CN107841684A - 一种抛丸机用丸料及其制备工艺 - Google Patents

一种抛丸机用丸料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抛丸机用丸料及其制备工艺，涉及抛丸工艺技术领域。所述丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.24‑0.35%，Ce：0.06‑0.22%，W：0.14‑0.18%，Si：0.15‑0.25%，Mo：0.15‑0.28%，P：0.04‑0.08%，Ti：0.26‑0.38%，Cr：0.5‑0.9%，Ni：0.12‑0.22%，Al：0.11‑0.13%，Nb：0.23‑0.35%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.27‑0.37%，Nd：0.14‑0.16%，余量为铁和稀土。本发明的丸料硬度和抗冲击性较高，循环使用寿命长。

Description

一种抛丸机用丸料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及抛丸工艺技术领域，特别是涉及一种抛丸机用丸料及其制备工艺。
背景技术
抛丸是一种机械方面的表面处理工艺的名称，类似于喷砂和喷丸，其原理是用电机带动叶轮体旋转，靠离心力的作用，将丸子抛向工件的表面，使工件的表面达到一定的粗糙度，使工件变的美观，或者改变工件的焊接拉应力为压应力，提高工件的使用寿命。几乎用于机械的大多数领域，例如修造船、汽车零部件、飞机部件、枪炮坦克表面、桥梁、钢结构、玻璃、钢管等。
现有的抛丸工艺用丸料其硬度较低，且抗冲击能力较弱，在抛丸过程中，丸料会损耗较快，甚至破碎，影响对工件的抛丸质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的抛丸工艺用丸料其硬度较低，且抗冲击能力较弱，在抛丸过程中，丸料会损耗较快，甚至破碎，影响对工件的抛丸质量。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种抛丸机用丸料，所述丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.24-0.35%，Ce：0.06-0.22%，W：0.14-0.18%，Si：0.15-0.25%，Mo：0.15-0.28%，P：0.04-0.08%，Ti：0.26-0.38%，Cr：0.5-0.9%，Ni：0.12-0.22%，Al：0.11-0.13%，Nb：0.23-0.35%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.27-0.37%，Nd：0.14-0.16%，余量为铁和稀土。
技术效果：本发明中在原料中加入C和W，在熔炼时可以形成碳化钨，可以较大程度的提高丸料的硬度和耐磨性，还加入了Ti、Nb等细化晶块元素，在冶炼时可以提高丸料的韧性和强度，另外，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物作为抗冲击改性剂，可以大大改善丸料的抗冲击性，在原料中加入Cr、Si、Al等元素，在熔炼的氧化性气氛中可以很快地生成一层致密的保护膜，并牢固地附在丸料表面，提高丸料的抗冲击能力，加入了Mo、W等元素，属于VⅠB元素，可以增加钢中原子间在高温下的结合力，提高金属键的强度，提高丸料的硬度，还加入稀土元素，由于以上稀土元素的金属原子半径比铁的原子半径大，很容易填补在其晶粒及缺陷中，并生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而使晶粒细化而提高丸料的强度和韧性提高15-20%。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，所述丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.31%，Ce：0.19%，W：0.16%，Si：0.2%，Mo：0.22%，P：0.06%，Ti：0.37%，Cr：0.7%，Ni：0.17%，Al：0.12%，Nb：0.29%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.31%，Nd：0.15%，余量为铁和稀土。
一种抛丸机用丸料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a.将上述丸料的原料加入到熔炉中，将熔炉的温度设定为1600℃，将原料熔炼为合金溶液，然后利用水冷的方式将合金溶液冷却至1180℃,等待成型；
b. 将步骤a中的合金溶液浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，捞出后烘干得成型的丸料；
c. 将步骤b得到的成型的丸料进行退火处理，退火温度为835-850℃，再进行淬火处理，淬火温度为900-950℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为720-755℃，回火时间为45-60分钟，然后空冷至室温；
d. 对步骤c后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺；
e. 对步骤d得到的丸料进行氮化处理和渗C处理；
f. 对步骤e得到的丸料进行电火花强化，将碳化钨制成工具电极，将脉冲电源的正极通过电阻与工具电极连接，工具电极还与振动器连接，脉冲电源的负极与叶片半成品连接，脉冲电源释放瞬时放电能量，振动器使工具电极振动并周期性地接触丸料，并在丸料的表面旋转，当工具电极与丸料之间的间隙很小时，放电回路形成通路，在工具电极与叶片半成品互相接近的微小区域内瞬时通过电流，电流密度可达105-106A/cm2，而放电时间仅10-6-10-5秒，由于放电能量在时间上和空间上均高度集中，因此在放电的微小区域内产生了极高的高温，使该区域内的部分材料高能离子化，工具电极在等离子冶金状态下高速转移至丸料的表面，并扩散至丸料的表层，形成沉积层,得到丸料成品；
g.将步骤f中得到的成品丸料清洁包装。
前所述的制备工艺，步骤e中的氮化处理为将丸料放置于气体氮化炉中并向炉中通入 NH3，持续15小时；
前所述的制备工艺，其中，氮化炉内温度在265℃停留4小时，在475℃停留11小时。
前所述的制备工艺，步骤e中的渗C处理包括以下步骤：
（1）、将丸料放置到活性渗C介质中；
（2）、升温至600~700°淬火，保温1-2h；
（3）、降温至-70℃~-80℃回火，保温25~35min，将丸料从活性渗C介质中取出。
前所述的制备工艺，渗C处理过程中，保证活性渗C介质的含碳量远远大于丸料心部的含碳量。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中在原料熔炼成金属溶液时，采用水冷的方式降温，提高了冷却的速度，增大过冷度，来促进金属的自发形核，使金属的晶粒更细；在金属溶液结晶时加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，作为外来晶核，进行非自发形核，从而使金属晶粒细化，提高了丸料的韧性和强度；
（2）本发明中对丸料进行渗C处理，可以使C原子从丸料表面向丸料叶片内部渗透，而硬质覆膜上存在有小孔，C原子在向丸料内部渗透的过程中，C原子会残留在小孔内，堵住硬质覆膜的小孔，使硬质覆膜更加的稳定，一方面提高了丸料的强度，另一方面提高了丸料的冲击韧性和耐磨性；
（3）本发明中采用电火花强化工艺，强化层是电极和叶片材料在放电时的瞬时高温高压条件下重新合金化形成的新合金层，且结合牢固，不易发生脱落；强化时热输入量小，放电时间短，放电的端点面积小，放电的热作用只发生在叶片表面的微小区域内，叶片本体不会发生退火或者热变形；电火花强化可作用在丸料表面部分，采用碳化钨作为工具电极材料，不仅有效地提高了丸料的强度，同时也提高了丸料的耐摩擦性能，可以提高丸料的循环使用寿命。
具体实施方式
本实施例提供的一种抛丸机用丸料，丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.24-0.35%，Ce：0.06-0.22%，W：0.14-0.18%，Si：0.15-0.25%，Mo：0.15-0.28%，P：0.04-0.08%，Ti：0.26-0.38%，Cr：0.5-0.9%，Ni：0.12-0.22%，Al：0.11-0.13%，Nb：0.23-0.35%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.27-0.37%，Nd：0.14-0.16%，余量为铁和稀土。
其中，丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.31%，Ce：0.19%，W：0.16%，Si：0.2%，Mo：0.22%，P：0.06%，Ti：0.37%，Cr：0.7%，Ni：0.17%，Al：0.12%，Nb：0.29%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.31%，Nd：0.15%，余量为铁和稀土。
一种抛丸机用丸料的制备工艺，包括以下步骤：
a.将上述丸料的原料加入到熔炉中，将熔炉的温度设定为1600℃，将原料熔炼为合金溶液，然后利用水冷的方式将合金溶液冷却至1180℃,等待成型；
b. 将步骤a中的合金溶液浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，捞出后烘干得成型的丸料；
c. 将步骤b得到的成型的丸料进行退火处理，退火温度为835-850℃，再进行淬火处理，淬火温度为900-950℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为720-755℃，回火时间为45-60分钟，然后空冷至室温；
d. 对步骤c后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺；
e. 对步骤d得到的丸料进行氮化处理和渗C处理；
f. 对步骤e得到的丸料进行电火花强化，将碳化钨制成工具电极，将脉冲电源的正极通过电阻与工具电极连接，工具电极还与振动器连接，脉冲电源的负极与叶片半成品连接，脉冲电源释放瞬时放电能量，振动器使工具电极振动并周期性地接触丸料，并在丸料的表面旋转，当工具电极与丸料之间的间隙很小时，放电回路形成通路，在工具电极与叶片半成品互相接近的微小区域内瞬时通过电流，电流密度可达105-106A/cm2，而放电时间仅10-6-10-5秒，由于放电能量在时间上和空间上均高度集中，因此在放电的微小区域内产生了极高的高温，使该区域内的部分材料高能离子化，工具电极在等离子冶金状态下高速转移至丸料的表面，并扩散至丸料的表层，形成沉积层,得到丸料成品；
g.将步骤f中得到的成品丸料清洁包装。
步骤e中的氮化处理为将丸料放置于气体氮化炉中并向炉中通入 NH3，持续15小时，其中，氮化炉内温度在265℃停留4小时，在475℃停留11小时。
步骤e中的渗C处理包括以下步骤：
（1）、将丸料放置到活性渗C介质中，保证活性渗C介质的含碳量远远大于丸料心部的含碳量；
（2）、升温至600~700°淬火，保温1-2h；
（3）、降温至-70℃~-80℃回火，保温25~35min，将丸料从活性渗C介质中取出。
利用本发明的丸料组分以及制备工艺加工出的丸料与普通丸料进行对比试验，观察处理效果，试验结果测得，同时采用1Kg的重量的普通丸料和本发明丸料，普通丸料和本发明丸料的直径相同，累积循环抛丸500次时，普通丸料余量剩余87.17g，且有35%的丸料轻微破碎，本发明制得的丸料余量剩余96.56g，有4%的丸料轻微破碎，累积循环抛丸2500次时，普通丸料余量剩余78.17g，且有76%的丸料严重破碎，本发明制得的丸料余量剩余93.24g，有21%的丸料轻微破碎，对比以上数据可知，本发明的丸料在强度、硬度、耐磨性、耐冲击的特性等方面均有显著的提升。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种抛丸机用丸料，其特征在于：所述丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.24-0.35%，Ce：0.06-0.22%，W：0.14-0.18%，Si：0.15-0.25%，Mo：0.15-0.28%，P：0.04-0.08%，Ti：0.26-0.38%，Cr：0.5-0.9%，Ni：0.12-0.22%，Al：0.11-0.13%，Nb：0.23-0.35%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.27-0.37%，Nd：0.14-0.16%，余量为铁和稀土。
2.根据权利要求1所述的抛丸机用丸料，其特征在于：所述丸料的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.31%，Ce：0.19%，W：0.16%，Si：0.2%，Mo：0.22%，P：0.06%，Ti：0.37%，Cr：0.7%，Ni：0.17%，Al：0.12%，Nb：0.29%，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.31%，Nd：0.15%，余量为铁和稀土。
3.如权利要求1和2任一所述的抛丸机用丸料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a.将上述丸料的原料加入到熔炉中，将熔炉的温度设定为1600℃，将原料熔炼为合金溶液，然后利用水冷的方式将合金溶液冷却至1180℃,等待成型；
b. 将步骤a中的合金溶液浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，捞出后烘干得成型的丸料；
c. 将步骤b得到的成型的丸料进行退火处理，退火温度为835-850℃，再进行淬火处理，淬火温度为900-950℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为720-755℃，回火时间为45-60分钟，然后空冷至室温；
d. 对步骤c后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺；
e. 对步骤d得到的丸料进行氮化处理和渗C处理；
f. 对步骤e得到的丸料进行电火花强化，将碳化钨制成工具电极，将脉冲电源的正极通过电阻与工具电极连接，工具电极还与振动器连接，脉冲电源的负极与叶片半成品连接，脉冲电源释放瞬时放电能量，振动器使工具电极振动并周期性地接触丸料，并在丸料的表面旋转，当工具电极与丸料之间的间隙很小时，放电回路形成通路，在工具电极与叶片半成品互相接近的微小区域内瞬时通过电流，电流密度可达105-106A/cm2，而放电时间仅10-6-10-5秒，由于放电能量在时间上和空间上均高度集中，因此在放电的微小区域内产生了极高的高温，使该区域内的部分材料高能离子化，工具电极在等离子冶金状态下高速转移至丸料的表面，并扩散至丸料的表层，形成沉积层,得到丸料成品；
g.将步骤f中得到的成品丸料清洁包装。
4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：步骤e中的氮化处理为将丸料放置于气体氮化炉中并向炉中通入 NH3，持续15小时。
5.根据权利要求4所述的制备工艺，其特征在于：其中，氮化炉内温度在265℃停留4小时，在475℃停留11小时。
6.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：步骤e中的渗C处理包括以下步骤：
（1）、将丸料放置到活性渗C介质中；
（2）、升温至600~700°淬火，保温1-2h；
（3）、降温至-70℃~-80℃回火，保温25~35min，将丸料从活性渗C介质中取出。
7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于：渗C处理过程中，保证活性渗C介质的含碳量远远大于丸料心部的含碳量。
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