离心法生产铸钢丸工艺过程研究

摘要

理想状态下高碳铸钢丸服役过程磨损失效形式应是表层脱落，缺陷的存在是导致脆性断裂的主要原因，严重影响钢丸的使用寿命。实际应用数据表明，直径为φ1.7mm左右的钢丸使用效果优，且缺陷发生率低。本课题针对离心法生产铸钢丸，对异形、气孔、裂纹、夹杂等缺陷形成机理进行分析，并在此基础上对离心法生产铸钢丸的整个工艺过程进行优化。
　　基于缺陷形成过程，综合考虑熔炼过程中气体、熔体成分及浇注温度的影响，确定钢液各元素含量(重量百分比)为 C:0.85-1.0％ Si:0.70-1.0%Mn:0.75-1.0% S≤0.035% P≤0.035%，密度为7.4g/cm3。浇注温度设置为1550-1580℃。
　　原有生产工艺浇注过程中，钢液在重力作用下直接进行浇注，由于浇包内液面变动易导致浇注流速不稳定。优化设计中引进中间限流包来稳定浇注过程，并分析了离心转盘作用下钢液糊状分裂、易出现钢液外溢、流出口堵塞、转盘开裂、气孔较多且粒度分布不集中等问题的产生原因。在此基础上，对转盘内腔结构、浇道形状及数量、转速、安装高度等方面进行了优化设计。结果表明：改进后钢液成滴状分裂，钢液外溢现象和钢液流出口堵塞问题明显减少，成丸粒度φ1.7mm左右钢丸所占数量比例超过50%，且分布更集中。气孔缺陷率在浇注同期都有所减少。转盘使用寿命增长为原来的3倍。
　　对热处理参数进行分析，并对该环节中钢丸的过热、过烧、脱碳、氧化等问题进行控制。对铸态、铸态+回火、二次淬火、二次淬火+回火工艺所得铸钢丸显微组织、硬度、欧文寿命进行了实验研究。结果表明：热处理对小粒度丸粒影响效果优于大粒度丸粒。对铸态高碳铸钢丸进行840℃二次淬火得到细小的隐晶马氏体+弥散分布的未溶碳化物以及少量残余奥氏体，成分偏析基本消除。840℃二次淬火，回火温度为100℃-650℃时，钢丸硬度逐渐降低，韧性和耐磨性能提高，面积法表征的欧文寿命不断延长。根据得到的硬度与回火参数之间的关系，可以制定出高碳铸钢丸的回火P曲线(不同回火参数下对应硬度曲线)。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 金属磨料研究现状

1.3 金属磨料制备技术现状

1.4 磨料应用现状

1.5 目前存在的问题

1.6 本课题主要研究内容

第二章 铸钢丸离心制备过程

2.1 熔炼环节

2.2 离心浇注

2.3 热处理工艺环节

2.4 其他工序

2.5 检测

第三章 缺陷及其形成机理

3.1 宏观缺陷

3.2 微观缺陷

第四章 合金熔体质量控制

4.1 对合金熔体气体的控制

4.2 其它元素控制

4.3 钢液温度的控制

第五章 浇注系统工艺优化

5.1 浇包浇口钢液流速规律分析

5.2 中间限流包设计

5.3 钢液离心转盘

5.4 转速

5.5 动力系统

5.6 离心盘距液面高度及冷却池直径

5.7 水温及其它

5.8 试验结果分析

第六章 钢丸热处理工艺研究

6.1 铸态组织分析

6.2 铸态+回火

6.3 二次淬火

6.4 二次淬火+回火

6.5 热处理工艺的保护措施

结论

致谢

参考文献

在学期间取得的研究成果