態之鑄鋼製噴射材SM，藉由使成為主體之波來鐵組織微細化，能夠藉由該微細之層狀組織抑制龜裂之發展，故而能夠成為高韌性。藉此，於進行噴射處理時不易於噴射材SM產生破碎或磨耗，故而能夠延長噴射材SM之壽命。又，藉由使波來鐵組織微細化能夠提高硬度，尤其是，藉由包含一次滲碳體，能夠進一步提高硬度。藉此，能夠獲得具有較高之研掃力之噴射材SM。 如此般，根據一實施形態之鑄鋼製噴射材SM，能夠兼顧長壽命化與研掃力之提高。 對為了確認本發明之效果而進行之實施例進行說明。 (實施例1：冷卻速度與硬度之關係) 研究自沃斯田鐵化溫度至波來鐵變態開始溫度之冷卻速度與噴射材SM之硬度之關係。於實施例1中，以成為所需成分之方式調配原材料，並於1650～1680℃下使該原材料熔解。繼而，藉由水霧化法，自經熔解之原材料製作球狀粒子。 於對所獲得之球狀粒子進行乾燥後，進行篩分，對通過2.00 mm之篩且殘留於1.70 mm之篩者，自以800℃以上沃斯田鐵化之溫度區域以各種平均冷卻速度冷卻至波來鐵變態開始溫度，並等溫保持直至組織變態完成，藉此製作噴射材SM。繼而，對所製作之噴射材SM之硬度進行評價。 藉由發光分光分析法，對所製作之噴射材SM之化學組成進行分析。所製作之噴射材SM之組成以重量比計為C：0.934%、Si：0.906%、Mn：1.040%、P：0.027%、S：0.026%、Cr：0.677%。 硬度係依照日本工業標準即JIS-Z0311：2004所確定之方法而進行測定。將噴射材SM埋入至樹脂中進行研磨，以試驗荷重9.8 N且荷重負荷時間12秒，測定維氏硬度，並求出有效之20點之測定值之平均值。 將冷卻速度與硬度之關係示於表1及圖2。再者，硬度係換算為C標度洛氏硬度數(HRC)而表示。 [表1]

如表1及圖2所示，可確認噴射材SM之硬度隨著冷卻速度變快而上升。其原因在於波來鐵組織微細化。噴射材SM之硬度於實用方面必須為HRC35以上，藉由將冷卻速度設為5℃/s以上，能夠使噴射材之硬度成為HRC35以上。 (實施例2：噴射材之組織與壽命之關係) 於實施例2中，首先藉由與實施例1同樣之方法製造球狀粒子。繼而，對球狀粒子以不同之條件實施熱處理，而分別製作具有以下組織A、B、C、D、E、F之噴射材。 組織A：微細波來鐵組織 組織B：回火麻田散鐵組織 組織C：微細波來鐵組織與回火麻田散鐵組織之混合組織 組織D：下部變韌鐵組織 組織E：下部變韌鐵組織與上部變韌鐵組織之混合組織 組織F：上部變韌鐵組織與微細波來鐵組織之混合組織 微細波來鐵組織(亦包括包含一次滲碳體之組織)係藉由以各種冷卻速度急速冷卻至波來鐵變態開始溫度並充分等溫保持直至組織變態完成而獲得的均勻之微細波來鐵組織。 回火麻田散鐵組織係藉由於自沃斯田鐵化溫度區域實施水淬火後藉由改變回火溫度調整為各種硬度而獲得。 微細波來鐵組織與回火麻田散鐵組織之混合組織係藉由冷卻至波來鐵變態開始溫度並於等溫保持波來鐵變態完成前利用冷卻水進行急速冷卻而獲得。 變韌鐵組織及其混合組織係藉由於使組織沃斯田鐵化後投入至300～400℃之鹽浴中並等溫保持30分鐘而獲得。 於實施例2中，對具有所獲得之組織A～F之噴射材，進行硬度及壽命之評價。硬度之評價方法與實施例1相同。壽命係藉由壽命損耗值(壽命比率)進行評價，使用Ervin式壽命測試機(Ervin公司製造)，而進行依照SAE(Society of Automotive Engineers, Inc.，美國汽車工程師學會)J-445之衝擊破碎試驗。 噴射材係準備100 g通過篩網2.00 mm且殘留於1.70 mm之篩者。繼而，將噴射材投入至Ervin式壽命測試機，以噴射速度60 m/s噴射至硬度HRC65(Hv830)之靶材，反覆進行碰撞。繼而，每經過一定碰撞次數將已破碎之噴射材篩選去除，並且測定所殘留之噴射材之重量，進行試驗直至所殘留之噴射材成為最初之30%以下。將對由該試驗獲得之表示碰撞次數與殘留噴射材之重量比率之關係的壽命曲線進行積分而求出之數值設為壽命值。表2所示之壽命比率係以將一般之組成即回火麻田散鐵(表2組織B：HRC45.5)之壽命值設為100之情形時的比率表示，壽命比率之值越大表示耐久性越良好。 於表2及圖3中，表示具有組織A～F之噴射材之平均硬度與壽命比率之關係。 [表2]

如表2及圖3所示，各組織之壽命比率均隨著硬度之上升而降低。其原因在於：若硬度上升則變得容易破碎。又，可確認：一實施形態之噴射材SM(組織A：微細波來鐵組織)即便相較於壽命相對較長之具有麻田散鐵組織之噴射材的壽命，壽命亦大幅變長。 (實施例3：噴射材之粒徑與壽命比率之關係) 將一實施形態之噴射材、即具有組織A之噴射材SM中之粒徑與壽命比率之關係與一般之組成即回火麻田散鐵(組織B：HRC45.5)進行比較。如圖4所示，可確認壽命比率隨著噴射材之粒徑變大而降低。又，可確認：無論粒徑如何，具有組織A之噴射材SM比具有組織B之噴射材之壽命比率高。根據該結果，可確認具有組織A之噴射材SM即便粒徑變大壽命亦較長。 (實施例4：微構造) 對噴射材SM之中央部進行研磨、蝕刻，其後藉由掃描型電子顯微鏡進行組織觀察。於圖5中表示噴射材SM之微構造。圖5(A)係低倍率(2000倍)之噴射材SM之照片。如圖5(A)所示，可確認於噴射材SM整體地形成有層狀之微細波來鐵組織(圖中P)。又，可確認：於噴射材SM，一次滲碳體(圖中C)以劃分微細波來鐵組織之方式線狀地形成。圖5(B)係以高倍率(5000倍)觀察所得之噴射材SM之照片。如圖5(B)所示，於噴射材SM中，一次滲碳體(圖中C)可明確地被確認為白色線狀。又，推測層狀之極微細之波來鐵組織之層間距離為0.05 μm以上且0.5 μm以下左右，可確認一實施形態之噴射材SM為以微細之波來鐵組織為主體者。

B‧‧‧噴射材之母材
C‧‧‧一次滲碳體
F‧‧‧鈍態皮膜
P‧‧‧波來鐵組織
SM‧‧‧噴射材

圖1係表示形成有鈍態皮膜之噴射材之剖面構造的掃描電子顯微鏡照片。 圖2係表示自沃斯田鐵化溫度至波來鐵變態開始溫度之冷卻速度與噴射材之硬度之關係的圖表。 圖3係表示具有各種組織之噴射材之硬度與壽命比率之關係的圖表。 圖4係表示噴射材之粒徑與壽命比率之關係的圖表。 圖5(A)、(B)係表示噴射材之微構造之掃描電子顯微鏡照片。

C‧‧‧一次滲碳體

P‧‧‧波來鐵組織

Claims (11)

1. 一種鑄鋼製噴射材，其係用以進行噴射處理者， 其具有如下過共析組成： 以重量比計，含有 0.8%以上且1.2%以下之C、 0.35%以上且1.2%以下之Mn、及 0.4%以上且1.5%以下之Si，其餘部分包含Fe及不可避免之雜質；並且 具有以微細波來鐵組織為主體之組織。
2. 如請求項1之鑄鋼製噴射材，其中以重量比計，進而含有0.05%以下之P、及0.05%以下之S作為上述不可避免之雜質。
3. 如請求項1或2之鑄鋼製噴射材，其具有微細波來鐵組織與一次滲碳體之混合組織。
4. 如請求項1至3中任一項之鑄鋼製噴射材，其中洛氏硬度為HRC35以上且HRC50以下。
5. 如請求項1至4中任一項之鑄鋼製噴射材，其形成為平均粒徑0.3 mm以上且3.5 mm以下之大致球狀。
6. 如請求項1至5中任一項之鑄鋼製噴射材，其係用於鑄件之研掃。
7. 如請求項1至6中任一項之鑄鋼製噴射材，其係於表面形成有鈍態皮膜。
8. 如請求項1至7中任一項之鑄鋼製噴射材，其中上述C之重量比為0.8%以上且1.1%以下。
9. 如請求項1至8中任一項之鑄鋼製噴射材，其中上述Mn之重量比為0.6%以上且1.1%以下。
10. 如請求項1至9中任一項之鑄鋼製噴射材，其中上述Si之重量比為0.6%以上且1.0%以下。
11. 如請求項1至10中任一項之鑄鋼製噴射材，其以重量比計進而包含0.05%以上且0.8%以下之Cr。