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铸件抛丸清理用钢丝切丸欧文寿命测定及磨损失效分析

文章出处:未知 编辑:抛丸机发表时间:2018-7-14 10:30:21 浏览人数:1084,1,0
摘要:测定了铸件抛丸清理用钢丝切丸的化学成分、密度及硬度, 观察了金相组织, 用 100 %替代法测定了 ERVIN 循环寿命,并分析了钢丝切丸的磨损过程。 结果表明, ERVIN 寿命试验机可以模拟实际抛丸清理过程, 测得的 ERVIN 循环寿命是金属磨料性能的一个重要评价指标, 为正确选用金属磨料提供可靠依据。

 美国汽车工程师协会 SAE J441 钢丝切丸标准[ 1]及中华人民共和国机械行业 JB/ T 8354-1996 钢丝丸标准[ 2],对钢丝切丸的种类、型号 、化学成分、硬度、金相组织、密度、抗拉强度和检验方法作了规定 ,但没有涉及到磨料的使用寿命 , 且国内对钢丝切丸的研究主要集中在抛丸清理应用领域[ 3 ~ 5]。在实际使用过程中即使同时达到 JB/ T 8354-1996 钢丝丸标准的钢丝切丸,有时使用寿命相差可达 30 %, 导致使用者无法直观判定磨料优劣 。通过查阅国内外相关文献 ,未见关于钢丝切丸寿命测定的报道。为引导抛丸清理使用者正确地选用磨料 ,本文研究了钢丝切丸的成分、密度、硬度和金相组织, 并着重通过 E RV IN 寿命试验机[ 6]采用 100 %替代法测定了钢丝切丸的 E RVIN 寿命,分析了钢丝切丸的磨损过程 。

1 、试验方法试验材料:
   提供的直径 1 .0 mm 钢丝切丸, 此钢丝切丸是利用废汽车轮胎圈口钢丝, 经拔丝、切割、脱胶 、筛分及包装制成。分别用 721 分光光度计及碳硫分析仪、岛津 M 型显微硬度计、无水酒精法测定试样的成分 、硬度及密度;用尼康光学金相显微镜观察金相组织;用山东金属磨料股份有限企业引进的美国 ERVIN 金属磨料寿命试验机(E rvin Test Machine),按美国汽车工程协会金属磨料机械性能测试 SA E J445A 标准中规定的100 %替代法进行 ERV IN 循环寿命的测定[ 7]。用100 %替代法测定时 , 向 ERV IN 寿命试验机中加入100 g 钢丝切丸 , 磨料以 61 m/ s 的速度抛打到转动的靶上,500 次循环后取出磨料,用 0 .3 mm 筛子筛分并记录重量损失 , 再补加新钢丝切丸, 使加入总量达到100 g , 重新装入实验机重复上述步骤 , 直到累积重量损失超过 100 g 时,停止试验 ,并按公式:ERVIN 循环寿命(次数)=[ 总循环次数 -(每次测试次数/最后损失%)×(累计损耗%-100)] 计算寿命, 采用低倍观察方法 ,分析钢丝切丸的磨损过程 。

2 、试验结果与分析:
2 .1、钢丝切丸的成分 、密度 、硬度及金相组织1 .0 mm 钢丝切丸 , 粒度分布均匀 , 无异型 , 表面光洁无锈 。化学成分、密度和硬度测定结果见表 1 。金相显微镜下没有观察到气孔 、疏松 、裂纹等缺陷, 显微组织为形变珠光体 +形变铁素体, 也称为索氏体组织,见图 1 。含碳量为 0 .664 %的亚共析钢, 是由珠光体+铁素体组织组成的钢丝切丸, 经锻造、冷拔处理后, 其内部的气孔 、疏松等被锻合 , 等轴珠光体与铁素体晶粒发生转动 , 晶界迁移 ,取向与拉伸轴方向一致, 组织出现方向性[ 8], 由于大量位错钉扎 , 出现大量小角度晶界, 使相界及晶界变的杂乱, 见图 1a 、b 。由于经过冷拔 , 珠光体发生形变 ,珠光体的层片间距减小 , 渗碳体变薄 , 容易同铁素体一起形变而不脆断, 塑性和韧性提高 , 同时相界面也增大 , 塑性变形抗力增大 ,强度 、硬度提高 ,所以冷拔钢丝切丸具有很好的抗磨性。
表 1  钢丝切丸化学成分、密度和硬度测定结果

图 1 循环 100 次后的钢丝切丸的金相组织

2 .2 、钢丝切丸 ERV IN 寿命测定结果及分析:
  100 %替代法 ERV IN 寿命的测定结果见表 2 ,ERV IN 循环寿命次数为 4 085 次 , 表征实际铸件或钢材抛丸清理作业中, 清理设备底仓中的钢丝切丸完全消耗 、并替换一次,磨损后 0 .3 mm 以下的颗粒及粉尘被分离系统除去, 钢丝切丸的重复使用次数 。可见ERV IN 循环寿命是抛丸磨料性能的一个重要评价技术指标。
表 2  钢丝切丸 100 %替换法 ERVIN 寿命测定结果

表 2  钢丝切丸 100 %替换法 ERVIN 寿命测定结果

 向E RVIN 寿命试验机中加入 100 g 钢丝切丸 ,经1 000 次 、2 000 次循环后 , 取出磨料 , 用 0 .6 mm 筛子筛分并观察磨损形貌 ,见图 2 。其中图 2a 为磨损前形貌,图 2b 为经过 1 000 次循环后 ,钢丝切丸磨损比较均匀 ,由柱状变为圆形;图 2c 为经过 2 000 次循环后,颗粒进一步磨损 ,部分颗粒磨损严重,这是由于随着循环使用的增加, 同一颗粒多次受到挤压与冲击 ,当达到一定的使用次数时,发生低周疲劳,局部屈服 ,导致表层裂纹产生 ,表层刮擦剥落 。图2d 为2 000 次循环后筛下的破碎磨损颗粒。抛丸清理过程中,钢丝切丸以 50 ~ 80m/ s 的速度冲击工件 , 1/ 2 mv2动能(冲击功)的一部分用来清理表面,另一部分被自身吸取,导致自身磨损。
图 2  ERVIN 寿命测定钢丝切丸磨损形貌 (×1 .5)

3 、结论:
  (1)钢丝切丸的化学成分 w(%)为 :0 .664 C 、0 .279 Si 、0 .920 M n 、0 .023 S 、0 .025 P ;密度为 7 .8 g/cm3,硬度为 52 HRC , 金相组织为形变珠光体 +形变铁素体。
  (2)钢丝切丸 100 %替代法 ERVIN 循环寿命为4 085次 , 表征实际钢材抛丸清理操作中每粒钢丝切丸可使用 4 085 次。
  (3)1 .0 mm 钢丝切丸硬度适中 、密度较高 ,在整个磨损过程中颗粒都比较均匀 ,不易破碎 ,寿命较高,钢丝切丸是理想的抛丸清理、喷丸强化的金属磨料 。
本文来源青岛华盛泰抛丸机:/jishu/1084.html
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