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提高拋丸機葉片耐用性的途徑

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摘要:分析了軋輥拋丸機葉片失敏的原因,指出了提高葉片耐用性的有效途徑,在此基礎上試制出的葉片.其使用壽命由6天提高到4O天以上.
關鍵詞:拋丸機 葉片 失效 耐用性
1 引言
攀鋼冷軋廠軋輥拋丸機是軋輥表面噴丸毛化的關鍵設備,在使用過程中,故障率較高,其中較重要的原因之一就是其拋丸器內葉片磨損更換過于頻繁,有時因葉片突然斷裂造成軋輥表面及拋丸機損壞,對正常生產造成一定的影響。因此,分析拋丸機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{丹葉片表面滑動或滾動,隨著彈丸向前運動,滑動或滾動壓力逐漸增大。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,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重,磨損較快。此外 ,在出口端,葉片還以很高的相對速度與數量可觀的反彈彈丸相沖擊,加速了出口端處的磨損 。

通常拋丸機用彈丸有鐵丸、鋼丸和鋼絲丸三種。使用不同的彈丸時,葉片表現出不同的失效形式,下面就使用3種不同彈丸使用后的葉片進行失效分析,具體取樣部位見圖1 LJ]。葉片的化學成分為(% );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,見照片。 在葉片上取樣的部位

圖1 在葉片上取樣的部位 葉片金相組織(珠光體+共晶萊氏體)x200 3%硝酸酒精腐蝕
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,由于鐵丸的硬度較高,并易碎裂成多角形,形成銳利的尖角,在葉片上的運動以滑動為主,因而切削作用嚴重,磨面上有較深的擦痕。在掃描電鏡下對入口端試樣的磨損面進行低倍觀察時【 ,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,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,也可看到有大量裂紋。分析認為,在使用鐵丸時,葉片主要是受切削磨損。在彈丸反復沖擊下造成輕微裂紋,引起材料的一定剝落。提高葉片材質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,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。在掃描電鏡下對入口端的試樣進行低倍觀察,可看到磨損面上有成批的橫向波紋,波紋垂直于彈丸的運動方向。分析認為,在使用鋼丸時,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,經測試鑄鐵彈丸比鋼絲彈丸對葉片的磨損快9倍左右,數據見表1 。

文獻[4]指出,使用鋼絲丸時,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的剩丸,換上鋼絲丸,同時卸下葉片稱量。再裝上葉片拋丸58h,測量鋼絲丸對葉片的磨耗率。用這套葉片依次做白口鐵丸和鑄鋼丸對葉片的磨耗率,數據見表2“ 。
兩種彈丸對葉片的套損數據
表l 兩種彈丸對葉片的套損數據
不同彈丸對葉片的套損數據
表2 不同彈丸對葉片的套損數據


分析認為:在使用鋼絲丸時,鋼絲丸圓鈍、質軟和易變形,在葉片上運動主要為滑動,接觸面積較大,葉片所受切削和i巾擊均較弱,磨面上擦痕和剝落均輕微。葉片與鋼絲丸組成一對特殊的摩擦付,鋼絲丸在葉片工作面上運動,同時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
拋丸機葉片根據所使用彈丸類型不同而表現出不同的失效形式,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、拋射速度等有關工作參數基本不變的條件下,應全面提高葉片材質的耐磨性和強韌性,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)確定葉片適宜材質和化學成分、組織和熱處理等制造工藝,使葉片材質具有合適的基體硬度、抗磨相和強韌配合,從而提高葉片的抗磨削能力,并滿足裝機安全生產要求。
(2)改進葉片鑄造工藝,提高葉片的表面
質量和內部質量。葉片表面質量差將造成表面磨損不均勻引起在使用過程中重量差超標,這對正常運行極為不利,會加速葉片的失效。同時由于葉片的表面質量關系到初始耐用性,因而必需提高其表面質量。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,嚴重降低葉片的耐用性。因此,減少葉片內部缺陷,提高其內部質量,提高葉片的致密度等對葉片耐用性提
高極為有利。
(3)采用定向凝固技術。控制碳化物生長方向垂直于磨面有利于提高葉片的耐用性。控制碳化物以纖維狀定向排列,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板的耐用性。
(4)嚴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(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個葉片的各片重量差≤5g,因此鑄造工藝必需要達到這一技術指標,以滿足葉片裝機和高速運行的安全要求。在上述分析的基礎上試制出的葉片,同等使用條件下壽命超過40天,而目前國內一般廠家(包括攀鋼)軋輥拋丸機葉片使用壽命僅6天左右。
4 結論
(1)拋丸機葉片,在使用鐵丸時,主要受切削磨損,其剝落輕微,耐用性差;在使用鑄鋼丸時,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,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確定葉片適宜材質和化學成分、組織及熱處理等制造工藝;@改進葉片鑄造工藝,提高葉片的表面質量和內部質量I③采用定向凝固技術,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 嚴格控制葉片的尺寸精度和重量精度。
參考文獻
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