高铬合金强化铸钢丸/砂及制造工艺.pdf

高铬合金强化铸钢丸/砂及制造工艺，本发明涉及一种用于对钢材表面进行清理和强化处理的合金铸钢丸或铸钢砂及制造工艺，属于金属磨料。其特征在于：其重量百分组成为：C 0.75-1.00％，Cr 0.60-1.50％，V 0.05-0.20％，Ti 0.050.20％，Si 0.40-1.50％，Mn 0.50-1.20％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为铁Fe。由于高铬合金钢丸属于过共析钢范畴，而且合金元素的加入，一方面提高了钢的共析温度，同时它又阻止了碳的扩散。因此，淬火温度可提高，以利于珠光体向奥氏体转变和碳的扩散。金相组织变为回火马氏体、回火屈氏体。该合金网状碳化物≤2级，基本稳定在1级，高于国标GB6484/6485-86，规定网状碳化物≤3级。

权利要求书
1、  高铬合金强化铸钢丸/砂，其特征在于：其重量百分组成为：
C 0.75-1.00％，Cr 0.60-1.50％，V 0.05-0.20％，Ti 0.05-0.20％，
Si 0.40-1.50％，Mn 0.50-1.20％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为铁Fe。

2、  根据权利1所述的高铬合金强化铸钢丸/砂的制造工艺，其特征在于：
C 0.85％，Cr 1.20％，V 0.12％，Ti 0.15％，Si 0.68％，
Mn 0.82％，P≤0.027％，S≤0.027％，余量为铁Fe。

3、  根据权利1或2所述的高铬合金强化铸钢丸/砂的制造工艺，其特征在于：高铬合金强化铸钢丸/砂在冶炼过程中加入0.2-0.5％的稀土Fe Si Mg8 Re7，进行变质处理，淬火温度835℃，以水作为淬火剂，并实行中温回火。

说明书高铬合金强化铸钢丸/砂及制造工艺
技术领域
高铬合金强化铸钢丸/砂及制造工艺，本发明涉及一种用于对钢材表面进行清理和强化处理的合金铸钢丸或铸钢砂及制造工艺，属于金属磨料。
背景技术
我国目前钢丸/砂的材质一直采用国标GB6484/6485-86。高碳铸钢丸/砂的化学成份：C 0.85-1.20％，Si 0.40-1.50％，Mn 0.60-1.20％，P≤0.05％ S≤0.05％，该成份的铸钢丸在成型和后期处理时，存在两种缺陷：一是在急聚冷却成型时，由于含碳量高，金相组织存在严重的成分偏析现象，有大量的二次渗碳体分布在晶粒边界，碳原子过饱和的马氏体呈现不规则的片状结构，致使铸钢丸/砂表面产生大量的微观裂纹。二是钢丸进行调质处理后，虽然金相组织得到一定程度的改善，但表现的微观裂纹却进一步扩展，致使钢丸/砂的抗拉强度，冲击韧性和抗磨损性达不到理想境界，使用寿命一般在1200-1400次循环。为了解决上述技术问题，本申请人研制出使用寿命优于国标的合金强化铸钢丸，并于2000年12月14日申请中国发明专利，专利号为ZL00129412.1，该合金强化铸钢丸或铸钢砂，其重量百分组成为：0.60～0.85％C，0.40～1.50％Si，0.50～1.20％Mn，0.15～0.40％Cr，0.10～0.20％V，0.10～0.20％Mo，0～0.05％S，0～0.05％P，余量为Fe。组成中，碳含量低，并含有微量合金元素：Cr、V、Mo，增强了产品强度，改善了韧性，提高了耐冲击性和耐磨损性，使产品使用寿命延长30％。特别适用于高强度钢材的表面抛丸、喷丸清理和表面强化处理等。随较国标产品使用寿命延长30％，但仍然不能满足更高强度的要求，同时当达到疲劳极限后，钢丸产生突发性破裂，粒度组合不均匀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种使用寿命长、硬度高、耐磨损的高铬合金强化铸钢丸/砂及制造工艺。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：高铬合金强化铸钢丸/砂，其特征在于：其重量百分组成为：
C 0.75-1.00％，Cr 0.60-1.50％，V 0.05-0.20％，Ti 0.05-0.20％，
Si 0.40-1.50％，Mn 0.50-1.20％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为铁Fe。
优选方案为：C 0.85％，Cr-1.20％，V 0.12％，Ti 0.15％，Si 0.68％，
Mn 0.82％，P≤0.027％，S≤0.027％，余量为铁Fe。
该高铬合金强化铸钢丸/砂的制造工艺是：高铬合金强化铸钢丸/砂在冶炼过程中加入0.2-0.5％的稀土Fe Si Mg8 Re7，进行变质处理，淬火温度835℃，以水作为淬火剂，并实行中温回火。
本发明中，对其组成进行了调整，加入稀土Fe Si Mg8 Re7，进行变质处理，
1、降低了钢丸/砂中碳的含量，减少了钢液急聚凝固时化学成分的偏析和片状马氏体的形成。
2、V、Ti两元素与碳的亲和力极强，能以将渗碳体中的Fe原子置换出来形成合金渗碳体，并分布在晶粒边界上，当二次淬火时这种合金渗碳体能抑制奥氏体晶粒的长大，从而起到了细化晶粒的作用。
3、V、Ti两元素是强烈的脱氧剂，含量在0.10-0.15％时，钢中地残余气体含量即非常微小。
4、在钢的冶炼过程中加入0.2-0.5％的稀土Fe Si Mg8 Re7，进行变质处理，改善了碳化物的组织结构和分布状况，热处理后网状碳化物趋近于球团状。
5、增加Cr元素的加入，提高了钢的淬透性。由于V、Ti的加入，不仅使共析温度上升，而且阻碍了碳的扩散。因此该合金钢的淬火加热温度可以略高于Acm(+30℃)。
6、钢水的造粒成型，除水力机械冲击外，未凝金属的多次爆破可使钢丸粒度细化。由于加入的合金元素，使钢液的凝固温度范围扩宽，钢液的表面涨力减少，有利于多次爆破的形成。采用该合金，在同样喷水压力条件下，粒度在1mm以下的钢丸产量提高8-12％。
与现有技术相比，本发明高铬合金强化铸钢丸/砂所具有的有益效果是：
由于高铬合金钢丸属于过共析钢范畴，而且合金元素的加入，一方面提高了钢的共析温度，同时它又阻止了碳的扩散。因此，淬火温度可提高，以利于珠光体向奥氏体转变和碳的扩散。该钢丸的淬火温度控制在835℃。鉴于钢丸的粒度小，透热性能好，在连续式工作、残余炉温630℃的工作条件下，升温速度5℃/min，保温时间20分钟，可用水作为淬火剂。淬火后的钢丸再经过中温回火，使其金相组织变为回火马氏体、回火屈氏体。采用加入稀土Fe Si Mg8 Re7，进行变质处理工艺后，该合金网状碳化物≤2级，基本稳定在1级，高于国标GB6484/6485-86，规定网状碳化物≤3级。经检测：
金相组织：(回火后)回火马氏体网状碳化物≤2级
钢丸密度：≥7.3kg/cm3
裂纹：≤10％
硬度：淬火状态HRC60-64；回火状态HRC40-56；
疲劳寿命：1800-2600次
具体实施方式
1、按照重量百分比为：C 0.85％，Cr-1.20％，V 0.12％，Ti 0.15％，Si 0.68％，Mn 0.82％，P≤0.027％，S≤0.027％，余量为铁Fe。
该高铬合金强化铸钢丸/砂的制造工艺，同现有国标GB6484/6485-86，钢水冶炼→选粒成型→烘干→分级→吹空心→选圆→淬火→回火→精筛分级→包装。
钢砂的制造工艺，在淬火后→破碎→分级→回火→精筛分级→包装。
上述合金元素是以该元素的铁合金形式加入。因此应考虑到该元素在铁合金中的含量和加入到钢水后的回收率。计算公式：吨钢水加入量(kg)＝该元素在钢中含量％×1000/该元素在铁合金中含量％×该元素在钢中回收率％。由于各合金元素对碳、氧的亲和力不同，钢水冶炼的工艺参数不同，其回收率也不尽相同。中频感应炉在出钢温度1580℃时，Cr元素回收率90％，V元素回收率85％，Ti元素回收率30％。
2、合金元素按下列顺序加入：
钢水脱氧完毕，温度大于1560℃，加入Fe-Cr，待熔化后加入Fe-V，钢水升温到1580℃加入Fe-Ti，由于Ti元素极容易被碳化和氧化，所以Ti元素在炉内静置的时间要尽量缩短。稀土合金应破碎成小块加入到钢水包内。
3、钢水采用冲入法，在钢水仓内按钢水重量的0.2-0.5％的稀土Fe Si Mg8 Re7，进行变质处理，目的是改善碳化物的形状和分布。淬火温度835℃，以水作为淬火剂，并实行中温回火。
生产出的钢丸在欧文寿命试验机上测试，使用寿命最佳值为2600次，当达到疲劳极限后，钢丸并无产生突发性破裂，而是处于均匀的磨损状态，粒度组合均匀。
使用效果：
试验工件：16Mn钢板，表层硬度HB200-218
钢丸型号：S110-S330  HRC40-45
喷丸参数：压缩空气压力7-8kg/cm2，喷射速度50-80m/s
工件表层塑性变形深度
具有一定动能的钢丸喷射到工件后，不仅能将工件表层附着的铁锈粘砂等杂物冲击下来，而且使工件表面形成很薄的塑性变形层。从微观看塑性变形不规则，但宏观视觉却十分均匀。由于表层面积的扩大，提高了涂层的附着能力，经测试塑性变形层的深度0.3-0.6mm。
工件表层的强化
高Cr合金强化钢丸，在淬火状态下硬度可达HRC64，回火状态HRC52-62。当这种钢丸喷射到工件后，可致使表层晶格滑移，细化了晶粒，提高了表层的疲劳极限并伴有加工硬化性能。工件表层硬度提高到HB210-232，抗拉强度由420Mpa提高到480Mpa。
工件表层粗糙度Ra(算术平均值)
S110钢丸(Φ0.3)喷射后   表层Ra 7.5-8
S230钢丸(Φ0.6)喷射后   表层Ra 8-9.5
S330钢丸(Φ1.0)喷射后   表层Ra 9.5-1.2