一種高硬度強化鋼丸及其製備方法與流程

2023-07-20 09:54:56 2

本發明涉及一種金屬產品及其製備方法，尤其是一種高硬度強化鋼丸及其製備方法。

背景技術：

我國目前生產和使用的鋼丸、鑄鋼丸或強化鋼丸等產品，其生產工藝主要有三種：一是通過溶煉廢鋼後，再加入一定其它成份，將鋼水進行霧化或離心方式造粒，專業術語稱「鑄鋼丸」；二是回收社會廢舊鋼絲(礦山機械、油田設備和廢舊輪胎裡)，進行切段，專業術語稱「鋼絲切丸」。三是用新鋼絲冷拉拔，酸洗磷化熱處理，切割而成，專業術語稱「強化鋼絲切丸/強化鋼丸」。前兩種方式所得的鋼丸，其主要缺陷為元素比例不易控制，且硬度偏差大。同時，鋼丸的密度、表面形狀偏差也很大，這類鋼丸還容易產生空心和表面微裂紋等現象。因此這類鋼丸產品在拋丸或噴丸過程中，耐衝擊性和耐摩擦性低，容易破碎，使用壽命短。特別是用於高強度鋼材的拋丸清理及強化處理時，如用於飛機製造、航空航天、汽車、摩託車、造船、傳動機械、彈簧製造等行業的金屬表面處理，缺點尤為突出，無法滿足改變工件表面應力狀態、工件表面硬化、提高零件的耐磨性和抗疲勞強度等工藝要求。

第三種「強化鋼絲切丸/強化鋼丸」，雖然有較好的材質一致性、硬度偏差小、耐磨性好，但是無法滿足現在一些高端工業零部件更高的性能要求，即由於鋼丸硬度≤HV670±HV30，低於金屬表面硬度，達不到金屬表面強化後的壓應力要求，無法進一步提高金屬的疲勞壽命。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於克服了現有的強化鋼丸硬度低於某些高端金屬硬度、無法在金屬表層和次表層產生壓應力等缺陷，提供了一種具有高於金屬表面硬度，使金屬表層和次表層產生壓應力、從而提高金屬的疲勞使用壽命的技術；元素比例一致性高、密度高、硬度高、顆粒尺寸一致性高，並且適用於高端工件表面處理的高硬度強化鋼丸及其製備方法。

本發明通過下述技術方案解決上述技術問題：

本發明的高硬度強化鋼丸包括下述組分：碳0.85-0.95％，錳0.30-0.60％，矽0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，鐵補足重量百分比至100％。

本發明一較佳實施例中，所述的高硬度強化鋼丸由下述組分組成：碳0.85-0.95％，錳0.30-0.60％，矽0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，餘量為鐵；百分比為重量百分比。

根據本領域常識，本發明的高硬度強化鋼丸中不可避免地含有雜質。

所述的高硬度強化鋼丸載荷下測定的平均硬度基本上為HV670。

所述的高硬度強化鋼丸載荷下測定的硬度偏差範圍基本上為±30HV。

所述的高硬度強化鋼丸的最小密度基本上≥7.8克/每立方釐米。

所述的高硬度強化鋼丸的顆粒尺寸偏差基本上為±0.02毫米。

所述的高硬度強化鋼丸一般可為圓柱形-CW；橢圓形-G1；準球形-G2或球形-G3。

本發明的高硬度強化鋼丸主要用於金屬表面處理的拋丸(Blasting)和噴丸(Shot peeng)，尤其是用於高端金屬表面的強化。

本發明還提供了所述的高硬度強化鋼丸的製備方法，其包括下述工藝步驟：

(1)將組分與本發明的高硬度強化鋼丸一致的鋼材，冷拉拔，酸洗，熱處理，拉絲，切割；

(2)篩分，即得；或經表面磨圓強化，篩分，形選，即得。

其中，所述的組分與本發明的高硬度強化鋼丸一致的鋼材包括下述組分：碳0.85-0.95％，錳0.30-0.60％，矽0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，鐵補足重量百分比至100％。較佳地，所述的組分與本發明的高硬度強化鋼丸一致的鋼材由下述組分組成：碳0.85-0.95％，錳0.30-0.60％，矽0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，餘量為鐵，百分比為重量百分比。

其中，所述的鋼材較佳的為經冷軋或熱軋的線材或盤條。

其中，所述的冷拉拔參照本領域常規冷拉拔方法進行，較佳地重複進行3-5道。

其中，所述的酸洗參照本領域常規的酸洗方法進行。

其中，所述的熱處理參照本領域常規的熱處理方法進行，較佳的為真空等溫退火熱處理，從而降低線材或盤條的強度，不至於在拉絲過程中斷絲。

其中，所述的拉絲參照本領域常規的拉絲方法進行，較佳地為按照產品規格要求，再經過5-15道的冷拉拔，拉成尺寸在0.3-2.0毫米之間的鋼絲。

其中，所述的切割參照本領域常規的切割方法進行，較佳地將鋼絲切割成與直徑一致的圓柱體。

其中，所述的表面磨圓強化採用本領域常規的表面磨圓強化方法，用磨圓強化設備對圓柱體切段進行撞擊磨圓並使表面硬度提高，達到提高硬度的強化結果。

其中，所述的形選採用本領域常規的形選方法，用形選設備，對篩分後的強化鋼丸進行形狀的選擇。

其中，所述的篩分參照本領域常規的篩分方法，較佳地按照高硬度強化鋼丸的尺寸規格要求，進行2-3次篩分。

較佳地，將上述步驟中製得的高硬度強化鋼丸進行檢測後包裝入庫。其中，所述的檢測一般為硬度、密度、粒度大小中的一種或多種。

本發明中，上述優選條件可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的原料和試劑均市售可得。

本發明的積極進步效果在於：

1、本發明的高硬度強化鋼丸克服了現有的強化鋼丸硬度低於某些高端金屬硬度、無法在金屬表層和次表層產生壓應力等缺陷，提供了一種具有高於金屬表面硬度，使金屬表層和次表層產生壓應力、從而提高金屬的疲勞使用壽命的技術。

2、本發明的高硬度強化鋼丸採用元素成份比例與高硬度強化鋼丸一致的冷軋或熱軋線材或盤條為原料生產而成，因此高硬度強化鋼丸的元素比例一致性高，密度高、硬度偏差比較小、顆粒尺寸一致性高、表面硬度高，特別適用於高端工件的表面處理。

3、通過本發明的製備方法生產得到的高硬度強化鋼丸不會出現空心，以及表面或隱性裂紋現象，表面形狀一致性好。

具體實施方式

下面用實施例來進一步說明本發明，但本發明並不受其限制。

高硬度強化鋼丸按照形狀可以分為四類：

圓柱形-CW；橢圓形-G1；準球形-G2；球形-G3。

下述實施例中篩分的方法為用稱重精度不低於0.1克的天平稱出被測高硬度強化鋼丸1000克，然後放在第一層篩網中過篩，收集殘留在篩網上的高硬度強化鋼丸，稱重計算出佔總樣重量的百分比；然後再將第一層篩網通過的高硬度強化鋼丸放入第二層篩網過篩，收集殘留在第二層篩網上的高硬度強化鋼丸，稱重計算出佔總樣重量的百分比；然後再將第二層篩網通過的高硬度強化鋼丸放入第三層篩網過篩，收集殘留在第三層篩網上的高硬度強化鋼丸，稱重計算出佔總樣重量的百分比；最後收集第三層通過的高硬度強化鋼丸，稱重計算出佔總樣重量的百分比，即得出尺寸分布比例。整個測試過程可以放在三篩重疊的振動篩上一次性測試。

(1)第一層篩網：篩網孔徑為高硬度強化鋼丸的公稱尺寸+0.1毫米；

(2)第二層篩網：篩網孔徑為高硬度強化鋼丸的公稱尺寸，即公稱尺寸±0.0毫米；

(3)第三層篩網：篩網孔徑為高硬度強化鋼丸的公稱尺寸-0.1毫米；

(4)高硬度強化鋼丸放大25倍目測，去除表面形狀不規則的產品，不合格率≤0.3％。

例如：測定公稱尺寸為1.0毫米高硬度強化鋼丸尺寸分布比例用標準篩網三個，第一層篩網孔徑為1.1毫米，第二層篩網孔徑為1.0毫米，第三層篩網孔徑為0.9毫米，底部放無孔容器。

第一、二、三層篩網的殘留率和通過率的測試方法為：

第X篩的殘留率：經過第X篩網篩選後，留在第X篩網上的殘餘量佔總樣重量的百分比。

最後通過率：經過三層篩網篩選後，最後被篩選下去的殘餘量佔總樣重量的百分比。

高硬度強化鋼丸硬度檢測的方法為：隨機取50粒高硬度強化鋼丸，進行冷鑲嵌制樣塊，然後用磨拋機磨至高硬度強化鋼丸公稱直徑的三分之一處，然後拋光，拋光面用3％的硝酸酒精溶液擦拭，從處理好的拋光面上選取不低於20個強化鋼丸，按照GB/T 4340.1-1999標準測試其維氏硬度，直徑0.3毫米及以下的高硬度強化鋼丸載荷為4.9035N(HV0.5)，0.4-2.0毫米的高硬度強化鋼丸載荷為9.807N(HV1)，每個高硬度強化鋼丸檢測一次，20個硬度值相加後取算數平均值，並且其任何測試值必須在規定的硬度範圍內。

高硬度強化鋼丸密度檢測的方法為：酒精置換法。使用100毫升的量杯，倒入50毫升的酒精，加入100克的高硬度強化鋼丸，記下液面升高的高度值，將經酒精置換後表示出來的鋼丸體積除鋼丸的重量，就得到了鋼丸的近似密度。

表面磨圓強化的方法為：將圓柱體切段以90-120米/秒的初速度拋射出，經過0.3-0.5米的距離後撞擊設備護板，根據反覆撞擊強化時間的不同控制強化形狀和硬度。

強化具體時間為：CW-0分鐘；G1-30-50分鐘；G2-50-80分鐘；G3-80-100分鐘。

下述各實施例中，除另有說明的以外，所述的百分比皆為重量百分比。

實施例1

原料：線材中元素成分比例按重量百分比組成為碳0.85-0.95％，錳0.30-0.60％，矽0.15-0.3％，硫0.01-0.02％和磷0.01-0.02％，鐵補足重量百分比至100％。

製備方法：

1、根據上述原料要求進行選料，將線材冷拉拔3道，經過酸洗和兩次特殊真空退火熱處理，得半成品鋼絲；

2、拉絲：經過5-15道的冷拉，拉成0.3-2.0毫米之間不同直徑的鋼絲；其硬度範圍為HV650±30HV。

3、切割：用切絲機將鋼絲切割成與直徑一致的圓柱體切段，剪切截面要求平整、無毛刺、無拖尾。

4、篩分：對於不同的鋼丸的公稱尺寸進行篩分。篩分的公稱尺寸為0.2～2毫米。

5、進行硬度、密度和粒度大小檢測。

由此製得的圓柱形的高硬度強化鋼丸的組分重量比為：碳0.85-0.95％，錳0.30-0.60％，矽0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，鐵補足重量百分比至100％。

高硬度強化鋼丸的尺寸分布比例數據見表1，鋼丸的最後通過率為≤0.6％。高硬度強化鋼丸的標準公稱尺寸範圍：0.30-2.00毫米。高硬度強化鋼丸的硬度等級和硬度範圍見表2，性能數據見表3。

表1

表2

表3

本發明的高硬度強化鋼丸克服了現有的強化鋼丸硬度低於某些高端金屬硬度、無法在金屬表層和次表層產生壓應力等缺陷，提供了一種具有高於金屬表面硬度，使金屬表層和次表層產生壓應力、從而提高金屬的疲勞使用壽命的技術。

實施例1中的製得的強化鋼丸的尺寸偏差、硬度偏差都很小。經過肉眼或顯微鏡放大觀察，鋼丸表面沒有裂紋現象，表面形狀差異小。稱重後證實製得的強化鋼丸都是實心的，沒有空心現象。