摘要：試製一種低Cr Re抗磨鑄鐵拋丸機葉片 ,代替青島鑄造機械有限（xiàn）公司的葉片 新葉片的硬度HRC 62 ,衝擊值 AK 可代（dài）替購買的拋丸機配件葉片,每年為工廠（chǎng）節省 70 多（duō）萬人（rén）民幣
關鍵詞（cí）拋丸機（jī） 葉片 Cr 鑄鐵（tiě） Cr Ni鑄鐵 Cr Mo鑄鐵 Cr Re鑄鐵
0 引言（yán）
哈爾濱車輛廠1999 年（nián）承擔國家分配的 檢修客貨車 5000 多輛的任務 ,舊（jiù）機車檢修前 需在拋丸室內進行車皮的去（qù）漆 ,工（gōng）廠客解體 、主裝三車間拋丸室 ,承擔（dān）此項任務 皮開進拋（pāo）丸室,拋丸室內前後各 台上下錯開。利用高速回（huí）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（wán）機葉片都購自青島鑄（zhù）機廠 ,每年（nián） 工廠為此要多付出 70 多萬（wàn）元 ,自己有電爐、工頻爐但自（zì）己（jǐ）不熔煉。
今年工廠開（kāi）始熔製葉片材料,*先（xiān）選取（qǔ） Cr17Mo3Cu 抗磨鑄鐵 ,不太理想 ,一方麵此種 鑄鐵成本太高；另一方麵忽略了它的熱處理。
不能 Cr17Mo3Cu的硬度 HRC53～59 與拋丸的硬度 相差不多 HRC45) ,使（shǐ）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（le）諸（zhū）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（shǐ）用青島鑄機廠的葉 ,還包（bāo）括（kuò）護板、拋頭前後蓋 、葉輪 、弧形護 、結合（hé）盤等,用量和耗資都（dōu）很大
1、國內概況
111 青島（dǎo）鑄機廠概況
青島（dǎo）鑄機廠70 年代初 ,根據拋丸機（jī）易損 件葉片（piàn） 、上下（xià）磨耗板等壽命低,更換頻 ,浪費大量（liàng）金屬（shǔ）材料,而且增加輔助工（gōng）時 影響生產效率（lǜ）的特點,與一（yī）機部鑄鍛機械研 究所一起 ,經過大（dà）量（liàng）的試驗研究和較長期的 生產（chǎn）實踐 ,確認低鉻 —稀土白口鑄鐵是（shì）一種 較理想（xiǎng）的抗磨材料
80年代中 ,青島鑄機廠對抗磨白口（kǒu）鑄鐵 又重新進行（háng）了選擇（zé） 。1985 年針對承受拋（pāo）丸 機易損件 ,進（jìn）行了試驗 ,試驗采用 Cr15Mo3Cu 高鉻白口鑄鐵（tiě） 。在衝擊（jī）磨（mó）損完全相同（tóng）的工（gōng）況 、鑄態（tài）時效和淬火回火後的拋丸機葉片進行（háng）了對比試驗 在進（jìn）行裂紋擴展速度的試驗後確認 對承受劇烈反複（fù）衝擊載荷的葉片 ,不（bú）宜在含有（yǒu）大量奧氏體的鑄態下使用 而應（yīng）采用（yòng）適當（dāng）的熱處理方法,使基體以馬氏 體為主 ,殘留奧氏體（tǐ）應控製在 25 %以下
90年代以後 ,青島（dǎo）鑄機廠重（chóng）點研究了稀 土元素對鉻（gè）係抗磨鑄鐵的影響 。1997 加入Re 元素（sù）後 ,能夠提高低鉻抗磨鑄 鐵的（de）硬度 ,而且趨於均勻 ,硬度差在 HRC3以（yǐ）內 。衝擊韌（rèn）性由原（yuán）來的4126j/cm2 提高（gāo）到6132j/cm2。加入Re 元素後，能改變碳化物形貌 ,增加抗磨性 ,處理後葉片的磨損率僅 為處理前的四分之一 。青島（dǎo）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（rèn）公司材（cái）料研究所測定如表（biǎo）3
表3 青島鑄機有（yǒu）限公司葉片測定
112其它 1999 10日進行（háng）了國內檢索資料 查詢 ,根據上述檢索詞及分類（lèi） ,在中（zhōng）文 20 數據庫及相關刊（kān）物上（shàng）,查到（dào）文獻 87 ,其中與本課（kè）題密切相關的文獻 25 西安（ān）交（jiāo）大對15Cr 碳化物任意排列的馬 氏體（tǐ）白口鑄（zhù）鐵和（hé）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（duì）抗磨白口鑄鐵生產工藝做了大（dà）量工作 ,認（rèn）為 提高鑄鐵韌性的主要（yào）因素是采用（yòng）綜合變質處理 ,即淨化鐵水改善晶界冶（yě）金質量 加強冷（lěng）卻,減少夾雜物 ,加強鑄件充分 補（bǔ）縮是提高（gāo）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（tā）是以受衝擊的高應力磨料磨損為主 ,為提高葉片的壽（shòu）命 宜選用奧氏體基體的（de）高鉻鑄鐵,力求獲得彌 散細小針狀的 C3硬化相 ,深紮在奧氏 體基體中 北京科技大學采用軋製白（bái）口鑄鐵拋（pāo）丸（wán）機葉片（piàn） ,通過高溫軋製（zhì）變形 ,使白口（kǒu）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（de）抗磨鑄鐵,耐磨性是（shì）高 錳鋼的 HRC62～66 ,金（jīn）相組織為回火馬氏體 龍江省機械工業研究所采用鉻硼白（bái）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（tiě）拋（pāo）丸機葉片 HRC55 洛（luò）陽（yáng）工學院采用接近共晶成分（fèn）的20 17%Cr 兩種拋丸機（jī）葉（yè）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,後者為 380h 有人研究了外葉片的傾斜方向與傾（qīng）角對 拋丸器運動力學參（cān）數和葉片所受壓力的影 種（zhǒng）低鉻鑄鐵拋丸機（jī）葉片的失效分析和對比 有人（rén）研究拋丸機葉（yè）片（piàn）的磨損及曲麵葉片的優點 大連鐵道（dào）學院研究了《拋（pāo）丸機高鉻白口鑄（zhù）鐵葉片的 SiCa複合（hé）變（biàn）質處理》; 湖北工學院《高 鉻鑄鐵拋丸機葉片研製》采用半金（jīn）屬型的 17 %Cr 、313 的高鉻鐵（tiě）葉片,使用壽命 400 小（xiǎo）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（bèi）氏（shì）體抗磨鑄鐵 ,硬度為（wéi） 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（xiǎng）》; 上海工業大（dà）學《高鉻鑄 鐵拋丸（wán）機葉片的研究》,研究了以（yǐ）銅 、錳（měng）複合 代鉬製造高鉻鑄（zhù）鐵拋丸機葉（yè）片 ,葉片工作麵 采用激冷工藝 ,使工作麵晶粒細 、硬度高
2 葉片失效機理
拋丸對葉片的磨損,按磨損機（jī）理為一次 加載下的衝擊斷裂機製高應力磨料磨損 2200R/min 的高速 ,將拋丸拋向葉（yè）片 丸的拋射能力為70～80m/ 120kg/min 能（néng）力衝擊葉片,使葉片斷裂
磨損（sǔn）分三個階段:第一階段（duàn）為予磨階段 初裝（zhuāng）入拋丸,剛轉（zhuǎn）運時 ,由於葉（yè）片（piàn）表麵較硬 磨損量極微。但馬上到第二階段 ,這一階段（duàn） 為過渡階段 ,由於受拋丸的衝（chōng）擊和高應力磨 ,這一階（jiē）段失重較大,幾乎與磨程呈線性（xìng）關 ,此時葉片出口端有凹坑。第三階段（duàn）為磨 斷階段 ,這一階段失重趨於穩（wěn）定 ,再磨損因受 較大衝擊力,沿凹坑處斷裂（liè） 在葉（yè）片（piàn）的入口端,由於葉（yè）輪輸入的大量 120kg/min 數（shù）量 鐵丸一麵彈跳,一麵（miàn）沿著葉片表麵向外滑動 由於慣性轉動力,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（dà） ,鐵丸對葉（yè）片的（de）磨（mó）削作用也愈（yù）強 ,在出（chū） ,葉片還與一定數量的亂散射的反彈鐵丸相撞 ,此（cǐ）時葉片與鐵丸的相對速度要比入 口端大得（dé）多 ,較後在出口端磨出深溝 ,沿深溝 斷裂 ,而組織是（shì）由（yóu）基體和碳化物組成。基體（tǐ）的 作（zuò）用是支撐碳化物去抵抗拋丸的衝擊和高應 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（pāo）丸（wán）的衝擊和高應力磨損 ,而凸出於基體（tǐ）之上 葉片（piàn）磨損失效（xiào）的主要原因是,葉片在拋 丸的衝擊下 1000)產生裂 再在碳化物與基體的界（jiè）麵上產生裂紋 失去支撐,從而易被陸續而（ér）來的拋丸（wán）衝裂及 剝落（luò）
3化學（xué）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（shì）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（jì）情（qíng）況 用剩餘的軸承鋼,較大限度（dù）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（hǎo） ,但鑄鐵的韌性 下降 210%增加到 315 ,碳化（huà）物含量可從 25 %增（zēng）加到 40 含碳量過低,鑄造性能不好 Si:矽一般是從原料中代入的 ,要將含（hán）矽 量控製（zhì）在較低的範圍也是很困難的 。矽可以 作（zuò）脫氧劑用 低於015 低於018 ,鑄造性能不好。提高矽（guī） 可（kě）以提（tí）高馬氏體轉變溫度 ,有利於獲得馬氏體 分布在碳（tàn）化物中,可（kě）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（rù）碳化（huà）物 部分溶於奧氏體（tǐ）中（zhōng）,溶入奧氏體（tǐ）中的（de）鉬 高淬透（tòu）性。鉬昂貴（guì） ,可用 Mn 代替部分鉬 0115%以下 。隨著 Re 的增加 ,葉片的硬度（dù）和 AK 值增加 ,有利於抗磨 通過金相組織（zhī）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（de）剝裂作用 ,提高韌性 ,增加（jiā）抗磨性
表4、鑄鐵的成分
4熔（róng）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（chū）爐 ,配料方案見表5 、12種配料（liào）方案，機械（xiè）性能基本相同
5熱處理
葉片獲得較（jiào）佳硬度的熱處理（lǐ）等溫淬火加回火 Re鑄鐵獲得馬氏 ,同時要避免開裂,在低溫（wēn）區冷卻速度要小於油
表5 配料方（fāng）案（àn）
葉片（piàn）不宜（yí）在含有大量奧氏體的（de）鑄態下（xià）使 ,而應采用適當的（de）熱（rè）處理方法,使基（jī）體以（yǐ）馬 氏體為主 ,殘餘奧（ào）氏體應小於25%
6、機械性能
衝擊試樣（yàng）用砂型鑄造 ,不開槽口 ,試樣尺（chǐ） 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（xiè）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
表6 ，機械性能
表7、加過濾網後的性能
加過濾網（wǎng）後 HRC 均勻 加（jiā）過濾網（wǎng）後 AK 有較大提（tí）高 AK提（tí）高的明（míng）顯 提高（gāo）20 度提高的不明顯為5～10 Mo後硬度提高的明（míng）顯
7、金相組織
金相組織用Neophot 型光學顯微鏡進行測定（dìng） Cr、Re 相同的條件下 含量增加,如圖1-4
圖1-4
8結（jié）論
選用低Cr Re鑄鐵的拋丸機（jī）葉 ,可以代（dài）替購入的青島鑄機廠葉片,為工廠 節省一筆資金 新材料的抗（kàng）磨能力,每片可以 30台車 ,稍微改進後可以（yǐ）超過青鑄機廠葉 新材料葉片鑄態HRC51 ～58 熱處理後HRC62～68 中間加加強筋（jīn） ,改變葉片受力曲線 使用Re 可提高 HRC ,
2018-04-12
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