一种高硬度的表面处理用喷砂材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高硬度的表面处理用喷砂材料及其制备方法 (High-hardness sand blasting material for surface treatment and preparation method thereof ) 是由 颜贵生 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高硬度的表面处理用喷砂材料及其制备方法,该喷砂材料为钢砂,其重量百分比组成为：C：0.18～0.45%、Mn：0.25～0.85%、Si：0.15～0.65%、Cr：0.14～0.25％,Ni：0.05～0.12％,Mo：0.11～0.18％,Ta：0.02～0.12%,W：0.03～0.12%,S和P≤0.04%,其余为Fe及其它不可避免的杂质。本发明的喷砂材料通过精选原料组成,并优化各原料含量,选择了适当配比的化学组分,既充分发挥各自的优点,又相互补充,相互促进,降低了原料种类多引起的混合、调配不均等问题的出现概率,提升产品的质量稳定性,制得的钢砂硬度高、韧性好、耐冲击、耐磨损、使用寿命长。本发明的制备方法工艺简单,操作简便,易于生产加工,节省了人力和设备成本,利于大范围推广使用。(The invention discloses a high-hardness sand blasting material for surface treatment and a preparation method thereof, wherein the sand blasting material is steel grit and comprises the following components in percentage by weight: c: 0.18-0.45%, Mn: 0.25 to 0.85%, Si: 0.15-0.65%, Cr: 0.14 to 0.25%, Ni: 0.05-0.12%, Mo: 0.11 to 0.18%, Ta: 0.02-0.12%, W: 0.03-0.12%, S and P less than or equal to 0.04%, and the balance of Fe and other inevitable impurities. The sand blasting material disclosed by the invention is prepared by selecting raw materials, optimizing the content of each raw material and selecting chemical components in a proper proportion, so that the respective advantages are fully exerted, the mutual complementation and the mutual promotion are realized, the occurrence probability of the problems of uneven mixing and blending caused by various raw materials is reduced, the quality stability of the product is improved, and the prepared steel grit has the advantages of high hardness, good toughness, impact resistance, wear resistance and long service life. The preparation method has the advantages of simple process, simple and convenient operation, easy production and processing, labor saving and equipment cost saving, and is beneficial to large-scale popularization and application.)
技术领域
本发明涉及喷砂材料技术领域，具体涉及一种高硬度的表面处理用喷砂材料及其制备方法。
背景技术
喷砂处理，是一种工件表面处理的工艺。采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、钢砂、海砂)高速喷射到需处理工件表面，使工件表面的外表或形状发生变化。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。
钢砂是当今喷砂作业最常用的主要辅料，与之前的钢砂和矿砂相比，使用钢砂可以大幅提高喷砂作业的工作效率、降低人工成本、节约能耗、减少污染等。随着我国国家环保节能政策的不断深化，以及防腐工业的不断发展，钢砂用于喷砂作业的表面处理，越来越受到众多行业的接受和认可。同时，世界上诸多发达国家，其防腐工业发展已经达到一定的高度，喷砂作业的表面处理已经成为其必须的生产工序，因此，这道工序也是我国的众多外向型企业的日常必备。
但是，现有使用的钢砂还存在以下问题：
1、硬度低，韧性差。
2、耐磨性能差，抗冲击能力差，使用寿命短。
3、生产加工难度大，成本高，不利于推广使用。
基于上述情况，本发明提出了一种高硬度的表面处理用喷砂材料及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种高硬度的表面处理用喷砂材料，该喷砂材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，选择了适当配比的化学组分：C、Mn、Si、Cr，Ni，Mo，Ta，W、S、P、Fe，既充分发挥各自的优点，又相互补充，相互促进，减少了原材料的使用种类，优化了原料成本，降低了原料种类多引起的混合、调配不均等问题的出现概率，提升产品的质量稳定性，制得的高硬度的表面处理用喷砂材料硬度高、韧性好、耐冲击、耐磨损、使用寿命长。
本发明的目的之二在于提供一种高硬度的表面处理用喷砂材料的制备方法，该方法工艺简单，操作简便，易于生产加工，节省了人力和设备成本，利于大范围推广使用。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种高硬度的表面处理用喷砂材料，所述喷砂材料为钢砂，其重量百分比组成为：C：0.18～0.45％、Mn：0.25～0.85％、Si：0.15～0.65％、Cr：0.14～0.25％，Ni：0.05～0.12％，Mo：0.11～0.18％，Ta：0.02～0.12％，W：0.03～0.12％，S和P≤0.04％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
本发明的喷砂材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，选择了适当配比的化学组分：C、Mn、Si、Cr，Ni，Mo，Ta，W、S、P、Fe，既充分发挥各自的优点，又相互补充，相互促进，减少了原材料的使用种类，优化了原料成本，降低了原料种类多引起的混合、调配不均等问题的出现概率，提升产品的质量稳定性，制得的高硬度的表面处理用喷砂材料硬度高、韧性好、耐冲击、耐磨损、使用寿命长。
作为本发明一种优选的技术方案，其重量百分比组成为：C：0.28％、Mn：0.65％、Si：0.23％、Cr：0.18％，Ni：0.1％，Mo：0.14％，Ta：0.08％，W：0.08％，S和P为0.005％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
作为本发明一种优选的技术方案，所述钢砂呈圆球形微珠，并且其粒径的范围为10～150μm。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述钢砂包含的钢砂颗粒的粒径分布为：粒径为10～35μm的钢砂颗粒的重量比范围为1～15％，粒径为36～65μm的钢砂颗粒的重量比范围为1～30％，粒径为66～105μm的钢砂颗粒的重量比范围为1～20％，余量为粒径为106～150μm的钢砂颗粒。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述钢砂包含的钢砂颗粒的粒径分布为：粒径为10～35μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为36～65μm的钢砂颗粒的重量比为45％，粒径为66～105μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为106～150μm的钢砂颗粒的重量比为25％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述钢砂颗粒的硬度范围为65～80HV。
作为本发明一种优选的技术方案，所述钢砂的松装比重范围为3.8～4.5g/cm3。
本发明还提供一种高硬度的表面处理用喷砂材料的制备方法，包括下列步骤：
(a)将原料称量配料，并在电弧炉中熔炼成钢液；
(b)加入占钢水总重量0.25～0.45％稀土进行变质处理；
(c)将变质处理后的材料放入淬火装置中进行淬火处理，水作为淬火剂，实行中温回火；
(d)将淬火后的材料放入破碎机进行破碎，用分级破碎机对粗破碎后的材料进行分级中破碎和精破碎，破碎后的材料通过振动筛筛选颗粒度适合的材料流向下一道工序，进行筛选和收集，筛选出各个不同颗粒度型号的半成品；
(e)使用氨分解保护气充入回火炉的方式对半成品进行回火，根据产品的硬度需求设定不同的工艺温度，温度达到设定温度后进行保温；
(f)将光亮回火后得到的钢砂颗粒按照粒径分布要求放入混料机中充分混合均匀，包装后得到本发明的喷砂材料。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(b)中的稀土为FeSiMg8RE7。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤(c)中通过水泵补充水源的方式，将水温控制在35～50℃。
进一步地，步骤(a)中，工艺温度设定800℃～900℃，当原材料在电弧炉内达到工艺温度之后，保温时间设定45～75分钟。
进一步地，步骤(d)中，通过对辊式破碎机对粗破碎后的材料进行分级破碎，每一级破碎机都配备筛分系统，筛分系统将材料的颗粒度按照设定进行分流，使颗粒度合适的材料可以流向下一级破碎，同时，使颗粒度较大的材料回流上一级破碎，通过分级破碎和筛分系统的配合，实现逐级破碎，并且在最后一道筛分系统中，放置筛网，进行筛选和收集各个不同颗粒度型号的半成品。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的喷砂材料通过精选原料组成，并优化各原料含量，选择了适当配比的化学组分：C、Mn、Si、Cr，Ni，Mo，Ta，W、S、P、Fe，既充分发挥各自的优点，又相互补充，相互促进，减少了原材料的使用种类，优化了原料成本，降低了原料种类多引起的混合、调配不均等问题的出现概率，提升产品的质量稳定性，制得的高硬度的表面处理用喷砂材料硬度高、韧性好、耐冲击、耐磨损、使用寿命长。
本发明的钢砂，通过优化配方，添加了适当比例的Cr、Ni、Mo，与其他组分相互配合，淬透性得到提高，并起到良好的协同作用，弥散强化作用，抵消碳含量降低使硬度降低的不利影响，在基体中起可提高淬火、回火后的硬度，并改善韧性，提高耐冲击性和耐磨损性，能使使用寿命延长35％，达到1700～2000次。
本发明的钢砂，通过优化配方，添加了适当比例的Ta，硬度高且富有延展性，与其他组分相互配合，并起到良好的协同作用，进一步提升本发明的钢砂的韧性，同时可以在钢砂的表面形成稳定的五氧化二钽(Ta2O5)保护膜，表层不容易锈蚀，表层结构和内部结构稳定且一致，使合金钢砂具备更优的抗冲性能和耐磨性能，其损耗也随之降低。
本发明的钢砂，通过优化配方，添加了适当比例的W，硬度较高且不受空气侵蚀，与其他组分相互配合，并起到良好的协同作用，使得本发明的钢砂具有超高的硬度，耐磨性能也得到很大的提升。
本发明的钢砂在冶炼过程中加入稀土FeSiMg8RE7进行变质处理，改善了碳化物的组织结构和分布状况，热处理后网状碳化物趋近于球团状。
本发明的钢砂经过光亮回火，使用氨分解保护气和抽真空处理使钢砂表面形成抗氧化层，使产品在可以存放更长的时间。使其在大多场合下可以替代不锈钢磨料，让磨料采购成本降低35％以上；在实际应用的过程中，所产生的粉尘大量减少、粘附于工件表面的粉尘也大量减少，有助于减少工件的不良率。
本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本，利于大面积推广使用。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1：
一种高硬度的表面处理用喷砂材料，所述喷砂材料为钢砂，包括由以下化学组分构成：C：0.18～0.45％、Mn：0.25～0.85％、Si：0.15～0.65％、Cr：0.14～0.25％，Ni：0.05～0.12％，Mo：0.11～0.18％，Ta：0.02～0.12％，W：0.03～0.12％，S和P≤0.04％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
在本实施例中，所述钢砂呈圆球形微珠，并且其粒径的范围为10～150μm。
在本实施例中，所述钢砂包含的钢砂颗粒的粒径分布为：粒径为10～35μm的钢砂颗粒的重量比范围为1～15％，粒径为36～65μm的钢砂颗粒的重量比范围为1～30％，粒径为66～105μm的钢砂颗粒的重量比范围为1～20％，余量为粒径为106～150μm的钢砂颗粒。
在本实施例中，所述钢砂颗粒的硬度范围为65～80HV。
在本实施例中，所述钢砂的松装比重范围为3.8～4.5g/cm3。
在本实施例中，一种高硬度的表面处理用喷砂材料的制备方法，包括下列步骤：
(a)将原料称量配料，并在电弧炉中熔炼成钢液；
(b)加入占钢水总重量0.25～0.45％稀土进行变质处理；
(c)将变质处理后的材料放入淬火装置中进行淬火处理，水作为淬火剂，实行中温回火；
(d)将淬火后的材料放入破碎机进行破碎，用分级破碎机对粗破碎后的材料进行分级中破碎和精破碎，破碎后的材料通过振动筛筛选颗粒度适合的材料流向下一道工序，进行筛选和收集，筛选出各个不同颗粒度型号的半成品；
(e)使用氨分解保护气充入回火炉的方式对半成品进行回火，根据产品的硬度需求设定不同的工艺温度，温度达到设定温度后进行保温；
(f)将光亮回火后得到的钢砂颗粒按照粒径分布要求放入混料机中充分混合均匀，包装后得到本发明的喷砂材料。
在本实施例中，步骤(a)中，工艺温度设定800℃～900℃，当原材料在电弧炉内达到工艺温度之后，保温时间设定45～75分钟。
在本实施例中，步骤(b)中的稀土为FeSiMg8RE7。
在本实施例中，步骤(c)中通过水泵补充水源的方式，将水温控制在35～50℃。
在本实施例中，步骤(d)中，通过对辊式破碎机对粗破碎后的材料进行分级破碎，每一级破碎机都配备筛分系统，筛分系统将材料的颗粒度按照设定进行分流，使颗粒度合适的材料可以流向下一级破碎，同时，使颗粒度较大的材料回流上一级破碎，通过分级破碎和筛分系统的配合，实现逐级破碎，并且在最后一道筛分系统中，放置筛网，进行筛选和收集各个不同颗粒度型号的半成品。
实施例2：
一种高硬度的表面处理用喷砂材料，所述喷砂材料为钢砂，包括由以下化学组分构成：C：0.18％、Mn：0.35％、Si：0.45％、Cr：0.2％，Ni：0.05％，Mo：0.11％，Ta：0.05％，W：0.03％，S和P为0.01％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
在本实施例中，所述钢砂包含的钢砂颗粒的粒径分布为：粒径为15μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为40μm的钢砂颗粒的重量比为45％，粒径为70μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为110μm的钢砂颗粒的重量比为25％。
在本实施例中，所述钢砂颗粒的硬度为65HV。
在本实施例中，所述钢砂的松装比重为3.8g/cm3。
在本实施例中，一种高硬度的表面处理用喷砂材料的制备方法，包括下列步骤：
(a)将原料称量配料，并在电弧炉中熔炼成钢液；
(b)加入占钢水总重量0.25％稀土进行变质处理；
(c)将变质处理后的材料放入淬火装置中进行淬火处理，水作为淬火剂，实行中温回火；
(d)将淬火后的材料放入破碎机进行破碎，用分级破碎机对粗破碎后的材料进行分级中破碎和精破碎，破碎后的材料通过振动筛筛选颗粒度适合的材料流向下一道工序，进行筛选和收集，筛选出各个不同颗粒度型号的半成品；
(e)使用氨分解保护气充入回火炉的方式对半成品进行回火，根据产品的硬度需求设定不同的工艺温度，温度达到设定温度后进行保温；
(f)将光亮回火后得到的钢砂颗粒按照粒径分布要求放入混料机中充分混合均匀，包装后得到本发明的喷砂材料。
在本实施例中，步骤(a)中，工艺温度设定800℃，当原材料在电弧炉内达到工艺温度之后，保温时间设定75分钟。
在本实施例中，步骤(b)中的稀土为FeSiMg8RE7。
在本实施例中，步骤(c)中通过水泵补充水源的方式，将水温控制在35℃。
在本实施例中，步骤(d)中，通过对辊式破碎机对粗破碎后的材料进行分级破碎，每一级破碎机都配备筛分系统，筛分系统将材料的颗粒度按照设定进行分流，使颗粒度合适的材料可以流向下一级破碎，同时，使颗粒度较大的材料回流上一级破碎，通过分级破碎和筛分系统的配合，实现逐级破碎，并且在最后一道筛分系统中，放置筛网，进行筛选和收集各个不同颗粒度型号的半成品。
实施例3：
一种高硬度的表面处理用喷砂材料，所述喷砂材料为钢砂，包括由以下化学组分构成：C：0.28％、Mn：0.65％、Si：0.23％、Cr：0.18％，Ni：0.1％，Mo：0.14％，Ta：0.08％，W：0.08％，S和P为0.005％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
在本实施例中，所述钢砂包含的钢砂颗粒的粒径分布为：粒径为25的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为50μm的钢砂颗粒的重量比为45％，粒径为80μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为125μm的钢砂颗粒的重量比为25％。
在本实施例中，所述钢砂颗粒的硬度范围为70HV。
在本实施例中，所述钢砂的松装比重范围为4.1g/cm3。
在本实施例中，一种高硬度的表面处理用喷砂材料的制备方法，包括下列步骤：
(a)将原料称量配料，并在电弧炉中熔炼成钢液；
(b)加入占钢水总重量0.3％稀土进行变质处理；
(c)将变质处理后的材料放入淬火装置中进行淬火处理，水作为淬火剂，实行中温回火；
(d)将淬火后的材料放入破碎机进行破碎，用分级破碎机对粗破碎后的材料进行分级中破碎和精破碎，破碎后的材料通过振动筛筛选颗粒度适合的材料流向下一道工序，进行筛选和收集，筛选出各个不同颗粒度型号的半成品；
(e)使用氨分解保护气充入回火炉的方式对半成品进行回火，根据产品的硬度需求设定不同的工艺温度，温度达到设定温度后进行保温；
(f)将光亮回火后得到的钢砂颗粒按照粒径分布要求放入混料机中充分混合均匀，包装后得到本发明的喷砂材料。
在本实施例中，步骤(a)中，工艺温度设定850℃，当原材料在电弧炉内达到工艺温度之后，保温时间设定60分钟。
在本实施例中，步骤(b)中的稀土为FeSiMg8RE7。
在本实施例中，步骤(c)中通过水泵补充水源的方式，将水温控制在45℃。
在本实施例中，步骤(d)中，通过对辊式破碎机对粗破碎后的材料进行分级破碎，每一级破碎机都配备筛分系统，筛分系统将材料的颗粒度按照设定进行分流，使颗粒度合适的材料可以流向下一级破碎，同时，使颗粒度较大的材料回流上一级破碎，通过分级破碎和筛分系统的配合，实现逐级破碎，并且在最后一道筛分系统中，放置筛网，进行筛选和收集各个不同颗粒度型号的半成品。
实施例4：
一种高硬度的表面处理用喷砂材料，所述喷砂材料为钢砂，包括由以下化学组分构成：C：0.45％、Mn：0.55％、Si：0.35％、Cr：0.25％，Ni：0.05％，Mo：0.11％，Ta：0.02％，W：0.12％，S和P为0.04％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。
在本实施例中，所述钢砂包含的钢砂颗粒的粒径分布为：粒径为35μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为65μm的钢砂颗粒的重量比为45％，粒径为105μm的钢砂颗粒的重量比为15％，粒径为150μm的钢砂颗粒的重量比为25％。
在本实施例中，所述钢砂颗粒的硬度范围为80HV。
在本实施例中，所述钢砂的松装比重范围为4.5g/cm3。
在本实施例中，一种高硬度的表面处理用喷砂材料的制备方法，包括下列步骤：
(a)将原料称量配料，并在电弧炉中熔炼成钢液；
(b)加入占钢水总重量0.45％稀土进行变质处理；
(c)将变质处理后的材料放入淬火装置中进行淬火处理，水作为淬火剂，实行中温回火；
(d)将淬火后的材料放入破碎机进行破碎，用分级破碎机对粗破碎后的材料进行分级中破碎和精破碎，破碎后的材料通过振动筛筛选颗粒度适合的材料流向下一道工序，进行筛选和收集，筛选出各个不同颗粒度型号的半成品；
(e)使用氨分解保护气充入回火炉的方式对半成品进行回火，根据产品的硬度需求设定不同的工艺温度，温度达到设定温度后进行保温；
(f)将光亮回火后得到的钢砂颗粒按照粒径分布要求放入混料机中充分混合均匀，包装后得到本发明的喷砂材料。
在本实施例中，步骤(a)中，工艺温度设定900℃，当原材料在电弧炉内达到工艺温度之后，保温时间设定45分钟。
在本实施例中，步骤(b)中的稀土为FeSiMg8RE7。
在本实施例中，步骤(c)中通过水泵补充水源的方式，将水温控制在50℃。
在本实施例中，步骤(d)中，通过对辊式破碎机对粗破碎后的材料进行分级破碎，每一级破碎机都配备筛分系统，筛分系统将材料的颗粒度按照设定进行分流，使颗粒度合适的材料可以流向下一级破碎，同时，使颗粒度较大的材料回流上一级破碎，通过分级破碎和筛分系统的配合，实现逐级破碎，并且在最后一道筛分系统中，放置筛网，进行筛选和收集各个不同颗粒度型号的半成品。
对比例1：
与实施例4的区别在于，没有Ni，其他与实施例4相同。
对比例2：
与实施例4的区别在于，没有Ta，其他与实施例4相同。
对比例3：
与实施例4的区别在于，没有W，其他与实施例4相同。
下面对本发明实施例2至实施例4、对比例1至对比例3得到的钢砂以及市售钢砂进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
从上表可以看出，本发明的钢砂具有以下优点：硬度高，耐磨性能强。
从上表可以看出，本发明的钢砂，通过优化配方，添加了适当比例的Cr、Ni、Mo，与其他组分相互配合，淬透性得到提高，并起到良好的协同作用，弥散强化作用，抵消碳含量降低使硬度降低的不利影响，在基体中起可提高淬火、回火后的硬度，并改善韧性，提高耐冲击性和耐磨损性，能使使用寿命延长35％，达到1700～2000次。
从上表可以看出，本发明的钢砂，通过优化配方，添加了适当比例的Ta，硬度高且富有延展性，与其他组分相互配合，并起到良好的协同作用，进一步提升本发明的钢砂的韧性，同时可以在钢砂的表面形成稳定的五氧化二钽(Ta2O5)保护膜，表层不容易锈蚀，表层结构和内部结构稳定且一致，使合金钢砂具备更优的抗冲性能和耐磨性能，其损耗也随之降低。
从上表可以看出，本发明的钢砂，通过优化配方，添加了适当比例的W，硬度较高且不受空气侵蚀，与其他组分相互配合，并起到良好的协同作用，使得本发明的钢砂具有超高的硬度，耐磨性能也得到很大的提升。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。