[发明专利]中碳合金铸钢丸及其制造方法

说明书

技术领域

一种中碳合金铸钢丸及其制造方法，属于金属磨料技术领域，具体涉及一种适用于钢材、铸件、锻件、热处理件的表面抛丸、喷丸清理和强化的中碳合金铸钢丸及其制造方法。

背景技术

目前铸钢丸广泛应用于机械、造船、汽车、飞机及集装箱制造业零部件的表面清理、除锈、去漆及强化。随着航天、航空及特殊领域对结构件表面质量要求的日益提高以及人们的环境保护意识的增强，特种钢丸的研究开发是近年来研究的热点。原来用酸洗处理的大量钢件，目前大部分改为用抛喷丸清理代替以减少废酸和污水等的排放，使抛喷丸清理用铸钢丸的用量进一步增加。目前，国内外使用的铸钢丸产品主要有低碳和高碳两大类。高碳铸钢丸因含碳量高(0.8-1.2wt.％C)，经离心或雾化成丸后冷却到室温形成高碳片状马氏体组织，并产生大量裂纹，虽经再次加热淬火和回火处理，裂纹仍会存在，因而脆性大，不耐冲击，在表面抛丸、喷砂清理和喷丸强化过程中容易破碎，耗损量大。低碳铸钢丸含碳量低(小于0.2wt.％C)，韧性高，但硬度低，不耐磨，而且由于熔点高，钢液流动性差，收缩大，造成钢丸疏松和空心缺陷多，尽管通过100％替代法测定的ERVIN循环寿命比高碳钢丸高，但在钢件清理时由于低碳铸钢丸硬度低，清理效率低，清理时间长，清理相同量的钢件实际所消耗的低碳钢丸并没有减少，有时反而会增加。容易破碎和磨损的钢丸在继续抛打的过程中还会产生粉尘，使被清理钢件的表面清洁度降低。在进行喷丸强化处理提高疲劳强度时，破碎的高碳钢丸还会划伤工件的表面而使疲劳强度降低。中国专利200910016072.4公开了一种中碳铸钢丸，其原料组成为碳0.35-0.65％，硅0-0.3％，锰0.35-1.5％，磷0-0.05％，硫0-0.05％，其余为铁。相应的，其制备方法中，半成品铸态中碳铸钢丸加热温度为820-860℃，水冷淬火后回火温度为150-550℃。实验发现，通过该工艺中较高温度回火时，制备的中碳铸钢丸硬度较低；当采用较低温度回火时，硬度高但韧性明显不足，循环使用寿命短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种既具有高硬度，又可避免在离心成型和加热淬火过程中产生裂纹，韧性高的中碳合金铸钢丸及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该中碳合金铸钢丸，其特征在于其化学成分按质量百分比计为：碳0.35-0.45％，硅0-0.2％，锰0.45-0.5％，铬0.8-1.2％，硫0-0.015％，磷0-0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。

优选的，所述原料组合物按下列质量百分比配比：碳：0.35％、硅：0.11％、锰：0.45％、铬：1.2％、硫：0.015％、磷：0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。

该中碳合金铸钢丸的制造方法，其特征在于：采用如下工艺步骤制造：

1.1配料：将原料组合物按上述质量百分比配比

1.2熔炼：将配比好的原料组合物熔炼成钢水，倒入中间包，采用脱氧剂脱氧；

1.3离心成型法成丸：将脱氧后的钢水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铸态钢丸；

1.4热处理：将成型的铸态钢丸加热到860-880℃保持20-40分钟后水冷淬火，然后在350-500℃下进行回火处理40-80分钟，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸；或将成型的铸态钢丸直接加热到350-500℃保持40-80分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

所述原料组合物在中频感应炉或电弧炉中进行熔炼。

所述脱氧剂为铝或含铝复合脱氧剂。

优选的，所述热处理工艺是将成型的铸态钢丸加热到860℃保持40分钟后水冷淬火，然后在400℃下进行回火处理60分钟，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

优选的，所述热处理工艺将成型的铸态钢丸直接加热到500℃保持50分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

铬是一种碳化物形成元素，与碳生成(Cr，Fe)3C型合金渗碳体，具有较高的硬度和热稳定性。当它以颗粒状弥散性分布在金属基体上时，能大大提高材料的强度、韧性和耐磨性。因此，在原料中加入Cr元素可有效提高铸钢丸的使用寿命。