不銹鋼丸密度大，內部致密性好，而且有一定的防腐蝕能力，拋丸清理和強化時表面硬度高，粉塵低，能夠突出金屬本色，其諸多的優(yōu)點，為其普及使用創(chuàng)造了條件，目前在鑄造件表面清理中，不銹鋼丸作為拋丸介質得到了普及，但是不銹鋼丸在對鋁合金壓鑄件、鋅合金壓鑄件等表面清理過程中，可能會因為表面硬度高、密度大以及其他原因導致對工件的損傷，為了避免以上問題的發(fā)生，同時提高表面處理效果，我們選擇混合不銹鋼丸方案。

鋁丸與不銹鋼丸混合：

在鑄造鋁合金工件表面拋丸清理中，為了避免帶入有害雜質，又能防止工件損傷，一般選用鋁丸作為拋丸清理介質，但是鋁丸的只要成分是鋁、而鋁合金鑄造件的主要成分也是鋁，拋丸過程中必然引起大量鋁粉塵，鋁粉濃度達到一定程度，會發(fā)生燃爆，存在安全隱患；

在此后的拋丸工藝研究中，我們發(fā)現(xiàn)可以使用不銹鋼丸取代鋁丸，作為拋丸清理強化的主要介質，它自身不產生鋁粉塵，可以有效降低拋丸過程中的鋁粉濃度，降低拋丸過程中的燃爆風險，而且不銹鋼丸的硬度、密度高，理論上的清理效果更好，但是不銹鋼丸以上的特征，導致其在拋丸過程中，可以對鑄鋁件外表面形成破壞（鋁合金壓鑄件硬度相對低）；

鑒于以上原因，我們?yōu)榱司C合兩種丸粒的優(yōu)勢，采取將不銹鋼丸和鋁合金丸混合配比后，成為新的混合不銹鋼丸磨料，用于鋁合金鑄造件拋丸清理。

鋅丸與不銹鋼丸混合：

鋅丸一般用于鋅合金鑄造件，但是也存在硬度、化學性質活潑等多方面的缺點，所以可以將鋅丸與不銹鋼丸配比混合稱為新的不銹鋼丸、鋅丸混合磨料，用于鋅合金鑄造件的表面拋丸；

銅丸與不銹鋼丸混合：

銅丸一般用于銅合金鑄造件拋丸清理，但考慮到銅的硬度、延展性以及價格因素，我們一般也可以選用不銹鋼丸與銅丸混合制成新混合磨料，用于銅合金的拋丸清理。

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在拋丸清理和噴丸強化過程中，均需要使用鋼丸介質，來實現(xiàn)清理強化，鋼丸友鑄造鋼丸、鋼絲切丸、不銹鋼丸等，考慮到運輸經(jīng)濟性，使用壽命、環(huán)保性以及一些其他噴拋工藝改性技術要求因素，不銹鋼丸在實際使用中，具有良好的性價比，是一種廣泛使用的鋼丸介質。

不銹鋼丸主要為304不銹鋼丸，以及410、430等不銹鐵系列，304不銹鋼丸主要以鎳、鉻為防腐合金材料，而410、430主要以鉻為防腐合金材料，在實際拋丸清理過程中，304不銹鋼丸拋丸后的金屬表面比410、430具有更好的防腐性、不易生銹。

價格上，304不銹鋼丸一般情況下會高于410、430不銹鋼丸，這和鎳、鉻的市場報價波動有較大關系，考慮到表面防腐時間、以及光整效果，以及一些有色金屬鑄造件表面的特殊要求，304不銹鋼丸適應性更強。

不銹鋼丸的表面硬度從HRC30-65均可，不銹鋼丸在拋丸清理和噴丸強化過程中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，表面硬度會變得越來越高，噴拋效果越來越好，但磨損消耗也加速，不銹鋼丸在拋丸清理中自身不易產生粉塵，環(huán)保性較好。

應為致密性好的原因，不銹鋼丸使用壽命比鑄鋼丸更長。

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在表面處理行業(yè)中，不銹鋼丸泛指304不銹鋼丸、430不銹鋼丸、410不銹鋼丸、210不銹鋼丸等牌號的不銹鋼丸；狹義上一般默認為304不銹鋼丸，410和430則為不銹鐵丸。

我們知道在拋丸清理和噴丸強化中，使用的鋼丸種類其實比較多，一般有鑄鋼丸、高低碳鋼絲切丸，不銹鋼丸、鋅丸、鋁丸、銅丸等，但由于各類鋼丸等材質不同、密度不同、抗沖擊不同，以及噴丸拋丸強化后表面粗糙度、光澤、抗氧化等性能不同，我們在實際使用過程中，往往會多方面考慮，選擇合適的鋼丸磨料，作為拋丸清理強化介質，而不銹鋼丸是目前應用廣泛、選擇比較多的鋼丸種類，那么它具體有哪些優(yōu)勢呢？

第一，不銹鋼丸密度較鑄鋼丸要高，能夠在相同速度下，獲得更大的動能，沖擊工件表面，清理和強化效果好；

第二，不銹鋼丸歐文循環(huán)壽命長，不銹鋼丸是一種高質量不銹鋼絲切丸，內部具有很高的致密性，抗沖擊能力強，不易粉碎，不易產生灰塵，使用壽命長，具有很好的經(jīng)濟性；

第三，運輸方便，相對于堆積密度小的鑄鋼丸，以及其他鋼丸，它密度較大，運輸占用體積小，運輸更為方便；

第四，具有一定的抗氧化、防銹能力，比起傳統(tǒng)的金屬丸粒，不銹鋼丸在對工件表面拋丸清理或者噴丸強化后，工件表面具有一定的防銹性能，為工件后續(xù)處理提供了較好的防護；

第五，不銹鋼丸拋丸后，金屬工件會凸顯金屬色澤，能夠起到增加金屬光澤以及光整的效果；

第六，相對于銅丸等，不銹鋼丸在一些拋噴丸處理過程中具有價格優(yōu)勢。

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對鋼材實施拋?(噴?)丸處理?,能最大限度地去除其表面的銹跡 。過去?,多重視拋?(噴?)丸設備及清理效果?,?忽視了對鋼丸自身磨損過程的研究?,因而其清理效果 往往不盡人意。清理效果除了直接與鋼丸自身的質 量,如成分、硬度、粒度和密度等有關外,還與其歐 文壽命和磨損過程有關 。為此?,本工作用歐文壽命試 驗機模擬拋?(噴?)丸清理設備?,用?100%替代法測定高 碳鑄鋼丸的歐文壽命?,并觀察其磨損失效形式?,分析 討論磨損失效的過程?,為提高鋼丸的品質做了前期基 礎工作 。

1?試 驗

1. 1?試樣的選用

選用離心霧化成型的鑄態(tài)高碳鑄鋼丸?(簡稱鋼 丸),化學成分?(質量分數(shù)):0. 930%C,0. 640%Si, 0. 650%Mn,0. 019%S,0. 044%P,余量為?Fe。鋼丸經(jīng)?840?°C二次淬火?, 550?°C回火后?,取無異形、裂紋、氣孔和收縮缺陷的顆粒作為試樣,其主要性能參數(shù)見表表?1?。

1.2 測試方法

選取?20 g鋼丸試樣?,用歐文壽命試驗機模擬鋼丸 清理過程?,拋射速度為?61 m / s, 100%替代法測試其歐 文壽命為?2 995次。假設?3 000次時鋼丸已完全消耗?,?則循環(huán)次數(shù)最大為?2 500?次?,從?500?次開始?,每隔?500?次為?1個周期?,得到?5組磨損樣品。用?40目篩篩分每 周期磨損后的鋼丸?,去除細小粉末?,用?JSM?26700F型掃 描電子顯微鏡?(?SEM?)觀察形貌?,分析磨損失效形式?,在10倍放大鏡下觀察各磨損失效形式的比例?(質量比?)?,?用?HP SJ8250型掃描儀記錄鋼丸粒度和形貌的變化。

2?結果與分析

2. 1磨損失效形貌

對?5組磨損樣品用掃描電鏡觀察后發(fā)現(xiàn):在不同 循環(huán)次數(shù)下?,鋼丸樣品的磨損失效形式可歸納為表層 剝落和心部脫落?2大類?,屬于沖擊磨損?,具有不同的磨 損形貌和產生機理?,導致不同的磨損速度 。

2. 1. 1?表層剝落

鋼丸磨損樣品呈多面球形?,其磨損失效形式為表層剝落?(見圖?1a)。鋼丸在歐文壽命機內循環(huán)被高速拋到硬靶(硬度?>63HRC)上,其動能除轉化為熱量外,?大部分被鋼丸自身及碰撞的靶表面層所吸收?,引起鋼 丸球面的局部塑性變形并形成?1個“小平面 ”結構?,此 處為壓應力,每次拋打都會隨機出現(xiàn)?1個不同的小平 面?,使鋼丸呈多面球形。表層位錯滑移形變發(fā)生加 工硬化?,引起鋼丸表面硬度和強度提高,塑性和沖擊 韌性降低 。兩側小平面所受壓應力方向和大小不同?,?小平面交界處呈現(xiàn)拉應力。當拉應力大于抗拉強度或 剪切強度時?,表層出現(xiàn)橫向裂紋?,局部表層撕裂而翹起(見圖?1b)。多次拋打沖擊后,裂紋繼續(xù)橫向擴展并相 互貫通?,發(fā)生表層剝落?(見圖?1c)。從圖?1d可以看 出?,斷裂韌窩比較平整?,說明裂紋橫向擴展并導致受力 表面與基體發(fā)生撕裂?,表層的剝落是低周次疲勞韌性 斷裂。

2. 1. 2?心部脫落

鋼丸磨損樣品中有的心部缺損或呈半狀的碎粒?,其磨損失效形式為心部脫落?(見圖?2a)。鋼丸雖經(jīng)回火 熱處理?,硬度降低?,沖擊韌性提高?,但仍然會因造粒霧 化成丸急冷凝固時心部發(fā)生碳析反應?,在高溫下析出?C O ,?形 成 嚴 重 氣 孔 、疏 松 、夾 雜 物 等 缺 陷?,?使 組 織 致 密 性 降低??。當鋼丸受力時?,韌性比較好的表層部分發(fā)生 剝落?,受到表層形變的影響?,心部會產生裂紋?,且極易 沿心部缺陷縱向擴展?,使心部逐漸松動?,當裂紋擴展至 表層?,且表層所受交變負荷超過材料疲勞極限時?,表層 將發(fā)生破裂而引起鋼丸破碎?(見圖?2b)。圖?2c為圖?2b?中表層端口處的等軸韌窩形貌?,可見表層為裂紋縱向 擴展引起的韌性斷裂 。松動的心部會沿破碎處呈塊狀 脫落?,形成?1個空心鋼丸?(見圖?2d)?,脫落后碎粒的外表 面會再次發(fā)生表層剝落 。

2. 2?磨損前后粒度及形貌變化

鋼丸以一定動能拋?(噴?)到歐文壽命機的硬靶上?,最 明顯的變化是平均粒度的減小。圖?3是掃描儀記錄的 磨損過程中鋼丸粒度及形貌的變化圖 。從圖中可以看 出?,磨損前鋼丸呈均勻的球形?,平均粒度為?1. 7 mm;經(jīng)過500次循環(huán)后?,約有?40%顆粒破碎并產生塊狀顆粒及更 小的碎粒粉?,發(fā)生心部脫落?,但大部分顆粒呈多面球形?,?發(fā)生表層剝落?,平均粒度降低幅度不大?;循環(huán)次數(shù)增加到1 000次時?,只有約?20%的顆粒呈多面球形?,粒度大于?1. 0mm ,大部分顆粒粒度小于?0. 5 mm ,降幅明顯?,顯然是表 層剝落的顆粒破碎?,引起了心部脫落?;當循環(huán)次數(shù)增加到?2 500次時只有約?1%的顆粒呈球形?,其粒度在?0. 5 mm以下?,說明心部脫落引起了粒度的大幅度降低 。

2. 3?磨損失效形式比例及損耗量比例?

設鋼丸磨損前的原始質量為?m?t?,磨損各階段的損耗量為?mm l?,表層剝落顆粒質量為?m?s?,心部脫落顆粒質 量為?mc?,用?ms?/mt?和?mc?/mt?分別表征相同循環(huán)次數(shù)下?2種磨損失效形式的比例。圖?4為?2種磨損失效形式 比例和損耗量比例與循環(huán)次數(shù)的關系?？梢?, 2種磨損 形式的比例均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢?,但其峰值出 現(xiàn)的位置不一樣?,?m?s?/m?t?在?500次循環(huán)時達到峰值?,而?mc?/mt在1000次才達到峰值,即在較低循環(huán)次數(shù)時以 表層剝落為主?,隨循環(huán)次數(shù)增加?,心部脫落比例增加?,?占主導地位。500次之內?,ms?/mt?和?mc?/mt?均呈上升趨 勢?,是由于新鋼丸在低周次循環(huán)時不斷發(fā)生表層剝落?,?其中只有小部分發(fā)生表層剝落的鋼丸所受應力超過低 周疲勞極限而發(fā)生心部脫落;在?500~1 000次內循環(huán) 時?,ms?/mt?驟然下降?,mc?/mt?上升且占主導地位?,說明大 部分表層剝落的顆粒已經(jīng)發(fā)展為心部脫落?,發(fā)生心部 脫落的顆粒數(shù)量相對增加?; 1 000?~2 500次循環(huán)時?,?ms?/mt和?mc?/mt?均下降?,但?mc?/mt?占主導?,說明此階段 不但表層剝落的顆粒不斷發(fā)生心部脫落?,而且心部脫 落的顆粒也明顯地破碎損耗?,但?m?c?/m?t?下降的幅度要 明顯大于?m?s?/m?t?,說明心部脫落引起了較高的破碎率 。

損耗量包括歐文壽命機內被除塵袋除去的小于 0. 300 mm 的碎屑和磨損后通過 0. 425 mm 篩孔篩下的 碎粒 。圖 4中的損耗量比例曲線顯示了損耗量與循環(huán) 次數(shù)的關系 ,呈逐漸上升的類拋物線狀 ,損耗量隨循環(huán) 次數(shù)的增加而不斷增加 , 500次和 1 000次時損耗量占 原始總量的 10. 5%和 18. 1%,而 1 500次時達到 43. 1%,2 000次和 2 500次后分別達到 61. 1%和 84. 2%;曲線的斜率代表了磨損速率 ,可見 1 000次以 前磨損較慢 , 1 500次以后磨損速度加快 ,這也說明在 較低周次 m s /m t 占主導地位時 ,引起的損耗量較小 ,而

在較高周次mc /mt占主導地位時,引起的損耗量大。 由上可知 ,鋼丸的磨損失效屬于沖擊磨損 ,循環(huán)初 期表現(xiàn)為表層剝落 ,隨著循環(huán)次數(shù)的增加 ,鋼丸所受應 力累加 ,超過其低周疲勞極限時 ,發(fā)生破碎 ,產生心部 脫落 ,從而引起了粒度明顯降低和損耗量明顯增加 ,直至大部分表層剝落轉變?yōu)樾牟棵撀?。高品質的鋼丸磨 損失效形式應以表層剝落為主 。

3 結 論

(1)經(jīng)二次淬火?+回火處理的高碳鑄鋼丸,其拋?(噴?)丸產生沖擊磨損?,磨損失效形式包括表層剝落和心部脫落 。

(2)用?100%替代法測得鋼丸樣品的歐文壽命為2 995次?;隨循環(huán)次數(shù)的增加?,平均粒度逐漸降低?,損耗 量明顯增加?, 0~500次循環(huán)磨損較慢?, 1 000~1 500次 循環(huán)磨損速度較快 。

(3)鋼丸的磨損失效過程為低周次時破碎率較低 , 出現(xiàn)表層剝落 ,隨著循環(huán)次數(shù)增加 ,所受應力累加 ,當 其超過低周疲勞極限時 ,表面剝落的顆粒逐漸發(fā)展為 破碎率較高的心部脫落顆粒 ,直至鋼丸失效 。

本研究是在保證產品有足夠硬度的基礎上 ，提高 鋼丸的韌性 ，既提高鋼丸的清理效率 ，同時又延長鋼?丸的使用壽命。通過調整鋼丸的化學成分進行微合金 化，采用等溫淬火熱處理工藝獲得下貝氏體為主的混 合組織 ，達到提高鋼丸性能 、延長鋼丸使用壽命的 目的 ， 獲 得 高 韌 性 鋼 丸 。 選 擇 合 適 的 淬 火 介 質 ， 確 保 奧 氏體 的轉 變溫 度和保 溫 時間 。借助 于顯微 鏡 ，觀察 鋼 丸的金相組織 ，分析下貝氏體的含量與分布。測試分 析等溫淬火鋼丸的力學性能 ，主要包括鋼丸的韌性和耐磨性 ，并與高碳鋼丸進行比較。

1 研究過程

鋼丸的生產工藝流程 :熔煉造粒一粗分一淬火一 精 分 一 包 裝 。

1.1 化學成分設計
在鋼丸中 ，碳元素可 以形成碳化物和固溶強化 ，提高鋼丸的耐磨性和強度。降低鐵碳合金的熔點 ，增 加鋼液的表面張力，增加成丸的分散度，減小顆粒度， 提 高 鋼 丸 的 圓 度 。 硅 元 素 的 含 量 在 0 .4 % 范 圍 內 有 以 下 優(yōu)點，降低熔點，改善流動性，并起鋼液脫氧作用; 固溶強化提高鋼的強度 ，改善鋼 的熱裂傾 向，但是 ， 含量過高時，則引起斷面收縮率下降，特別是沖擊韌 性顯著降低 ，增加鋼丸脆性 ，容易破碎 ，因此 ，含硅 量應控制在 0.60%~1.50%之間。錳元素可以與鐵元素 形成無限固溶體 ，產生固溶強化 ，提高鋼的強度和硬度 ;另一方面 ，可以增加流動性 ，縮小結 晶溫度范圍， 與硅一起發(fā)揮鋼液復合脫氧作用 。錳元 素可提高硅 、?鋁的脫氧效果 ，也可以與硫形成硫化物 ，去除硫的有害作用。磷元素是有害元素，雖然有較強 的固溶強化?作用 ，能提高鋼的強度和硬度 ，但是磷化物可以強烈 地降低鋼的韌性 ，增加低溫脆性 ，增加鋼丸的破碎率 ， 應該嚴格控制 。硫元素也是有害元素 ，硫只溶于鋼液 中，而且在固溶體 中的溶解度很小 ，凝固過程中產生?嚴重的硫偏析 ，導致鋼的熱脆性 。鎢元素是碳化物形?成元素 ，提高材料的硬度和耐磨性 ，提高奧氏體穩(wěn)定 性 ，促進 C曲線右移。鉬元素類似于鎢元素 ，也是碳 化物形成元素 ，提高材料的硬度和耐磨性 ，提高奧 氏 體穩(wěn)定性 ，促進 C曲線右移。鋁起鋼液脫氧作用及細 化晶粒 ，可以提高抗氧化性能及抗氧化性酸類 的腐蝕?作用 ，在鋼液 中加人一定 的鋁 ，能夠排 除氣體雜質 ， 防止鋼丸產生氣孔及疏松，提高致密度。通過查 閱大量技術資料，最終確定鋼 丸的成分控 制范圍 (質量分數(shù)):0.85% 1.20%C，0.60%~1.50%Si，?0.60%~1.50% Mn，0.10%~0.45% W ，0.10%~0.45% Mo， P ≤ 0 .0 4 % . S ≤ 0 .0 4 % 。

1.2 鋼丸的熔煉造粒工藝

1.2.1 熔煉

采用中頻感應 電爐熔煉 ，準備成分 比較純凈 的碳素 鋼 廢 料 料2~3t;鐵合金:硅鐵，錳鐵，鎢鐵，鉬鐵?？紤]到 鐵合金 中的合金元素含量多少 ，分別按照 目標成分進?行 配 料 ， 見 表 1。

為了確保成分的準確性 ，每爐不要熔煉太多 ，1t 左 右 為 宜 ， 出 鋼 溫 度 ( 1 6 0 0 +_ 3 0 ) °C ， 注 意 脫 氧 處 理 。分別按照三個 目標成分 各熔煉 1t鋼液并進行造粒 。

1.2.2 造粒

采用高壓 噴水 裝置進 行造?？赸，造粒 前注 意把水 池 中的其他鋼丸清理干凈 ，不要與其他鋼丸混淆。對應 上述三種目標成分鋼液分三組 1、2、3造粒，并且分類保存。
水噴法時高壓水流的噴射方 向和金屬流流動方向的夾角可以成垂直，如圖 1所示 。外部水流經(jīng)高壓水 泵加壓后噴射出來 ，把金屬流破碎成顆粒狀液滴 。這?些金屬液滴在飛行過程中，由于表面張力的作用而變?成球形 ，然后落入水中冷卻 、凝 固。水噴法控制的噴?射 壓 力 為 0 .7 – 0 .2 5 M P a 。

1.2_3 篩 分

使用篩分設備 ，分別把 1、2、3鋼丸進行篩分，按照 不 同的粒 度大小進 行分類存放 。

1.3 鋼丸的等溫淬火

1.3.1 等溫淬火的理論基礎

過冷奧氏體組織將要發(fā)生分解和轉變 ，隨著過冷?度的不同，轉變產物也不同，如圖 2所示，共析鋼當 過冷度較小時 ，奧氏體在較高溫度范圍內分解 ，產物 為珠光體;過冷度很大時，奧氏體轉變?yōu)轳R氏體;在?二者之間的溫度范圍內發(fā)生中溫轉變 ，形成貝氏體組?織。加入適 當?shù)暮辖鹪貢?C曲線右移 ，延長奧氏 體的孕育期 ，保證過 冷奧 氏體轉變的進行 。

珠光體組織塑性、韌性好，而硬度、耐磨性不足， 馬氏體結構硬度高，但韌性差 、脆性大。貝氏體分為 上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體形成溫度在 550~350°C 之間 ，上貝氏體是成束平行排列 的條狀鐵素體和條 間 滲碳體所組成的非層狀組織 ;下貝氏體的形成溫度是 350°C至Ms點之間，下貝氏體是片狀鐵素體內部有碳?化物沉淀的組織。貝氏體的強度和硬度隨著形成溫度?的降低而提高 ，并且隨著含碳量 的增加而上升，高碳 下貝氏體的強度和硬度高于上貝氏體 ，并且下貝氏體 的韌性遠遠高于上 貝氏體 ，下貝氏體 能獲得高強度 、 高 硬 度 和 高 韌 性 的 配 合 。 以 30CrM nSi鋼 為 例 ， 對 于下貝氏體為主的混合組織,可以獲得更好的硬度和韌性匹配,如圖3所示。

1.3.2等溫淬火裝置
淬火加熱爐采用自制的90KW電阻爐,不銹鋼內膽,爐體環(huán)繞電阻絲。加熱爐旁邊放置淬火槽,也是采用電阻絲加熱。帶有鎳鉻鎳硅自動控溫儀。
1.3.3等溫淬火工藝
鋼丸的等溫淬火工藝如圖4所示,對1″、2″、 3″鋼丸分別進行淬火加熱,淬火過程如下。
(1)淬火加熱溫度: (800±20) ℃。在淬火加熱爐內把鋼丸加熱到預定溫度,并且保溫1h,使奧氏體均勻化。
(2)淬火介質:硝酸鉀和亞硝酸鈉, 55%
KNO,+45%NaNO20
(3)淬火介質加熱:設計制造一個介質加熱裝置,包括爐子和淬火槽,把介質加熱到300-350℃,恒溫。
(4)等溫淬火過程:把加熱好的鋼丸放入淬火介質中,保溫20 min,然后取出空冷。放入過程要快速平穩(wěn),防止淬火介質飛濺燙人。不要一次放入鋼丸太多,防止介質升溫。保溫過程中要監(jiān)控溫度。

1.4 鋼丸的后處理

淬火后的鋼丸要進行冷卻、清洗、干燥,然后包裝。鋼丸經(jīng)過保溫20min等溫淬火后,放在空氣中自然冷卻到室溫狀態(tài),其間不要用水激冷,以免產生氧化現(xiàn)象。淬火冷卻后的鋼丸,表面粘有少量淬火介質,用溫水去除。沖洗干凈的鋼丸可以自然涼干,也可以通干燥空氣風干,或者在紅外線加熱爐內干燥,干燥溫度不能太高,幾十度為宜。

2研究結果及分析

2.1 化學成分分析
分析鋼丸的化學成分,檢驗是否符合目標成分,分析結果見表2,可以看出,實際化學成分,與表1中的目標成分基本接近。

2.2金相組織觀察
用OLYMPUS倒置式金相顯微鏡觀測淬火鋼丸S50的組織形貌,分析下貝氏體的形貌和分布,如圖5所示。圖中,上、中、下每兩幅圖片分別代表1″、23″鋼丸在不同放大倍數(shù)下的金相組織,可以看出,三種鋼丸的組織都是以貝氏體為主的混合組織,其中,1″鋼丸含有下貝氏體相比例較大, 2″鋼丸馬氏體含量稍多, 3″鋼丸馬氏體含量最多。因而, 1″、2″鋼丸具有較好的韌性、硬度適中, 3″鋼丸韌性較差、硬度較高,這在后續(xù)性能實驗中得到證實。

2.3性能測試
(1)硬度測試。每爐檢測10個鋼丸的硬度,測試的結果如表 3所示。

(2)韌性檢測 。在壽命試驗機上 ，檢測鋼丸的循?環(huán) 使 用 次 數(shù) 。 傳 統(tǒng) 鋼 丸 S550 的 循 環(huán) 次 數(shù) 為 2 980、?3020、3050， 平 均 循 環(huán) 次 數(shù) 3016次 ; 1 高 韌 性 鋼 丸S550的循環(huán) 次數(shù) 為 4120、4110、4080，平 均 循環(huán) 次 數(shù) 4 103 次 。 高 韌 性 鋼 丸 的 平 均 使 用 壽 命 是 傳 統(tǒng) 鋼 丸 1 .3 6 倍 。 2 鋼 丸 的 循 環(huán) 次 數(shù) 與 】 鋼 丸 比 較 接 近 ， 3 鋼?丸 的 平 均 循 環(huán) 次 數(shù) 相 對 較 低 ， 為 3 766 次 ， 但 仍 然 高?于 傳 統(tǒng) 鋼 丸 S550。

3結論

(1)確定了鋼丸合適 的化學成分 ，成分控制范圍 (質 量 分 數(shù) ) : 0.85% ~ 1.20% C ， 0.60% ~ 1.50% Si，?0 .6 0 % ~ 1 .5 0 % M n ， 0 .1 0 % – 0 .4 5 % W ， 0 .1 0 % – 0 .4 5 % M o ，P ≤ 0 .0 4 % ， S ≤ 0 .0 4 % 。 在 此 范 圍 內 ， 可 以 把 碳 及 合 金?元 素 控 制 得 低 一 些 ， 有 利 于 優(yōu) 化 鋼 丸 的 組 織 和 性 能 。

(2)制訂了合理的等溫淬火工藝和淬火工藝參數(shù)， 鋼丸淬火加熱溫度 (800+20)°C，淬火介質 55% K N O 3+ 4 5 % N a N O 2 ， 介 質 加 熱 溫 度 3 0 0 ~ 3 5 0 °C ， 淬 火 保 溫 時 間 20min。

(3)通過微合金化和等溫淬火工藝，獲得 以下貝氏 體為主的混合組織 ，在保證適 當硬度的基礎上 ，提高

了鋼 丸的韌性 。 (4)高韌性鋼丸可以替代一般高碳鋼丸 ，保證了清

理效果，使用壽命是高碳鋼丸的1.36倍。節(jié)約了資 源，具有 良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 .1 不 銹 鋼 表 面 除 鱗

不銹鋼表面氧化鐵鱗的結構與普通碳鋼相 比 ， 金 屬 基 體 表 面 有 一 層 含 Fe、cr、Ni、O、Si成 分 的 致 密 的尖 晶石結構 ，只用酸洗的方法很難在短時間內去 除 干 凈 ，必 須 通 過 機 械 除 鱗 (拋 丸 )加 化 學 除 鱗 (酸

洗 )的方法來去除。為了縮短不銹鋼除鱗時間，一般 都 采 用 高 強 度 的 拋 丸 工 藝 ，去 掉 原 料 表 面 80% ~90% 以上氧化鐵鱗后再進行酸洗 。

拋丸生產時，利用拋頭的旋轉離心力將鋼丸以 70~80m/s的 速 度 擊 打 在 鋼 板 表 面 ，以 較 大 的 沖 擊 力 清除原料表面氧化鐵鱗 ;原料表面氧化鐵鱗清潔程 度及表面除鱗后 的粗糙度都是影響軋制后不銹鋼成 品表面質量 的關鍵 。清潔度和粗糙度都直接受拋丸 覆蓋率 的影響。拋丸覆蓋率是指鋼板表面直接受拋 丸拋打面積與鋼板總表面積的比率。一般覆蓋率要 達到 98%以上才能獲得 比較理想的表面清潔度 (IS08501Sa2.5級 )和粗糙度。拋丸覆蓋率是由拋 丸介質的粒度分布決定 的。所以 ，不銹鋼表面拋丸除 鱗介質及工藝控制是 目前不銹鋼冷軋生產工序 中最重要 的工藝環(huán)節(jié)之一 。

1.2 拋丸介質的種類

1)高 碳 鋼 磨 料 :鑄 鋼 丸 (亞 共 析 鋼 )、鋼 砂 (破 碎再加工的鋼丸)、混合磨料 (鋼丸與鋼砂的混 合 )、鋼 絲 切 丸 。

2)低 碳 鋼 磨 料 :低 碳 鋼 丸 (低 碳 貝 氏 體 鋼 丸 )。

3)鑄鐵磨料:鐵丸、鐵砂 (不用于不銹鋼行 業(yè) ) 。

不銹鋼熱板除鱗 拋丸介質通常使用 s10粒度 的 高 碳 鑄 鋼 丸 ， 有 的 廠 家 也 使 用 S1 10 和 S170 的 混 合 ?？?慮 拋 打 后 的 粗 糙 度 ，S170 以 上 的 鋼 丸 已 很 少 有 廠 家 用 在 不 銹 鋼 冷 板 行 業(yè) 。 s 1 10 的 S A E J4 4 4 標 準 尺寸所占比例情況為:0.50mln的不大于 10%，烈).30 mm的不小于80%， .18mm的不小于10%。用于 不銹鋼的除鱗介質必須具有良好的硬度 (‰ 為 45~53)及 較 長 的 疲 勞 壽 命 (150 0次 以 上 )。

1.3 拋丸除鱗介質的制造工藝

高碳鑄鋼丸的生產通常有 以下幾種方式 :

1)離 心 法 。 鋼 水 通 過 高 速 旋 轉 的 帶 孑L的 碗 狀 離 心器 ，在離心力的作用下鐵水呈粒狀甩到水池 中，這 種制造工藝的鋼丸形狀好 ，但鋼丸在收縮過程 中容 易將空氣包裹進去 ，形成很多氣孔 ，有氣孔鋼丸約 占 產 量 的 30% ，同 時 有 縮 松 、裂 紋 產 生 ，密 度 較 低 ，在7 .2 以 下 。

2)氣霧 法 。用一定 壓力 的氮氣 吹散流動 的鋼水 ，形成鋼丸。丸粒的缺陷相對較少 ，但氮氣成本較高。 3 )水 霧 法 。 用 一 定 壓 力 的 水 吹 散 流 動 的 鋼 水 ，形 成 鋼 丸 。 這 種 工 藝 形 成 的 小 丸 粒 的 比 例 高 ，$ 1 10 可 達 到 8%，但鋼丸的脫尾、縮孔、裂紋和異形鋼丸較多。水 霧 法 鋼 丸 的 空 心 率 較 低 ，密 度 較 高 ，一 般 在 7.5 左 右 。

4 )鋼 絲 切 丸 。 用 拉 拔 硬 化 后 的 彈 簧 鋼 絲 或 者 從 廢舊輪胎 中回收的舊鋼絲切成 圓柱形丸粒形成的拋 丸介質。用彈簧鋼絲制作的鋼絲切丸壽命長 ，但成本 高、粒度單一、硬度偏高、尖角需預拋后才能使用 ，主 要 用 于 齒 輪 ，彈 簧 等 的 強 化 處 理 。用 廢 舊 輪 胎 鋼 絲 制作的鋼絲切丸壽命長,但硬度偏低,一般用于表面處理要求不高的鋼結構和鑄造行業(yè)。

5)鋼砂。大粒度的鑄鋼丸經(jīng)過多級破碎形成小粒度的鋼砂,磨料的內在缺陷相對較少,硬度可以根據(jù)工藝需要進行生產,一般鋼砂有三種硬度:CH,GL和GP, CH鋼砂主要用于石材切割和表面強化等行業(yè);GL和GP鋼砂可用于鑄造行業(yè)、造船行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等進行表面清砂和除鱗。

2.高碳鑄鋼丸在不銹熱軋板除鱗的應用

采用以高碳鑄鋼丸為介質的除鱗工藝,是不銹鋼行業(yè)使用的主要除鱗介質。目前熱板酸洗工廠主要采用S110 (鋼丸直徑以0.3mm為主)與S170 (鋼丸直徑以0.425 mm為主)兩種鋼丸(見圖1),考慮用戶對表面的要求越來越高,大多數(shù)廠家已減少了對S170使用。采用傳統(tǒng)的S110和S170鋼丸有以下特性。

2.1優(yōu)點
1)流動性好。由于是以一定粒度范圍的球體權成,流動性要優(yōu)于鋼砂或鋼絲切丸。
2)工藝控制簡單。鋼丸90%以上是圓形,異型鋼丸不能超過10%,帶尖角的鋼丸少(使用過程中破碎的鋼丸硬度相對偏低),不用考慮補充料時單次投入量太大造成鋼板表面損傷的問題。
3)不造成帶鋼表面局部損傷。不用控制丸粒大小構成的混合比,新鋼丸在投入時即使一次投入量很大,也不會在鋼板表面造成局部深點。
4)對拋丸機拋頭葉片和護板損傷小。鑄鋼丸的硬度相對偏小,拋打過程中鋼丸破碎后形成的尖角硬度也相對偏低,再加上投入的新鋼丸不含尖角,拋頭葉片和拋丸室護板的損耗相對小。
2.2缺點
1)鋼丸質量不穩(wěn)定。由于鑄鋼丸形成S110的產出率在4%-8%之間,廠家為追求小粒度的比例,增加了噴水壓力,鋼丸中含裂紋、尖角、砂眼、連體、破碎、畸形和尺寸不均的異型鋼丸的比例增多(見圖2和圖3),不僅降低了疲勞壽命,影響到拋打后的鋼板質量,也大大增加了鋼丸的消耗量。

通過對國內大多數(shù)鋼丸制造企業(yè)的產品檢驗,異型鋼丸的比例均超出不大于5%的SAE標準,疲勞壽命僅1400次,低于實際使用2300次的要求,導致鋼板表面除鱗效率差。除了上述原因外,很多國內企業(yè)為了節(jié)約成本,省略了最終熱處理環(huán)節(jié),也造成疲勞壽命降低;甚至有些企業(yè)摻入鑄鐵丸(肉眼很難區(qū)分),使拋丸過程中產生大量粉塵,鋼丸消耗成倍增加。

質量差的鋼丸在較短的時間內破碎,不能有效的清除氧化鐵皮和達到正常的使用壽命,同時產生的大量粉塵,增加了除塵系統(tǒng)的負荷及維護成本,也增加了失火的隱患。

2)鋼丸尺寸偏大。按照工藝及表面要求,原料除鱗應采用S110的鋼丸,但國內鋼丸廠家實際提供的大都在S110和S170之間,小粒度的鋼丸偏少,對降低噴丸后的表面粗糙度是不利的,一般除鱗后的原料表面粗糙度( Ra)在5-7 um,對冷軋后的不銹鋼成品表面質量產生了不良影響。

3)鋼丸消耗量大。由于鋼丸的在成型過程中會產生裂紋,鋼丸在反復拋打過程中沿裂紋破碎,影響使用壽命,導致鋼丸的消耗量一般都在4kg/t以上。采用完全符合標準的鋼丸,消耗量可控制在2.5 kglt以內。

4)供應不足。按照冷軋不銹鋼表面粗糙度要求,原料除鱗需全部采用S110的鋼丸,但S110的高碳鑄鋼丸的產出率僅4%-8%,生產的小粒度鋼丸越多,國內不銹鋼除鱗所需的S110鋼丸每月在2000t以上,而達到SA標準的S110鋼丸有60%以上的缺口,大量此粒度范圍的鋼丸是代理商將很多鋼丸廠的少量鋼丸搜集到一起得到的,質量基本無法保證。有些鋼丸甚至是將各種拋打鑄件、結構件等破碎后的鋼丸重新篩分后湊起來的,壽命很低。資源問題緊張。

3.砂和鋼丸的混合磨料在不銹熱軋板除鱗的應用

鋼砂主要用于設備構件、鑄件、管道等的表面氧青理和石材切割,是使用優(yōu)質的鋼丸經(jīng)鍛壓、篩熱處理后產出,其材質也是高碳鑄鋼,與鋼丸不是其呈菱形(見圖4),并在使用過程中通過在肌內的循環(huán)使棱角磨掉成為圓形。在不銹鋼的余鱗工藝中,一般不直接使用鋼砂。大多使用一列優(yōu)質鋼砂和鋼丸的混合物,以提高其在拋丸沙管內的流動性。

3.1優(yōu)點：
1)菱形尖角能高效地清除工件表面的氧化皮。鋼砂的粒度呈連續(xù)型正態(tài)分布,有利于提高鋼板表里的覆蓋率,從而提高清潔度。
2 )使用壽命長。鋼砂是將一定粒度范圍內的鋼率后得到的,在碾壓過程中,破裂會優(yōu)先選擇鑄內的微裂紋處進行,因此鋼砂的內在裂紋很少,壽命長。
3)粗糙度相對較低。由于拋打壽命長,鋼砂經(jīng)百次的循環(huán),漸漸的形成尺寸為S110偏下或更寸的均勺的圓形鋼丸(見圖5、圖6),能更有效氐除鱗后的產品表面粗糙度(見圖7)。

4)丸粒硬度在循環(huán)拋打的強化過程中得到提高 (見圖8),壽命得到延長,達到降低消耗的目的。

5)質量穩(wěn)定。鋼砂為大顆粒鋼丸(如S230)碾壓、篩分及熱處理后的產品,產量高,供應商很集中,對其產品質量容易控制。
3.2缺點
1)流動性差。鋼砂呈菱形,如果100%使用鋼砂,在拋丸機的傳輸及拋打過程中流動性較差。為解決這一問題,要將一定比例的鋼丸與之混合形成混合磨料(見下頁圖9),或先將鋼砂進行預拋,以改善其流動性。
2)工藝控制難度大。為提高除鱗效率,帶鋼在剛開始拋打時適宜用帶棱角的鋼砂,這樣更容易切入堅硬的不銹鋼鱗皮,以提高除鱗效率。但后續(xù)的拋打適宜用拋圓的鋼丸,否則,棱角會損傷帶鋼表面,使表面出現(xiàn)零星的深點。為防止這一缺陷的產生,混合磨料的一次添加量不能太大,而且只能從第一臺拋丸機投入新磨料,這樣后幾臺的拋丸機內基本是拋圓的不同粒度混合的鋼丸，通過控制新磨料的投 入量、頻次以及除塵能力的大小可得到不同粒度鋼 丸的混合 比例 ，鋼板 的粗糙度也低。也可以說混合磨 料更適合用在多臺串聯(lián)的拋丸機 ，單臺拋丸機用混 合磨料不適合生產高檔不銹鋼面板 ，如果生產此類 產 品，必須在過程中補充鋼砂拋圓后的鋼丸。

3)拋丸機葉片和護板的消耗 比普通鋼丸略高。

3.3 使用效果對比

混合磨料在一條熱線的使用效果對比，拋丸機 為 三 臺 串 聯(lián) ，試 驗 期 間 初 裝 量 為 75 t，全 部 為 鋼 丸 ， 以后逐漸用混合磨料全部替換。試驗數(shù)據(jù)如下:

1)粗糙度。由試驗前的5 m以上降低至4vm 以 下 ( 見 圖 1 O 和 表 1 ) 。 通 過 不 斷 的 工 藝 改 進 ，控 制 拋 丸機內的混合 比，粗糙度逐 步降低并趨 于穩(wěn)定 ，基 本 控 制 在 2 .5 ~ 3 -5 m 。

2 )消 耗 量 。試 驗 期 間 小 鋼 丸 消 耗 量 趨 勢 見 表 2。

4 其他拋丸介質的應用

1)低碳貝氏體鋼丸。為解決高碳鑄鋼丸的疲勞 壽命問題，國外在批量生產一種低碳鋼丸，德國最早 開發(fā)出此類產品，隨后美國也有能力生產一定批量 的低碳鋼丸。此工藝是淬火后的低碳鋼丸經(jīng)過熱處 理后得到下貝氏體組織，具備接近高碳回火馬氏體 的硬度 ，沖擊韌性明顯增加 ，具備更長的使用壽命 。 此鋼丸的缺點是成型后鋼丸的現(xiàn)狀差 ，縮孑L、脫尾和 異型鋼丸多 ，反而消耗量 比高碳鋼丸的優(yōu)勢不明顯。 拋打后鋼板表面的粗糙度與高碳鋼丸相 當。同時也 存在 S170粒度以下的鋼丸產量 比例小的問題。

2 )鋼 絲 切 丸 。 中 碳 鋼 或 軸 承 鋼 經(jīng) 拉 拔 后 硬 度 會 大幅度提高，切成圓柱形的顆粒后主要用于金屬的 表面強化 。質量較低的鋼絲切丸有用于熱軋中厚板 的除鱗 。目前有的廠家將幾種直徑 的鋼絲切丸混合 后進行預拋 ，基本已消除了切后的尖角 ，可作為鋼丸 使 用 ，疲 勞 壽 命 可 提 高 30% ，但 此 種 鋼 丸 拋 打 后 加 工 硬化明顯 ，鋼板表面硬度會顯著提高 ，對拋丸機葉片 和護板損傷嚴重。由于粒度分布單一 ，鋼板的粗糙度 不易控制，目前在不銹鋼冷板還沒有廣泛應用。

5 國內外的使用情況

在國內其他不銹鋼生產企業(yè)，冷軋原料的機械除鱗大多采用彎曲破鱗加高碳鑄鋼丸高速拋打鋼板 表 面 來 進 行 ，目 前 市 場 提 供 的 鋼 丸 在 尺 寸 、質 量 、性 能及產量上很難穩(wěn)定地滿足大規(guī)模不銹鋼生產的需 要 ，為 了 解 決 這 個 問 題 ，目 前 國 內 已 有 60% 的 企 業(yè) 開 始使 用鋼砂和鋼丸的混合磨料 越 大 ，H D 作 用 越 強 ;偏 差 越 小 ，H D 作 用 越 弱 。因 此 ， 即便設備性能不是很穩(wěn)定 ，也能實現(xiàn)對轉速的精確 控制。但也有其缺點 :如果要求響應時間快 ，比例參 數(shù)P值須增大，則擾動較大;如果要求調節(jié)比較平滑 ，積分參數(shù) ，值要增大 ，則要犧牲響應速度 。

1 試驗材料、儀器與方法

試驗材料為江蘇奧力斯特科技有限公司生產 的 低 碳 鑄 鋼 丸 成 品 ， 規(guī) 格 為 $5 50 (直 徑 為 1.7 m m )，球 形 ，粒 度 分 布 均 勻 ，無 異 型 。 用 721分 光 光 度 計及碳硫分析儀 、島津 M型顯微硬度計及排無水酒 精法分別測定化學成分 、硬度及密度 ;用尼康光學金相 顯 微 鏡 觀 察 金 相 組 織 ;用 ERVIN 金 屬 磨 料 壽 命 試 驗機 (ErvinTestMachine)，按美國汽車工程協(xié)會 SAE J4 45A 金 屬 磨 料 機 械 性 能 測 試 標 準 1O0% 替 代 法進行 ERVIN循環(huán)壽命測定 ，以表征拋噴丸清理設 備中金屬磨料的真實使用壽命 。

100% 替 代 法 測 定 時 ，向 ERVIN 循 環(huán) 壽 命 試 驗 機 中 加 入 100 g低 碳 鑄 鋼 丸 ，以 61 m/s的 速 度 拋 打 到轉 動 的 靶 上 ，500 次 循 環(huán) 后 取 出 磨 料 ， 用 0.425 mm 篩子篩分 ，記 錄重量損失 ，并補加新低碳鑄鋼丸 ，使 加 人 總 量 達 到 100 g，重 新 裝 人 重 復 上 述 步 驟 ，累 積 損 失 超 過 100 g 時 ，停 止 試 驗 ，按 公 式 :E R V IN 循 環(huán) 壽命 (次數(shù))=總循環(huán)次數(shù)一(每次測試次數(shù)/最后損 失 % )X (累 計 損 耗 % 一 10 0 )，計 算 循 環(huán) 壽 命。

2 試驗結果與分析

2.1 低碳鑄鋼丸的成分、密度及硬度

低碳鑄鋼丸的化學成分 、密度 、硬度見表 l。通過 降低碳含量來提高韌性 。硅含量在一定 范圍內可同 時提高強度和韌性，主要是含硅的鋼經(jīng)奧氏體化并 連續(xù)冷卻后 ，可形成與典型上 、下貝氏體不 同的貝氏體組織，其特點是不析出碳化物 ，而存在穩(wěn)定的殘余 奧 氏 體 膜 或 M —A 小 島 ，從 而 促 進 韌 性 的 提 高 和 良 好 的 強 韌 性 配 合 ，超 過 2% 后 ，出 現(xiàn) 塊 狀 鐵 素 體 ，使 韌 性 下降 。錳含量增加使鋼的鐵素體c曲線不斷右移， 貝氏體 c曲線則顯著 向低溫方向移動 ，即降低的 B 點溫度增 多 ，而 M 點又降低較少 ，從而使貝氏體的 強化效果更加顯著 ，同時錳還可以增加韌性 和淬透 性。 SAE J21751標 準 同中 硬 度 范 圍 為 HRC40~50， ISO11124— 4的 硬 度 范 圍 HV390~520，本 實 驗 得 到 的低碳鑄鋼丸的硬度為 HV453.75/HRC46.3，硬度適 中，具有 良好的綜合拋噴丸清理效能 ;ISO124—4 標 準 中 低 碳 鑄 鋼 丸 的 表 觀 密 度 應 大 于 7.0 g/cm ， 本 實 驗 得 到 的 低 碳 鑄 鋼 丸 的 密 度 為 7.5 g/cm。，說 明 低碳鑄鋼丸的組織致密性較好。

2.2 低碳鑄鋼丸金相組織
經(jīng)熔煉 、離心霧化成丸后落人水 中(淬火 )得到的 低 碳 鑄 鋼 丸 金 相 組 織 如 圖 1(a)和 (b)所 示 。原 凝 固 后的樹枝狀奧 氏體轉變?yōu)闊o碳貝氏體 (條狀鐵素體+ 少 量 殘 余 奧 氏 體 )與 板 條 馬 氏 體 ，無 碳 貝 氏 體 形 貌 與板條馬氏體形貌較難區(qū)別 。由于最大規(guī)格低碳鋼 丸直徑小于 2.5 ITlm ，在 較 低含碳 量 情 況 下 ，可 完 全 淬透 ，全部獲得無碳 貝氏體與板條馬 氏體 ，密度高 、 形變時位錯活動性強 ，具有高塑性 、高韌性及相應較 高 的 強 度 ， 心 部 到 表 面 硬 度 非 常 均 勻 ， H R C 4 6 . 3 ， 此硬度兼顧 了清理速度與沖擊韌性及耐磨性 ，具有 較 好 的 綜 合 力 學 性 能。

2.3 低碳鑄鋼丸 ERVIN循環(huán)壽命測定結果及分析

100% 替 代 法 ERV IN 循 環(huán) 壽 命 的 測 定 結 果 見 表 2，ERVIN 循 環(huán) 壽 命 次 數(shù) 為 2971次 ，即 表 明 在 實 際 現(xiàn) 場拋噴丸清理作業(yè) 中，全部低碳鑄鋼丸消耗完 ，并補 加 到 原 始 量 ，可 重 復 使 用 2971 次 ，破 碎 的 粉 塵 失 去 清理功效而被除塵系統(tǒng)除去?，F(xiàn)在市場 中銷售 的高碳鑄鋼丸的歐文循環(huán)壽命為 20~280次 ，可見低 碳鑄鋼丸的壽命較高 ，這是 由于低碳鑄鋼丸的顯微 組 織 中 無 疏 松 、偏 析 、氣 孔 等 缺 陷 ，晶 粒 尺 寸 小 。 低 碳 鑄鋼丸 的金相組織為無碳貝氏體與低碳 馬氏體的復 合組織，具有良好的強度與韌性。

3 結論

(1)低 碳 鑄 鋼 丸 的 化 學 成 分 為 (質 量 分 數(shù) ，% ):0.14C、0.38Si、1.13Mn、0.046S及 0.O18P;密 度 為 7.5 g/cm，硬度 HRC46.3;金相組織為無碳貝氏體+板條馬氏體組織，具有優(yōu)良的綜合力學性能。
(2)低 碳 鑄 鋼 丸 100% 替 代 法 ERVIN 循 環(huán) 壽 命 為2971次 ，表征實際拋噴丸清理操作 中平均每粒低 碳 鑄 鋼 丸 可 使 用 2971次 ，是 理 想 的 鑄 件 拋 噴 丸 清 理的金屬磨料。

1.鋼 丸 材 質

低 貝鋼丸采用電弧爐煉鋼 ，利用電弧爐可調 節(jié)成分的特性 ，通過脫碳、脫硫、脫磷 ，以及提 升鋼丸的塑性和沖擊韌度 ，降低脆性 ;通過加入 C r、 C u等 元 素 ， 顯 著 提 高 鋼 丸 的 強 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ; 通 過 加 入 M o 、 A 1等 元 素 能 夠 細 化 晶 粒 ， 提 高鋼 丸顯微組織的致 密性 ，提高沖擊性能 。并通過 造渣 、除渣來凈化鋼液 ，減少鋼液內雜 質含量 ，從 而使鋼丸獲得最佳的材 質。不同材質鋼丸的化學成 分 和 金 相 組 織 見 表 1。

2.磨料的金相組織和硬度

低貝鋼丸一般均采用獨特的等溫二次淬火和低溫回火工藝，對淬火冷卻介質和溫度進行了特別控制 ，使鋼丸獲得了更耐沖擊的貝氏體+馬氏體 的復相 組織 。從 圖1中可以看 出 ，高碳鋼丸晶界處有碳析 出，以至于拋丸過程中鋼丸接觸到鑄件瞬間 (鋼丸 速度78m/s) ，沿晶界會產生非常大的切 向力 ，鋼 丸在拋打過程中極 易破碎 ;低貝鋼丸是復相組織 ， 組織結構非常致密，拋打過程中鋼丸撞擊到鑄件瞬 間，內部受力是均勻的 ，不會產生應力集中現(xiàn)象 ， 因此低貝鋼丸的使用次數(shù)較高碳鋼丸有大幅提升。

低 貝 鋼 丸 硬 度 為 4 2 ~ 4 8H R C 。 硬 度 是 鋼 丸 工 作 過程中的關鍵性能，對工作效率及消耗具有很大的 影響。鋼丸的顯微組織狀態(tài)決定 了其抗疲勞性能的 高低 ，良好的顯微組織能使其具 有更高的耐沖擊性能 ，從而具有更長的使用壽命 。

圖2為硬度與清理效率 的關 系，圖3為硬 度與反彈性的關系。從圖中可以發(fā)現(xiàn) ，硬度過高時鋼丸的 抗 沖擊性能非常差 ，容易產生內部應力集中，拋丸 過程中易破碎，無法滿足清理高效率的要求，并且 鋼丸的消耗升高 ;硬度過低時鋼 丸在碰撞中變形 ， 不能有效地拋打鑄件本體 ，從而也影響清理效率 。以上兩種情況都無法將鑄件表面清理干凈，因此只有在鋼丸硬度適中的情況下，對鑄造件拋丸清理時，才能有效對工件本體驚醒有效對清理，而且鋼丸可以不斷循環(huán)使用，減少損耗，能夠有效的降低鑄造件拋丸成本。

3.鋼丸壽命（循環(huán)次數(shù)）是其經(jīng)濟性和綜合效率的體現(xiàn)

在拋丸清理中，鋼丸是一個逐漸磨損的過程 ，在反復的沖擊過程 中，每次沖擊鋼丸會發(fā)生一次形變 ，表面會脫落一層。鋼丸外形近似于多邊形 ，每個角度對鑄件的沖擊效果是相等的，在使用 中鋼丸會不斷變小 。高質量的鋼 九變小的過程緩慢 ，低 質量的鋼丸變小的速度很快。

由于低 貝鋼丸的材質為低碳合金鋼材質 ，且經(jīng) 過熱處理 ，因此使用中不易破碎 ，其磨損形式是逐步變小。我們采用 國際通用的美 國歐文壽命試驗機對高碳鋼丸 、低碳鋼 丸、低 貝鋼 丸進行殘 留量對 比試 驗 ， 結 果 見 表 2、 圖 4。

在 相 同 條 件 下 ， 經(jīng) 過 精 確 的 磨 料 消 耗 對 比 試驗 ，可以看 出低貝鋼丸在拋打過程中使用壽命明顯 高 于 其 他 兩 種 鋼 丸 ， 消 耗 量 明 顯 降 低 。

二 、生產性 試驗

選 定 兩 臺 DIsADV2— 450拋 丸 機 OP30A- OP30B，將 OP30A拋 丸機 內 的原 用鋼 丸 全部 清 空 ， 加 入 級 配 低 貝 鋼 丸 并 記 錄 初 次 裝 機 量 ， O P30B 繼 續(xù) 添加普通鋼丸，調試好機器后 ，開始生產試驗 。

在拋頭 電流穩(wěn)定的狀態(tài)下 ，根據(jù)監(jiān)控兩 臺機器 中不同粒度鋼丸混合比 (見圖5)情況加料，保證 拋丸清理在最佳的混合比狀態(tài)下進行，分別記錄兩 臺拋丸機每天添加鋼丸的數(shù)量和清理產量 ，經(jīng)過41 天的試驗 ，將兩臺拋丸機的加料數(shù)量和清理產量進 行匯總，得出最終試驗數(shù)據(jù) (見表3)。

由數(shù)據(jù)分 析可得 ，低 貝鋼丸 比普通鋼 丸消 耗 降低了41%，在 拋丸清理過程 中大幅減少 了鋼丸消耗 ，降低 了清理成本。

三、結論

(1)低貝鋼丸內部組織致密 (晶粒細化)， 拋丸過程中逐步破碎 ，使用壽命延長 ，消耗降低。 (2 ) 低 貝 鋼 丸 相 比 普 通 鋼 丸 硬 度 更 平 均 ， 且 更適 合鑄件表 面清理工作 ，鋼丸 的清理效率 大幅 提 升 。