低Cr_Mo_Re抗磨鑄鐵拋丸機葉片的生產研究

2018-04-12

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摘要：試制一種低Cr Re抗磨鑄鐵拋丸機葉片 ,代替青島鑄造機械有限公司的葉片新葉片的硬度HRC 62 ,沖擊值 AK 可代替購買的拋丸機配件葉片,每年為工廠節省 70 多萬人民幣

關鍵詞拋丸機葉片 Cr 鑄鐵 Cr Ni鑄鐵 Cr Mo鑄鐵 Cr Re鑄鐵

0 引言

哈爾濱車輛廠1999 年承擔國家分配的檢修客貨車 5000 多輛的任務 ,舊機車檢修前需在拋丸室內進行車皮的去漆 ,工廠客解體、主裝三車間拋丸室 ,承擔此項任務皮開進拋丸室,拋丸室內前后各臺上下錯開。利用高速回轉的葉輪鑄鐵拋丸的技術要求如表、鑄鐵和鑄鋼車間的拋丸機葉片都購自青島鑄機廠 ,每年工廠為此要多付出 70 多萬元 ,自己有電爐、工頻爐但自己不熔煉。

今年工廠開始熔制葉片材料,*先選取 Cr17Mo3Cu 抗磨鑄鐵 ,不太理想 ,一方面此種鑄鐵成本太高；另一方面忽略了它的熱處理。
不能 Cr17Mo3Cu的硬度 HRC53～59 與拋丸的硬度相差不多 HRC45) ,使用中不抗磨 ,短時失。頻繁的更換和長時間的停機,給工廠生產帶來了諸多不便 ,造成很大浪費

表一 Q305拋丸機參數

表2、鑄鐵拋丸機技術要求
車輛廠從前一直使用青島鑄機廠的葉 ,還包括護板、拋頭前后蓋、葉輪、弧形護、結合盤等,用量和耗資都很大

1、國內概況

111 青島鑄機廠概況

青島鑄機廠70 年代初 ,根據拋丸機易損件葉片、上下磨耗板等壽命低,更換頻 ,浪費大量金屬材料,而且增加輔助工時影響生產效率的特點,與一機部鑄鍛機械研究所一起 ,經過大量的試驗研究和較長期的生產實踐 ,確認低鉻 —稀土白口鑄鐵是一種較理想的抗磨材料

80年代中 ,青島鑄機廠對抗磨白口鑄鐵又重新進行了選擇。1985 年針對承受拋丸機易損件 ,進行了試驗 ,試驗采用 Cr15Mo3Cu 高鉻白口鑄鐵。在沖擊磨損完全相同的工況、鑄態時效和淬火回火后的拋丸機葉片進行了對比試驗在進行裂紋擴展速度的試驗后確認對承受劇烈反復沖擊載荷的葉片 ,不宜在含有大量奧氏體的鑄態下使用而應采用適當的熱處理方法,使基體以馬氏體為主 ,殘留奧氏體應控制在 25 %以下
90年代以后 ,青島鑄機廠重點研究了稀土元素對鉻系抗磨鑄鐵的影響。1997 加入Re 元素后 ,能夠提高低鉻抗磨鑄鐵的硬度 ,而且趨于均勻 ,硬度差在 HRC3以內。沖擊韌性由原來的4126j/cm2 提高到6132j/cm2。加入Re 元素后，能改變碳化物形貌 ,增加抗磨性 ,處理后葉片的磨損率僅為處理前的四分之一。青島鑄機廠葉片的化學成分、金相和硬度 ,經哈爾濱鍋爐廠有限責任公司材料研究所測定如表3

表3 青島鑄機有限公司葉片測定
112其它 1999 10日進行了國內檢索資料查詢 ,根據上述檢索詞及分類 ,在中文 20 數據庫及相關刊物上,查到文獻 87 ,其中與本課題密切相關的文獻 25 西安交大對15Cr 碳化物任意排列的馬氏體白口鑄鐵和碳化物定向排列且較細的 25Cr 奧氏體白口鑄鐵的兩個拋丸機葉片等對抗磨白口鑄鐵生產工藝做了大量工作 ,認為提高鑄鐵韌性的主要因素是采用綜合變質處理 ,即凈化鐵水改善晶界冶金質量加強冷卻,減少夾雜物 ,加強鑄件充分補縮是提高鑄鐵韌性的關鍵。這些對拋丸機葉片壽命的提高是有利的鄭州工學院對大負荷拋丸機(Q7710) 認為它是以受沖擊的高應力磨料磨損為主 ,為提高葉片的壽命宜選用奧氏體基體的高鉻鑄鐵,力求獲得彌散細小針狀的 C3硬化相 ,深扎在奧氏體基體中北京科技大學采用軋制白口鑄鐵拋丸機葉片 ,通過高溫軋制變形 ,使白口鑄鐵的網狀化物破碎武漢機械工藝研究所采用14 %～16 70Cr 、118 %～212 的抗磨鑄鐵,耐磨性是高錳鋼的 HRC62～66 ,金相組織為回火馬氏體龍江省機械工業研究所采用鉻硼白口抗磨鑄鐵拋丸機葉片 HRC65～68 東北大學采用稀土低鉻多元合金耐磨鑄鐵拋丸機葉片 HRC55 洛陽工學院采用接近共晶成分的20 17%Cr 兩種拋丸機葉片 ,采用定向凝固鑄造工藝和改進的熱處理工藝 ,前者使用壽 670h,后者為 380h 有人研究了外葉片的傾斜方向與傾角對拋丸器運動力學參數和葉片所受壓力的影種低鉻鑄鐵拋丸機葉片的失效分析和對比有人研究拋丸機葉片的磨損及曲面葉片的優點大連鐵道學院研究了《拋丸機高鉻白口鑄鐵葉片的 SiCa復合變質處理》; 湖北工學院《高鉻鑄鐵拋丸機葉片研制》采用半金屬型的 17 %Cr 、313 的高鉻鐵葉片,使用壽命 400 小時改變碳化物的分布、形態和基體組織 ,獲得抗磨性較好的貝氏體抗磨鑄鐵 ,硬度為 HRC48 ～55 ,壽命是中鉻白口鑄鐵拋丸機葉片的天津大學《拋丸機葉片磨損失效分析和金相組織的影響》; 上海工業大學《高鉻鑄鐵拋丸機葉片的研究》,研究了以銅、錳復合代鉬制造高鉻鑄鐵拋丸機葉片 ,葉片工作面采用激冷工藝 ,使工作面晶粒細、硬度高

2 葉片失效機理

拋丸對葉片的磨損,按磨損機理為一次加載下的沖擊斷裂機制高應力磨料磨損 2200R/min 的高速 ,將拋丸拋向葉片丸的拋射能力為70～80m/ 120kg/min 能力沖擊葉片,使葉片斷裂
磨損分三個階段:第一階段為予磨階段初裝入拋丸,剛轉運時 ,由于葉片表面較硬磨損量極微。但馬上到第二階段 ,這一階段為過渡階段 ,由于受拋丸的沖擊和高應力磨 ,這一階段失重較大,幾乎與磨程呈線性關 ,此時葉片出口端有凹坑。第三階段為磨斷階段 ,這一階段失重趨于穩定 ,再磨損因受較大沖擊力,沿凹坑處斷裂在葉片的入口端,由于葉輪輸入的大量 120kg/min 數量鐵丸一面彈跳,一面沿著葉片表面向外滑動由于慣性轉動力,使鐵丸緊壓在葉片上 ,造成鐵丸對葉片的磨削 ,愈靠近出口端 ,慣性轉動力愈大 ,鐵丸對葉片的磨削作用也愈強 ,在出 ,葉片還與一定數量的亂散射的反彈鐵丸相撞 ,此時葉片與鐵丸的相對速度要比入口端大得多 ,較后在出口端磨出深溝 ,沿深溝斷裂 ,而組織是由基體和碳化物組成。基體的作用是支撐碳化物去抵抗拋丸的沖擊和高應力磨損 ,減少碳化物的剝落和碎裂 ,發揮碳化物的抗磨損作用碳化物的作用是抵抗拋丸的沖擊和高應力磨損 ,而凸出于基體之上葉片磨損失效的主要原因是,葉片在拋丸的沖擊下 1000)產生裂再在碳化物與基體的界面上產生裂紋失去支撐,從而易被陸續而來的拋丸沖裂及剝落

3化學成分的選擇
化學成分的選擇,必須保證基體有較高的硬度和足夠的韌性。選取馬氏體其硬度比奧氏體大馬氏體的硬度為HV 800。選取的碳化物必須是其硬度為HV1700-1800

化學成分的選擇 ,應結合實際情況用剩余的軸承鋼,較大限度的降低成本 :低鉻鑄鐵的含碳量愈多,碳化物含量愈多 ,硬度愈高 ,抗磨性愈好 ,但鑄鐵的韌性下降 210%增加到 315 ,碳化物含量可從 25 %增加到 40 含碳量過低,鑄造性能不好 Si:硅一般是從原料中代入的 ,要將含硅量控制在較低的范圍也是很困難的。硅可以作脫氧劑用低于015 低于018 ,鑄造性能不好。提高硅可以提高馬氏體轉變溫度 ,有利于獲得馬氏體分布在碳化物中,可提高硬度 ,可細化碳化物,改善韌性 Mo:鑄鐵中的鉬 ,一部分進入碳化物部分溶于奧氏體中,溶入奧氏體中的鉬高淬透性。鉬昂貴 ,可用 Mn 代替部分鉬 0115%以下。隨著 Re 的增加 ,葉片的硬度和 AK 值增加 ,有利于抗磨通過金相組織可看出 Re能細化晶粒改善晶界質量,減少晶間夾雜物 ,改變碳化物的形貌 ,由原來的連續網狀轉變為斷續網狀或孤立狀,這就會大大減少碳化物對馬氏體基體的剝裂作用 ,提高韌性 ,增加抗磨性

表4、鑄鐵的成分
4熔煉
115t工頻爐熔煉 ,和熔煉合金鋼一樣進行操作熔化期:加起重塊、爐料 Cr、Mo 合金熔化造渣,取樣分析還原期:脫氧 ,Mn 、Si 1550出爐 ,配料方案見表5 、12種配料方案，機械性能基本相同
5熱處理
葉片獲得較佳硬度的熱處理等溫淬火加回火 Re鑄鐵獲得馬氏 ,同時要避免開裂,在低溫區冷卻速度要小于油

表5 配料方案
葉片不宜在含有大量奧氏體的鑄態下使 ,而應采用適當的熱處理方法,使基體以馬氏體為主 ,殘余奧氏體應小于25%

6、機械性能

沖擊試樣用砂型鑄造 ,不開槽口 ,試樣尺 10mm10mm 55mm 跨度為40mm HRU—150AT 型光學洛氏硬度計測定 HRC Re鑄鐵的機械性能鑄造車間以鑄態試樣 HRC 驗收 ,熱處理車間以熱處理試樣 HRC 驗收機械性能,如表6