低Cr_Mo_Re抗磨铸铁抛丸机叶片的生产研究

2018-04-12

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摘要：试制一种低Cr Re抗磨铸铁抛丸机叶片 ,代替青岛铸造机械有限公司的叶片新叶片的硬度HRC 62 ,冲击值 AK 可代替购买的抛丸机配件叶片,每年为工厂节省 70 多万人民币

关键词抛丸机叶片 Cr 铸铁 Cr Ni铸铁 Cr Mo铸铁 Cr Re铸铁

0 引言

哈尔滨车辆厂1999 年承担国家分配的检修客货车 5000 多辆的任务 ,旧机车检修前需在抛丸室内进行车皮的去漆 ,工厂客解体、主装三车间抛丸室 ,承担此项任务皮开进抛丸室,抛丸室内前后各台上下错开。利用高速回转的叶轮铸铁抛丸的技术要求如表、铸铁和铸钢车间的抛丸机叶片都购自青岛铸机厂 ,每年工厂为此要多付出 70 多万元 ,自己有电炉、工频炉但自己不熔炼。

今年工厂开始熔制叶片材料,*先选取 Cr17Mo3Cu 抗磨铸铁 ,不太理想 ,一方面此种铸铁成本太高；另一方面忽略了它的热处理。
不能 Cr17Mo3Cu的硬度 HRC53～59 与抛丸的硬度相差不多 HRC45) ,使用中不抗磨 ,短时失。频繁的更换和长时间的停机,给工厂生产带来了诸多不便 ,造成很大浪费

表一 Q305抛丸机参数

表2、铸铁抛丸机技术要求
车辆厂从前一直使用青岛铸机厂的叶 ,还包括护板、抛头前后盖、叶轮、弧形护、结合盘等,用量和耗资都很大

1、国内概况

111 青岛铸机厂概况

青岛铸机厂70 年代初 ,根据抛丸机易损件叶片、上下磨耗板等寿命低,更换频 ,浪费大量金属材料,而且增加辅助工时影响生产效率的特点,与一机部铸锻机械研究所一起 ,经过大量的试验研究和较长期的生产实践 ,确认低铬 —稀土白口铸铁是一种较理想的抗磨材料

80年代中 ,青岛铸机厂对抗磨白口铸铁又重新进行了选择。1985 年针对承受抛丸机易损件 ,进行了试验 ,试验采用 Cr15Mo3Cu 高铬白口铸铁。在冲击磨损完全相同的工况、铸态时效和淬火回火后的抛丸机叶片进行了对比试验在进行裂纹扩展速度的试验后确认对承受剧烈反复冲击载荷的叶片 ,不宜在含有大量奥氏体的铸态下使用而应采用适当的热处理方法,使基体以马氏体为主 ,残留奥氏体应控制在 25 %以下
90年代以后 ,青岛铸机厂重点研究了稀土元素对铬系抗磨铸铁的影响。1997 加入Re 元素后 ,能够提高低铬抗磨铸铁的硬度 ,而且趋于均匀 ,硬度差在 HRC3以内。冲击韧性由原来的4126j/cm2 提高到6132j/cm2。加入Re 元素后，能改变碳化物形貌 ,增加抗磨性 ,处理后叶片的磨损率仅为处理前的四分之一。青岛铸机厂叶片的化学成分、金相和硬度 ,经哈尔滨锅炉厂有限责任公司材料研究所测定如表3

表3 青岛铸机有限公司叶片测定
112其它 1999 10日进行了国内检索资料查询 ,根据上述检索词及分类 ,在中文 20 数据库及相关刊物上,查到文献 87 ,其中与本课题密切相关的文献 25 西安交大对15Cr 碳化物任意排列的马氏体白口铸铁和碳化物定向排列且较细的 25Cr 奥氏体白口铸铁的两个抛丸机叶片等对抗磨白口铸铁生产工艺做了大量工作 ,认为提高铸铁韧性的主要因素是采用综合变质处理 ,即净化铁水改善晶界冶金质量加强冷却,减少夹杂物 ,加强铸件充分补缩是提高铸铁韧性的关键。这些对抛丸机叶片寿命的提高是有利的郑州工学院对大负荷抛丸机(Q7710) 认为它是以受冲击的高应力磨料磨损为主 ,为提高叶片的寿命宜选用奥氏体基体的高铬铸铁,力求获得弥散细小针状的 C3硬化相 ,深扎在奥氏体基体中北京科技大学采用轧制白口铸铁抛丸机叶片 ,通过高温轧制变形 ,使白口铸铁的网状化物破碎武汉机械工艺研究所采用14 %～16 70Cr 、118 %～212 的抗磨铸铁,耐磨性是高锰钢的 HRC62～66 ,金相组织为回火马氏体龙江省机械工业研究所采用铬硼白口抗磨铸铁抛丸机叶片 HRC65～68 东北大学采用稀土低铬多元合金耐磨铸铁抛丸机叶片 HRC55 洛阳工学院采用接近共晶成分的20 17%Cr 两种抛丸机叶片 ,采用定向凝固铸造工艺和改进的热处理工艺 ,前者使用寿 670h,后者为 380h 有人研究了外叶片的倾斜方向与倾角对抛丸器运动力学参数和叶片所受压力的影种低铬铸铁抛丸机叶片的失效分析和对比有人研究抛丸机叶片的磨损及曲面叶片的优点大连铁道学院研究了《抛丸机高铬白口铸铁叶片的 SiCa复合变质处理》; 湖北工学院《高铬铸铁抛丸机叶片研制》采用半金属型的 17 %Cr 、313 的高铬铁叶片,使用寿命 400 小时改变碳化物的分布、形态和基体组织 ,获得抗磨性较好的贝氏体抗磨铸铁 ,硬度为 HRC48 ～55 ,寿命是中铬白口铸铁抛丸机叶片的天津大学《抛丸机叶片磨损失效分析和金相组织的影响》; 上海工业大学《高铬铸铁抛丸机叶片的研究》,研究了以铜、锰复合代钼制造高铬铸铁抛丸机叶片 ,叶片工作面采用激冷工艺 ,使工作面晶粒细、硬度高

2 叶片失效机理

抛丸对叶片的磨损,按磨损机理为一次加载下的冲击断裂机制高应力磨料磨损 2200R/min 的高速 ,将抛丸抛向叶片丸的抛射能力为70～80m/ 120kg/min 能力冲击叶片,使叶片断裂
磨损分三个阶段:第一阶段为予磨阶段初装入抛丸,刚转运时 ,由于叶片表面较硬磨损量极微。但马上到第二阶段 ,这一阶段为过渡阶段 ,由于受抛丸的冲击和高应力磨 ,这一阶段失重较大,几乎与磨程呈线性关 ,此时叶片出口端有凹坑。第三阶段为磨断阶段 ,这一阶段失重趋于稳定 ,再磨损因受较大冲击力,沿凹坑处断裂在叶片的入口端,由于叶轮输入的大量 120kg/min 数量铁丸一面弹跳,一面沿着叶片表面向外滑动由于惯性转动力,使铁丸紧压在叶片上 ,造成铁丸对叶片的磨削 ,愈靠近出口端 ,惯性转动力愈大 ,铁丸对叶片的磨削作用也愈强 ,在出 ,叶片还与一定数量的乱散射的反弹铁丸相撞 ,此时叶片与铁丸的相对速度要比入口端大得多 ,较后在出口端磨出深沟 ,沿深沟断裂 ,而组织是由基体和碳化物组成。基体的作用是支撑碳化物去抵抗抛丸的冲击和高应力磨损 ,减少碳化物的剥落和碎裂 ,发挥碳化物的抗磨损作用碳化物的作用是抵抗抛丸的冲击和高应力磨损 ,而凸出于基体之上叶片磨损失效的主要原因是,叶片在抛丸的冲击下 1000)产生裂再在碳化物与基体的界面上产生裂纹失去支撑,从而易被陆续而来的抛丸冲裂及剥落

3化学成分的选择
化学成分的选择,必须保证基体有较高的硬度和足够的韧性。选取马氏体其硬度比奥氏体大马氏体的硬度为HV 800。选取的碳化物必须是其硬度为HV1700-1800

化学成分的选择 ,应结合实际情况用剩余的轴承钢,较大限度的降低成本 :低铬铸铁的含碳量愈多,碳化物含量愈多 ,硬度愈高 ,抗磨性愈好 ,但铸铁的韧性下降 210%增加到 315 ,碳化物含量可从 25 %增加到 40 含碳量过低,铸造性能不好 Si:硅一般是从原料中代入的 ,要将含硅量控制在较低的范围也是很困难的。硅可以作脱氧剂用低于015 低于018 ,铸造性能不好。提高硅可以提高马氏体转变温度 ,有利于获得马氏体分布在碳化物中,可提高硬度 ,可细化碳化物,改善韧性 Mo:铸铁中的钼 ,一部分进入碳化物部分溶于奥氏体中,溶入奥氏体中的钼高淬透性。钼昂贵 ,可用 Mn 代替部分钼 0115%以下。随着 Re 的增加 ,叶片的硬度和 AK 值增加 ,有利于抗磨通过金相组织可看出 Re能细化晶粒改善晶界质量,减少晶间夹杂物 ,改变碳化物的形貌 ,由原来的连续网状转变为断续网状或孤立状,这就会大大减少碳化物对马氏体基体的剥裂作用 ,提高韧性 ,增加抗磨性

表4、铸铁的成分
4熔炼
115t工频炉熔炼 ,和熔炼合金钢一样进行操作熔化期:加起重块、炉料 Cr、Mo 合金熔化造渣,取样分析还原期:脱氧 ,Mn 、Si 1550出炉 ,配料方案见表5 、12种配料方案，机械性能基本相同
5热处理
叶片获得较佳硬度的热处理等温淬火加回火 Re铸铁获得马氏 ,同时要避免开裂,在低温区冷却速度要小于油

表5 配料方案
叶片不宜在含有大量奥氏体的铸态下使 ,而应采用适当的热处理方法,使基体以马氏体为主 ,残余奥氏体应小于25%

6、机械性能

冲击试样用砂型铸造 ,不开槽口 ,试样尺 10mm10mm 55mm 跨度为40mm HRU—150AT 型光学洛氏硬度计测定 HRC Re铸铁的机械性能铸造车间以铸态试样 HRC 验收 ,热处理车间以热处理试样 HRC 验收机械性能,如表6