提高拋丸機(jī)葉片耐用性的途徑

摘要：分析了軋輥拋丸機(jī)葉片失敏的原因，指出了提高葉片耐用性的有效途徑，在此基礎(chǔ)上試制出的葉片．其使用壽命由6天提高到4O天以上．
關(guān)鍵詞：拋丸機(jī) 葉片 失效 耐用性
1 引言
攀鋼冷軋廠軋輥拋丸機(jī)是軋輥表面噴丸毛化的關(guān)鍵設(shè)備，在使用過(guò)程中，故障率較高，其中較重要的原因之一就是其拋丸器內(nèi)葉片磨損更換過(guò)于頻繁，有時(shí)因葉片突然斷裂造成軋輥表面及拋丸機(jī)損壞，對(duì)正常生產(chǎn)造成一定的影響。因此，分析拋丸機(jī)葉片的失效形式和研究提高其耐用性很有必要。
2 葉片失效分析
葉片承接、攜帶以一定角度和速度輸送到葉片上的彈丸，并將彈丸沿葉片表面加速，直至以一定的方向射出 葉片在工作過(guò)程中受彈丸的j中擊和磨削，使其耐用性較差，使用壽命僅為6天。

葉片入口端承接彈丸，此處主要受彈丸的j中擊。彈丸{丹葉片表面滑動(dòng)或滾動(dòng)，隨著彈丸向前運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)或滾動(dòng)壓力逐漸增大。彈丸由于受哥氏慣性力的作用而緊壓在葉片上，越接近葉片出口端，哥氏慣性力越大 同時(shí)，在離心力的作用下，彈丸在葉片上不斷加速，較后以很高的速度由出口端射出，因此葉片出口端所受到的切削作用較嚴(yán)重，磨損較快。此外 ，在出口端，葉片還以很高的相對(duì)速度與數(shù)量可觀的反彈彈丸相沖擊，加速了出口端處的磨損 。

通常拋丸機(jī)用彈丸有鐵丸、鋼丸和鋼絲丸三種。使用不同的彈丸時(shí)，葉片表現(xiàn)出不同的失效形式，下面就使用3種不同彈丸使用后的葉片進(jìn)行失效分析，具體取樣部位見(jiàn)圖1 LJ]。葉片的化學(xué)成分為(% )；C3．64l，sj1．04，M nO．565，P0．025，SO．023，V 0．013，Ti< 0．01，Ni 0．085，Cu 0．118，M o 0．038，5．60，RE 0．085}使用前葉片的金相組織為珠光體+共晶萊氏體，見(jiàn)照片。

圖1 在葉片上取樣的部位
照片：葉片金相組織(珠光體+共晶萊氏體)x200 3%硝酸酒精腐蝕
2．1 使用鐵丸

在使用鐵丸時(shí)，由于鐵丸的硬度較高，并易碎裂成多角形，形成銳利的尖角，在葉片上的運(yùn)動(dòng)以滑動(dòng)為主，因而切削作用嚴(yán)重，磨面上有較深的擦痕。在掃描電鏡下對(duì)入口端試樣的磨損面進(jìn)行低倍觀察時(shí)【 ，可看到磨損面上布滿了大量由彈丸沖擊造成的凹坑。在高倍下觀察時(shí)，看到在凹坑中存在著許多顯微裂紋，井在邊緣有凸起的翻邊，磨面基體上有大量裂紋，觀察出口端試樣時(shí)，也可看到有大量裂紋。分析認(rèn)為，在使用鐵丸時(shí)，葉片主要是受切削磨損。在彈丸反復(fù)沖擊下造成輕微裂紋，引起材料的一定剝落。提高葉片材質(zhì)的硬度和適量殘余奧氏體，有利于耐用性的提高。
2．2 使用鋼丸
在使用鋼丸時(shí)，由于鋼丸的硬度較低，不易碎裂，能保持圓鈍的外形，在葉片上以沖擊、滾動(dòng)為主，所以在這種情況下葉片所受的磨削作用較弱，磨面上局部裂紋較多而擦痕輕微。在掃描電鏡下對(duì)入口端的試樣進(jìn)行低倍觀察，可看到磨損面上有成批的橫向波紋，波紋垂直于彈丸的運(yùn)動(dòng)方向。分析認(rèn)為，在使用鋼丸時(shí)，主要是造成局部裂紋，從而引起材料剝落；切削所起的作用較輕微。改善基體的韌性能有效地提高耐用性
2．3 使用鋼絲丸
在使用鋼絲彈丸時(shí)，經(jīng)測(cè)試鑄鐵彈丸比鋼絲彈丸對(duì)葉片的磨損快9倍左右，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 。

文獻(xiàn)[4]指出，使用鋼絲丸時(shí)，葉片的抗磨性比用白口鐵丸高4倍多，比用鑄鋼丸也高2～3倍。試驗(yàn)采用同一套葉片，先拋丸28h，將葉片表層磨去，然后徹底清除滾筒內(nèi)的剩丸，換上鋼絲丸，同時(shí)卸下葉片稱量。再裝上葉片拋丸58h，測(cè)量鋼絲丸對(duì)葉片的磨耗率。用這套葉片依次做白口鐵丸和鑄鋼丸對(duì)葉片的磨耗率，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2“ 。

表l 兩種彈丸對(duì)葉片的套損數(shù)據(jù)

表2 不同彈丸對(duì)葉片的套損數(shù)據(jù)


分析認(rèn)為：在使用鋼絲丸時(shí)，鋼絲丸圓鈍、質(zhì)軟和易變形，在葉片上運(yùn)動(dòng)主要為滑動(dòng)，接觸面積較大，葉片所受切削和i巾?yè)艟^弱，磨面上擦痕和剝落均輕微。葉片與鋼絲丸組成一對(duì)特殊的摩擦付，鋼絲丸在葉片工作面上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)引起彈丸本身和葉片的磨損。彈丸愈硬，葉片愈軟，葉片磨損愈快。葉片和彈丸材料性能的合適調(diào)配能有效地提高葉片的耐用性。

3 提高葉片耐用性的有效途徑
拋丸機(jī)葉片根據(jù)所使用彈丸類型不同而表現(xiàn)出不同的失效形式，從而具有不同的耐用性。在具體工況如彈丸的種類、大小、硬度、尖角程度、拋射速度等有關(guān)工作參數(shù)基本不變的條件下，應(yīng)全面提高葉片材質(zhì)的耐磨性和強(qiáng)韌性，以獲得高的抗磨削能力和抗剝落能力，使葉片的耐用性提高。具體途徑如下：
(1)確定葉片適宜材質(zhì)和化學(xué)成分、組織和熱處理等制造工藝，使葉片材質(zhì)具有合適的基體硬度、抗磨相和強(qiáng)韌配合，從而提高葉片的抗磨削能力，并滿足裝機(jī)安全生產(chǎn)要求。
(2)改進(jìn)葉片鑄造工藝，提高葉片的表面
質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。葉片表面質(zhì)量差將造成表面磨損不均勻引起在使用過(guò)程中重量差超標(biāo)，這對(duì)正常運(yùn)行極為不利，會(huì)加速葉片的失效。同時(shí)由于葉片的表面質(zhì)量關(guān)系到初始耐用性，因而必需提高其表面質(zhì)量。另外，從更換下的葉片表面上，可以明顯看到，葉片上存在不同深度的局部小凹坑、孔洞等由內(nèi)部缺陷造成的薄弱部位，且分布極不均勻，這些部位往往很早被磨出深溝，嚴(yán)重降低葉片的耐用性。因此，減少葉片內(nèi)部缺陷，提高其內(nèi)部質(zhì)量，提高葉片的致密度等對(duì)葉片耐用性提
高極為有利。
(3)采用定向凝固技術(shù)?？刂铺蓟锷L(zhǎng)方向垂直于磨面有利于提高葉片的耐用性?？刂铺蓟镆岳w維狀定向排列，取與纖維相垂直或成一定角度的面為磨損面，這樣碳化物不易碎裂，減少碳化物從基體中剝落，從而提高耐用性I另外，由于碳化物不同的晶面上有不同的性能 因而，控制碳化物纖維足寸和碳化物纖維方向，更有利于提高葉片及護(hù)板的耐用性。
(4)嚴(yán)格控制葉片的尺寸精度和重量精度。由于葉片靠尺寸配合卡在葉輪上，在大拋丸量(360kg／min)和高速旋轉(zhuǎn)(2300r／min)的條件下使用，因此必須保證葉片尺寸和重量精度，且每組8個(gè)葉片的各片重量差≤5g，因此鑄造工藝必需要達(dá)到這一技術(shù)指標(biāo)，以滿足葉片裝機(jī)和高速運(yùn)行的安全要求。在上述分析的基礎(chǔ)上試制出的葉片，同等使用條件下壽命超過(guò)40天，而目前國(guó)內(nèi)一般廠家(包括攀鋼)軋輥拋丸機(jī)葉片使用壽命僅6天左右。
4 結(jié)論
(1)拋丸機(jī)葉片，在使用鐵丸時(shí)，主要受切削磨損，其剝落輕微，耐用性差；在使用鑄鋼丸時(shí)，主要是剝落失效，切削磨損輕微，耐用性稍好}在使用鋼絲丸時(shí)，剝落和切削磨損均較輕，耐用性較高。
(2)提高葉片耐用性的有效途徑為：①確定葉片適宜材質(zhì)和化學(xué)成分、組織及熱處理等制造工藝；@改進(jìn)葉片鑄造工藝，提高葉片的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量I③采用定向凝固技術(shù)，控制碳化物方向使其垂直于磨面，有利于提高葉片的耐用性I④ 嚴(yán)格控制葉片的尺寸精度和重量精度。
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