上海通用東岳動力總成有限公司 （山東煙臺 264006） 薛達奇

低貝鋼丸是國際上通用的低碳鋼丸的升級品。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，從而使鋼丸獲得最佳的材質(zhì)。不同材質(zhì)鋼丸的化學成分和金相組織見表1。

項目 高碳鋼丸 普通低碳鋼丸 低貝鋼丸化學成分︵質(zhì)量分數(shù)， ︶C 0.85～1.20 0.08～0.20 0.08～0.20 Si 0.40～1.20 0.10～2.00 0.10～0.25 Mn 0.35～1.20 0.35～1.50 0.35～1.50 S ≤0.05 ≤0.05 ≤0.03 P ≤0.05 ≤0.05 ≤0.03合金元素 無 無Cr、Mo、B、Al、Cu等硬度HRC 40～50 32～38 42～48金相組織回火馬氏體 馬氏體組織 馬氏體和貝氏體的復相組織%

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+低溫回火工藝，對淬火冷卻介質(zhì)和溫度進行了特別控制，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），沿晶界會產(chǎn)生非常大的切向力，鋼丸在拋打過程中極易破碎；低貝鋼丸是復相組織，組織結構非常致密，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)較高碳鋼丸有大幅提升。

圖1 高碳鋼丸與低貝鋼丸金相組織

低貝鋼丸硬度為42～48HRC。硬度是鋼丸工作過程中的關鍵性能，對工作效率及消耗具有很大的影響。鋼丸的顯微組織狀態(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，從而具有更長的使用壽命。

圖2為硬度與清理效率的關系，圖3為硬度與反彈性的關系。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，硬度過高時鋼丸的抗沖擊性能非常差，容易產(chǎn)生內(nèi)部應力集中，拋丸過程中易破碎，無法滿足清理高效率的要求，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，從而也影響清理效率。以上兩種情況都無法把鑄件表面清理干凈，因此只有硬度適中，鑄件拋丸過程中才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。

圖3 硬度與反彈性的關系

3.壽命是鋼丸綜合性能的體現(xiàn)

在拋丸清理中，鋼丸是一個逐漸磨損的過程，在反復的沖擊過程中，每次沖擊鋼丸會發(fā)生一次形變，表面會脫落一層。鋼丸外形近似于多邊形，每一個角度對鑄件的沖擊效果是相等的，在使用中鋼丸會不斷變小。高質(zhì)量的鋼丸變小的過程緩慢，低質(zhì)量的鋼丸變小的速度很快。

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小。

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、低貝鋼丸進行殘留量對比試驗，結果見表2、圖4。

表2 鋼丸消耗殘留量統(tǒng)計 （g）

圖4 鋼丸消耗殘留量對比

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

選定兩臺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，開始生產(chǎn)試驗。

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鋼丸混合比（見圖5）情況加料，保證拋丸清理在最佳的混合比狀態(tài)下進行，分別記錄兩臺拋丸機每天添加鋼丸的數(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)量進行匯總，得出最終試驗數(shù)據(jù)（見表3）。

由數(shù)據(jù)分析可得，低貝鋼丸比普通鋼丸消耗降低了41%，在拋丸清理過程中大幅減少了鋼丸消耗，降低了清理成本。

圖5 不同粒度磨料混合比

表3 最終試驗數(shù)據(jù)

三、結語

（1）低貝鋼丸內(nèi)部組織致密（晶粒細化），拋丸過程中逐步破碎，使用壽命延長，消耗降低。

（2）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，鋼丸的清理效率大幅提升。