文/東岳動力 薛達(dá)奇

　　低貝鋼丸是國際上通用的低碳鋼丸的升級品。采用廢鋼為原料，經(jīng)過電弧爐精煉鋼液，并添加多種合金元素后形成的低碳合金鋼材質(zhì)的鋼丸，再通過兩次熱處理形成更耐沖擊的金相組織和更高的硬度，成為高壽命、高效率的清理磨料。為了驗證低貝鋼丸優(yōu)越的性能，下面對普通鋼丸和低貝鋼丸從工藝到生產(chǎn)試驗進(jìn)行一系列的對比分析。
　　一、工藝對比
　　1. 鋼丸材質(zhì)

　　低貝鋼丸采用電弧爐煉鋼，利用電弧爐可調(diào)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Cr、Cu等元素，顯著提高鋼丸的強度、硬度和耐磨性；通過加入Mo、Al等元素能夠細(xì)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(nèi)雜質(zhì)含量，從而使磨料獲得最佳的材質(zhì)。不同材質(zhì)鋼丸的化學(xué)成分和金相組織見表1。

2. 磨料的金相組織和硬度
低貝鋼丸采用了獨特的等溫二次淬火+低溫回火的工藝，對淬火介質(zhì)和溫度進(jìn)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(fù)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），會有沿著晶界產(chǎn)生非常大的切向力，鋼丸在拋打過程中極易破碎；低鋼丸是復(fù)相組織，組織結(jié)構(gòu)非常致密，拋打過程中鋼丸撞擊到鑄件瞬間，內(nèi)部受力是均勻的，不會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此低貝鋼丸的使用次數(shù)較高碳鋼丸有大幅度提升。

        

（a） 高碳鋼丸                                                               （b）低貝鋼丸

　 圖1 高碳鋼丸與低貝鋼丸金相組織 50ｘ
馬氏體和貝氏體的復(fù)相組織可確保高韌性、高強度。
　　低貝鋼丸硬度為42～48HRC。硬度是磨料工作過程中產(chǎn)生理想作用力的關(guān)鍵，對工作效率及消耗具有很大的影響。磨料的顯微組織狀態(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，從而具備更長的使用壽命。

圖2為硬度與清理效率的關(guān)系，圖3為硬度與反彈性的關(guān)系。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，硬度過高時鋼丸的抗沖擊性非常低，容易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力集中，拋丸過程中破碎，無法滿足清理效率，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，從而影響清理效率。以上兩種情況都無法把鑄件表面清理干凈，只有硬度適中，鑄件拋丸過程中能夠有效地清理鑄件本體，并且可以循環(huán)利用，降低鋼丸消耗，從而降低鑄件的生產(chǎn)成本。

3.壽命是磨料綜合性能的體現(xiàn)　　
　　在拋丸的過程中，磨料是一個逐漸磨損的過程，在反復(fù)的沖擊過程中，每次沖擊磨料會發(fā)生一次形變，表面會脫落一層。磨料外形近似于多邊形，每一個角度對鑄件的沖擊效果是相等的，在使用中磨料會不斷變小，小到一定程度后會被除塵器吸走。高質(zhì)量的磨料變小的過程緩慢，低質(zhì)量的磨料變小的速度很快。

由于低貝鋼丸的材質(zhì)為低碳合金鋼材質(zhì)，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?。ㄒ妶D4）。

圖4 磨損趨勢

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(jìn)行殘留量對比試驗，其結(jié)果見圖5、表2。

圖5 鋼丸消耗殘留量對比

表2 鋼丸消耗殘留量統(tǒng)計 （g）

注：以常規(guī)型號S460在投射速度為60.96m/S狀態(tài)下進(jìn)行抗疲勞測試。
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(chǎn)性試驗
　　首先選定兩臺缸體清理DISADV2—450拋丸機OP30A和OP30B，將OP30A拋丸機內(nèi)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，OP30B繼續(xù)添加普通鋼丸，調(diào)試好機器后正常生產(chǎn)，開始試驗。
后續(xù)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磨料混合比（見圖6）情況加料，保證拋丸清理在最佳的混合比狀態(tài)下進(jìn)行，分別記錄兩臺拋丸機每天添加磨料的數(shù)量和清理產(chǎn)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(chǎn)量進(jìn)行匯總，得出最終試驗數(shù)據(jù)（見表3）。

圖6 不同粒度磨料混合比

表3 最終試驗數(shù)據(jù)

由數(shù)據(jù)分析可得，低貝鋼丸比普通鋼丸消耗大幅降低，在拋丸清理過程中減少了磨料消耗，降低了清理成本。
三、結(jié)語
　?。?）低貝鋼丸內(nèi)部組織致密（晶粒細(xì)化），拋丸過程中逐步破碎，使用壽命延長，消耗降低。
　?。?）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，磨料的清理效率大幅度提升。