提高大負荷拋（pāo）丸機葉片壽命的研究

摘要：研製（zhì）了奧氏體基休高鉻鑄鐵葉片和（hé）消除其顯微縮鬆、提高了大（dà）拋丸量拋丸機葉片壽命的措施
關鍵詞：高鉻鑄鐵葉片奧氏體（tǐ）基體
通過對大拋丸量拋丸機葉片的工況（kuàng）和失效（xiào）分析,為（wéi）提高其葉片壽命,采用調整合金成分,輔以（yǐ）B十V+Re一（yī）is複合孕育工藝和（hé）應用激冷及串法澆注及消（xiāo）除鑄造（zào）缺陷,以獲（huò）得低碳高鉻（gè）奧氏體鑄鐵。
一、試驗情況與結果
鐵水用60kg酸性中頻感應電爐（lú）熔煉。為接近（jìn）生產實際,用（yòng）高鉻鑄鐵葉片回爐料作爐料,用低碳鉻鐵及廢俐調整合金成份。用快速熱電偶（ǒu）測定爐前出鐵溫度為1550~1600OC,澆注溫度為1450~1500℃。
采用（yòng）煤粉（fěn）粘土砂型鑄造,型內放HT20一40冷鐵或自製石墨板激冷。衝擊試塊尺（chǐ）寸為20x20x
110mm,在JB308衝擊試驗機上作衝擊（jī）試驗。用（yòng）B十V十.1Re一siFe複合（hé）孕育,其加（jiā）入量(%)為:B0.06~0。08,V0.1~0.5,i,Re一51一（yī）Fe0.3~0.6。試驗結果:鑄（zhù）態衝擊試塊性能及分（fèn）析（xī）見表l,其金（jīn）相組織（zhī）見圖1.激冷鑄態衝擊試塊性能及分（fèn）析見表2,金相組織見圖（tú）2~3
表1鑄態衝擊試塊性能及分（fèn）析
四組試塊均為同一爐鐵水,故（gù）化學成分、金相組織同 表2激冷鑄態（tài）衝擊試塊性能（néng）及分（fèn）析（xī）


圖1顯微組織：奧氏休十共晶碳化物,鑄態,非激冷,橫向,8%硝酸酒精腐（fǔ）蝕x500
圖2顯微組織（zhī）:奧氏休+碳（tàn）化物,鑄態、激（jī）冷、縱向8%硝酸（suān）酒精腐蝕x532
圖3顯微組織:奧氏體十碳化物（wù）鑄（zhù）態、激冷、橫向8%硝酸酒精腐蝕x532

二、討論（lùn）
(一)B+V+Re一iS複合孕育作（zuò）用
B和Si都能（néng）減少熔體中C的含量,使初生奧氏體前沿的C濃度增加,造成鐵液（yè）中C的原子集團數增多（duō）,從而使（shǐ）碳化物的生長核心增多,有利於碳化物的細（xì）化。Re具（jù）有細化初生奧氏體因而（ér）有細化碳化（huà）物的作用。Re還能使共晶轉變的相對（duì）過冷度增加（jiā）,共晶凝固範圍增大,改變亞共晶程度大（dà）的高鉻鑄鐵的凝固方式（shì）,能（néng）使高鉻鑄鐵的碳化物趨於（yú）孤立分布。B在固溶體中的溶解度很小,常在晶界偏（piān）聚或析（xī）出（chū）。Re能降低固溶體的晶界（jiè）能,在晶界也有相當的富集,從而對B在晶（jīng）界析出產生重要的影響（xiǎng）,抑製B在晶界析出可能造成的脆（cuì）化現象。據（jù）資料1[〕介紹:單獨用B變質（zhì）處理,鑄鐵的抗磨性提高,但韌性（xìng）較低,用.1Re一iS一Fe變質處理,雖（suī）韌性提（tí）高（gāo）幅度（dù）較（jiào）大,但因iS含量增加,使抗磨性受影響。B和.1稀土矽鐵（tiě）複合（hé）,利用（yòng）兩者細（xì）化組織（zhī）的長處,以相（xiàng）互彌（mí）補各自的不足。並匹配一定量的V,(它是（shì）有效的碳化物穩定元素（sù）),能增加共晶碳化物的硬度,細化柱（zhù）狀組織,增加激冷（lěng）效應,起彌散強化作用,使碳化物（wù）斷（duàn）網,從而提高抗磨性和衝擊韌性。VC在白口鑄鐵中呈孤立的球形,和基體的內聚結合力強,顯微硬度高達（dá）HV28。。。綜上所述,www91選用Re一B一y複合變質工藝,其較佳匹配量為:B0.06~0.08%,Re一Si一（yī）Fe0.3~0.86%(加入量),VO.1~0.3%,取得鑄態試塊的衝擊值8一16)J/cm²和硬度HRC5~57的良好性能。顯然,www91的變質工藝對材質（zhì）韌性的提高效果是顯著的。其金相組織見圖1~3。由（yóu）圖可見,碳化物呈孤立分布。
對（duì）於奧氏體基體高鉻（gè）鑄鐵,因（yīn）Re元素平均原子半徑比Fe大25%,溶於奧（ào）氏體提高了奧氏體在加工硬化前和加工硬化後的顯微硬度,從而強化了（le）基體和增加了基體硬化能力,所以鑄（zhù）態奧氏體顯微硬度較高,使宏觀硬度也提高。當采用激冷（lěng）工藝時,奧氏體中Re的含（hán）量（liàng）會有所增加,上述現象就更明（míng）顯。



(二（èr）)激冷的影響
1、對成分設計的影響

拋丸（wán）葉片不宜選用出現一次碳化物而（ér）使耐（nài）磨性和機械性能降低的過共晶成分,而且即使選用共品成分,在大拋（pāo）丸量時,也會（huì）引起嚴重早期脆斷。某廠曾試製兩爐葉（yè）片,壽命都很短。分析結果表明（míng）:都是因為含碳量高,而引起早期（qī）脆斷（duàn）,碳量為3.4~3.6%出現粗大的一次碳（tàn）化物如圖4所示,裝機試驗葉片壽命很短。所以選用亞共晶程（chéng）度（dù）稍大（dà）的合金成分,在采（cǎi）用激冷工藝時,則合金的亞共晶程度應更大些,所以www91選用含碳量在2.4~2.8%範圍內。
圖（tú）4、8%硝酸酒精腐蝕x532金（jīn）相組織、回火馬氏體+碳化物
Cr/C值是高鉻鑄鐵的主要參數。鑄鐵中的鉻以碳化物和固溶於（yú）奧氏體兩種形式（shì）存在。Cr/C<5
時,隨著（zhe）比值的減小,(Fe,Cr),C:型碳化物被(Fe,Cr):C型逐步取代,奧氏體中含鉻量（liàng）相應減少,其穩定性（xìng）降低。當Cr/C>5時,碳（tàn）化物以（yǐ）(Fe,Cr),C:型存在,奧氏體中含鉻（gè）量增加,穩定性增大,有利於得到鑄態全奧氏體（tǐ）基體組織。采用激冷會使碳化物中的含（hán）鉻量降低,從而增加奧氏體中的含鉻量,進一步提高其穩定性,更利於獲得鑄態（tài）奧氏（shì）體基體。但過大的Cr/C值（zhí）,意味著（zhe）鑄鐵含碳量的降低,碳化物數量減少或含鉻量過多,導致鑄件耐磨性及（jí）機械性能下降。在砂（shā）型`鑄造時,Cr/C值選5一6,而（ér）在激冷情況下,需相應降低碳的含（hán）量,Cr/C比值選用6~7。
2.對葉片（piàn）內部質量的影響
提高（gāo）高鉻（gè）鑄（zhù）鐵的結晶冷卻速度,使鐵（tiě）水的過冷度增加、結晶核心（xīn）增多、鑄鐵組織（zhī）細化和不連續的(Fe,Cr),C。型共晶碳化物分散度加大（dà）,尺寸（cùn）細化,數量增（zēng）加,致使亞共晶鑄鐵的初生奧（ào）氏體（tǐ）細（xì）化。
從Fe一Cr一C三元狀態圖可知,高（gāo）鉻鑄鐵的共品反應大約在30OC的溫度範圍內進行,亞共晶（jīng）鑄鐵隨著含（hán）碳量減少（shǎo）,固液相線溫度間隔加大,因此（cǐ）高鉻鑄鐵有著嚴重的糊狀凝固趨勢,這就使得鑄件有形成分散縮孔和析出性氣（qì）孔（kǒng）的傾向。這個傾向隨共晶度的減小而增大。根（gēn）據（jù）鑄件凝固理論,鑄件的凝固方式是由合金本身的特性,液固相線間距、結晶溫度範圍tc和濤（tāo）件的溫（wēn）度降δt所決定的。
△tc/δt<1時,鑄件的（de）凝固趨於逐層凝（níng）固（gù）。加（jiā）強鑄型的導熱,使鑄件溫度降增大（dà）,即（jí）使△tc/δt減小（xiǎo）,鑄件就可能由糊狀凝固方式改變為中間或逐層凝固,合（hé）金的晶間縮鬆傾向顯著減小（xiǎo）,合金密度增大。激（jī）冷皮濤件的密度由7.52g/cm³增至7.62g/cm³,孔洞率低了1.3%,鑄件的致密性和健全性大大提高。
3.激冷對鑄造工藝的要求
應用激冷提高葉片壽命,國內某鑄造機械廠對激（jī）冷葉片進（jìn）行了研究,已（yǐ）成功地用於生產。但在（zài）某鑄造機械（xiè）廠初試階段,因激冷產生的“花臉（liǎn）”鑄造缺陷對葉（yè）片壽命影響很（hěn）大。為此www91對激冷所產生的表麵缺陷進行了分析,認為缺陷是由於激冷使鐵水的（de）流動性降低所致。在（zài）觀（guān）察充型（xíng）過（guò）程中發現,“花臉”鑄造（zào）缺陷的形成如圖5所示（shì）。為（wéi）了改變充（chōng）型方式（shì）以消除這種缺陷,www91進行了平做斜澆試驗,結果鑄造缺陷明顯減輕。若把（bǎ）葉片的鑄造工藝改為立澆時,這種“花臉”缺陷有希（xī）望得到完全消除。
圖5花臉缺（quē）陷的形成過（guò）程
把激（jī）冷應（yīng）用於葉片生產時（shí）,需對澆注溫（wēn）度進行嚴格（gé）控（kòng）製。若澆注溫度過高,將減弱冷鐵的激冷作用（yòng）;澆（jiāo）注溫度過低（dī）時會產生（shēng）充型（xíng）不足,得不（bú）到完整的鑄件。為縮短澆注一批鑄件延續的時間,宜采（cǎi）用串法。若用磁型（xíng）生產線生產拋丸葉片可能更為理想。
參考文獻
〔1〕王兆昌、韓（hán）福（fú）生:B與Re一51變質處理對高Cr一Mn白口鑄鐵的組織及性能的影響,《鑄造》,〔8)1985: