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第 1 卷
2013 年
3 月刊
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第 1 卷- 2013 年 3 月刊
高性能低贝磨料在工件表面清理和强化中的应用



电弧炉炼钢


精炼炉精炼


钢丸


钢砂


低贝磨料无裂纹等缺陷


高倍放大的金相组织


表一


表二


低贝钢丸慢慢变小的过程

随着工业化进程的不断发展,机械制造业对工件的表面质量和性能要求越来越高,相应的对工件的表面处理的质量要求也在提高,金属磨料作为工件表面处理的主要材料,其性能的高低也显得越来越重要。

一、传统金属磨料的发展概况

  19世纪末,在英国出现了欧洲最早的金属弹丸工厂,二十世纪五十年代,美国开始研制和生产高碳钢丸,中国早期的金属磨料其材质是白口铸铁,白口铸铁硬度高,但是由于脆性大,易破碎,已经不能适应现代工业的要求,国内高碳钢丸的研究始于八十年代,在金属表面清理、除锈和强化等方面,逐步取代了传统的白口铸铁丸(砂)。随着应用要求的提高,中国的金属磨料行业也在不断发展,高碳钢丸的质量不断提高,但面对一些要求的应用领域时,其处理质量和寿命仍然比不上欧美市场的高质量产品,尤其人们对生产效率的要求越来越高,这就要求磨料的硬度要适当提高,在高硬度下如何保持更高的寿命是金属磨料不断研发的方向,常规的高碳磨料由于材质和工艺的局限性,加上很多生产厂家在一些关键工序的生产技术不过关,这就造成了当前中国市场使用金属磨料的现状:

1. 金属磨料的消耗量较大,工作效率低,增加了生产成本;
2. 除尘成本高,粉尘污染大;
3. 喷丸强化处理领域很难满足质量要求。

二、高性能低贝磨料的诞生

  金属磨料性能高低的关键是其材质和最终的金相组织,好的材质是获得高质量的基础,良好的金相组织则决定其能否在足够高的硬度下保持高韧性,从而使金属磨料在使用过程中具备更高的耐冲击性和动能.针对这一特性,大亚金属研制出了高性能的金属磨料 - 低贝混合磨料。

  低贝混合磨料是经过多年的应用实践积累,依托先进的冶炼装备,结合“贝氏体磨料”、“低碳钢丸”、“清理铸件专用混合磨料”等多项专利产品和技术研发而成。

  在生产过程中,采用了多项高端的技术工艺来提高磨料的性能:

1. 材质:采用电弧炉炼钢,利用电弧炉可调节成分的特性,通过脱碳、脱硫、脱磷等炼钢工艺,并增加合金元素含量等措施,使其具备优质低碳合金钢的材质,并通过造渣 - 除渣来净化钢水,减少钢水内杂质含量;钢水在电弧炉内冶炼完后,再通过精炼炉对钢水进行精炼,进一步提炼钢水,从而使形成的钢丸获得最佳的材质。
2. 外形:根据钢丸、钢砂的生产工艺,决定了其会含有少量的缺陷颗粒,例如钢丸中的空心、裂纹,钢砂中的裂纹、片状颗粒等,这些缺陷都是造成磨料消耗过大的直接因素。因此采用了高速离心成形,加上在浇铸时对成形工艺、冷却速度的精确控制,使形成的钢丸颗粒大幅降低了缺陷的比例。
   在钢砂的成形方面,采用特定尺寸的钢丸进行破碎加工,并采用了独特的破碎工艺,使形成的钢砂颗粒饱满,裂纹少,在使用过程能产生足够的动能,不易破碎。
3. 磨料的金相组织和硬度:采用了的独特的热处理工艺,使磨料获得了更耐冲击的贝氏体+马氏体复相组织,更精确的热处理温度和时间控制,使磨料的硬度更均匀。

三、高性能低贝磨料的应用优势

  低贝混合磨料在性能上与高碳钢丸及普通的低碳钢丸相比,无论是实验室数据,还是现场批量使用,都有着明显的提高。     
             
1. 欧文(Ervin)寿命试验检测:
  大亚金属用国际通用的欧文寿命试验机检测寿命对比如表一:
  试验原理:把同等粒度和硬度的高碳钢丸、低碳钢丸、低贝钢丸分别放入欧文寿命试验机内,抛打同样的次数后,用筛网筛选掉过小的颗粒,对比钢丸的残留量。
  从表一试验数据可看出,低贝磨料的寿命优于普通磨料50%以上,优于普通的低碳钢丸30%以上。

2. 实际工况下批量使用测试:
       大亚金属在国内一知名铸造企业进行批量使用的统计。
试验方法:将正常使用的抛丸机内的磨料清理彻底,加入新的普通磨料,抛打铸件一个月后统计所处理铸件重量,清理出抛丸机内的磨料称重,计算出消耗了的磨料重量,用同样的方法测试低贝磨料,进行比较,结果如表二:
由表二可看出:
①在实际使用中,低贝磨料的消耗比普通磨料节省了53.2%;
②对比抛丸机内剩余的磨料,低贝磨料粒度更大,说明变小得更慢一些;
③抛丸清理速度,即单位时间内清理的铸件量。从对抛丸时间的记算上可以得出,低贝磨料比普通磨料清理速度更快,约提高了31.7%。
由此试验可证明,低贝磨料和普通磨料相比:
①寿命是普通磨料的两倍,损耗量大幅降低;
②清理效率提高20%以上;
③相应节省了动能和人工成本;
④相应减小了对抛丸设备磨损,降低设备维护费用;
⑤粉尘小,降低除尘设备负荷;
以一个中型铸造企业为例,年生产铸件5万吨,需耗用普通高碳钢丸600吨左右,若换用低贝混合磨料,消耗量可降至300吨以下; 清理效率可提高20%以上,加上降低了设备维护、动能消耗等成本,可带来综合清理成本降低300万元以上。

3. 低贝磨料在喷丸强化方面的应用
   除了在降低成本方面的优势,低贝磨料在工件的喷丸强化方面也有着独特的优势,主要包括以下几方面:
• 硬度:具备足够的硬度和硬度的一致性,保证获得更高的强化质量;
• 外形:使用中不破碎,钢丸颗粒大小和圆度的一致性更好,提升强化质量;
• 寿命:寿命越长,变小的速度越慢,能保持强化效果的稳定性,同时降低钢丸的消耗量

   针对不同的应用领域,可根据客户对表面处理质量、效率要求、设备状况等不同的因素,为客户选择最合适的磨料搭配,在很多应用领域,单一型号的磨料已经无法满足更高的要求,大亚金属的低贝混合磨料是将不同型号、硬度的低贝磨料进行合理搭配,以满足用户的综合要求。

  结论:低贝混合磨料和普通高碳磨料相比较,
• 质量:能够满足更高的表面处理质量要求;
• 寿命:是普通磨料的两倍以上,能直接节省用户的磨料采购成本;
• 效率:比普通磨料提升20%以上,能大幅节省动能、人工等成本;
• 环保:产生的粉尘少,降低了粉尘排放和除尘成本,改善了作业环境。

     因此,大亚金属倡导大力推广和发展低贝磨料,为船舶、汽车、集装箱制造以及桥梁、钢结构、铸造等各大行业节约能耗,降低排放,节约资源,促进建立资源节约型、环境友好型社会,符合调整经济结构和转变发展方式的形势和要求,有利于促进高新技术产业和先进制造业发展。



淄博大亚金属科技股份有限公司
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