凯发官网地址 鋼結構拋丸(噴丸)清理用金屬磨料的對比分析

摘要：對鋼結構涂裝防腐過程中,鋼材的拋丸(噴丸)清理(除銹),即鋼材預處理過程所用金屬磨料的種類、硬度、顯微組織、磨料材料的顆粒形狀、粒度分級、宏觀、微 觀組織及密度作了對比分析,指出了判斷金屬磨料質量的簡易方法及正確選用磨料的原則。本文由 吊鉤式拋丸機 廠家整理
關鍵詞：鋼結構表面預處理拋丸(噴丸)清理磨料

近年來,隨著鋼結構業的發展,人們對防腐性能的要求日益增加,鋼材的預處理日益受到重視,經冷軋或熱軋過程處理的鋼板及型材,在長期存放過程中表面一般都有氧化皮、鐵銹、油脂及其他雜質存在,在涂裝前必須將它除盡。表面進行良好的預處理可以保證與涂料系統的永久結合,使被保護的鋼結構得到長期保護,預處理過程還可增加表面粗糙度,增加涂料與鋼板的接觸面積,以及涂料與被涂物體的結合力〔1〕。
在瑞典腐蝕協會、美國材料試驗學會和美國鋼結構涂裝委員會共同制訂ISO55900-1967和ISO8501-1-1988《涂裝前鋼材表面除銹》標準之后,1988年我國又制訂了《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》(GB8923-88)。
1磨料的種類、硬度及顯微組織
111磨料的種類
磨料的材質可分為兩類:非金屬類與金屬類。
非金屬磨料一般有銅礦砂、石英砂、河砂、剛玉、玻璃等。由于非金屬類磨料破碎率極高,灰塵多,污染嚴重且效率低,除了少數還繼續延用外,大多數已逐步由金屬類磨料代替。金屬磨料根據材質可分為:白口鑄鐵丸(砂)、脫碳退火鑄鐵丸、鑄鋼丸(砂)及鋼絲切丸。其化學成分見表1。

表1金屬磨料材質的化學成分

112硬度
對磨料的硬度要求可根據工件的表面狀態而定,一般來說硬度值應高于鋼材表面硬度HRC5～HRC30。磨料的硬度見表2。
表2金屬磨料材質的硬度
白口鑄鐵丸(砂)經回火處理后,硬度雖可降為HRC53～HRC57,但脆性仍較大,不耐沖擊,破碎率高;脫碳退火鑄鐵丸硬度較低,并有孔洞,不耐磨,用時易扁;鑄鋼丸(砂)硬度有4種范圍,能適合于各種金屬表面的清理、除銹及表面強化工況的要求,也是唯一滿足理論硬度要求的磨料;此外,鑄鋼丸(HRC40～HRC45)及鋼絲切丸在重復打擊鋼材的過程中,磨料自身發生加工硬化,工作40h后表面硬度可提高到HRC42～HRC46,工作300h后表面硬度可提高到HRC48～HRC50。
在使用磨料進行清理、除銹過程中,若磨料硬度過高,則打到鋼材表面上易破裂,并吸收能量,降低沖擊功,且粉塵量大,這就是白口鑄鐵丸(砂)不能重復使用的原因。當磨料硬度太低時,磨料受沖擊時易變形,特別是脫碳退火鑄鐵丸,自身變形時吸收了沖擊能量,降低沖擊功后,清理及表面強化效果不理想。只有使用硬度適中的磨料(如鑄鋼丸、鑄鋼砂、鋼絲切丸),才能延長磨料使用壽命,達到理想的清理、表面強化效果。
另外,若磨料硬度適中反彈性好,起二次沖擊作用,清理、除銹、刻蝕及表面強化效果好,鑄鋼丸、鋼絲切丸反彈效果最好,清理及表面強化效果亦最好。金屬表面預處理時,最好是用硬度稍高的棱角形的鑄鋼砂,其硬度為HRC53～HRC57,可起到微刮削作用,增加表面粗糙度,從而增加涂裝材料的附著力。
113顯微組織
磨料的抗破碎性及耐磨性,即使用壽命,除與硬度有關外,還與其顯微及宏觀組織結構及密度有關。磨料的顯微組織、密度及性能見表3。如鑄鋼丸及鋼絲切丸的壽命比白口鑄鐵丸高,鑄鋼砂壽命比白口鑄鐵砂高,其原因是白口鑄鐵丸(砂)組織為亞共晶白口鑄鐵組織,脆性大,沖擊韌性低,易破碎,壽命低;脫碳退火鑄鐵丸組織為鐵素體與團絮狀石墨組織,硬度低,不耐磨,壽命低;而鑄鋼丸(砂)組織為回火屈氏體或回火馬氏體、彌散分布碳化物、無網狀碳化物,綜合機械性能高,沖擊韌性高,硬度適中,耐磨性好,不破碎,壽命長;鋼絲切丸由鋼絲切割制成,組織為形變珠光體、鐵素體,硬度適中,耐磨性好,不破碎,壽命長。
表3各種磨料的顯微組織、密度及性能

2磨料顆粒形狀、粒度分級及宏觀組織與密度
211磨料顆粒形狀
磨料顆粒形狀,可分為圓形、棱角形和柱形三種基本形狀。圓形的有白口鑄鐵丸、脫碳退火鑄鐵丸、鑄鋼丸;棱角形的有白口鑄鐵砂、鑄鋼砂;柱形的有鋼絲切丸。圓形白口鑄鐵丸、鑄鋼丸經破碎機破碎可分別得到棱角型的白口鑄鐵砂、鑄鋼砂。
清理、除銹鋼材預處理時,最好采用硬度稍高的棱角形磨料,亦可采用圓形與棱角形或棱角形與柱形的混合磨料。新的柱形及棱角形磨料具有銳利的棱角,經過反復使用磨損后,也會逐漸變為圓形的。但高硬度鑄鋼砂(HRC53～HRC57或HRC≥6415)在使用過程中不斷破裂,可始終保持鋒利的棱角,可用于粘著力強的黑色薄氧化層的快速清理。
212磨料的粒度分級

磨料中的圓形及棱角形的粒度分級,是根據篩選后篩網尺寸確定的。其規格與篩網尺寸有關,鋼絲切丸的粒度是根據其直徑確定的。具體粒度分級見美國汽車工程師協會標準(國際通標)《鑄鋼丸、鑄鋼砂的粒度》(SAE-J444)《、鑄鋼丸》(YB/T5149-93)《、鑄鋼砂》(YB/T5150-93),規格對照見表4。

表4SAE標準與冶標(YB/T)鑄鋼丸、鑄鋼砂規格對照

磨料粒度的選擇不宜太小,也不宜太大。直徑太小,則沖擊力也小,鋼材表面的粗糙度(彈痕)減小,涂裝后涂料的附著力也小,易剝落;直徑過大,單位時間內噴打在工件表面的顆粒數就少,也會降低效率,并使鋼材表面的粗糙度(彈痕)增大,增加其后涂裝過程中涂料的消耗量。最佳磨料的直徑應根據表面粗糙度(彈痕)要求選擇,見表5。
表5磨料的粒度與粗糙度關系

注:拋丸速度為60m/s,只添加單一規格鑄鋼砂與鑄鋼丸(各占50%),混合使用達到粒度分布不變

使用時,磨料因磨損,直徑不斷減小,有利于照顧到較小的內圓角的清理、除銹、刻蝕及表面強化。
213磨料的宏觀組織及密度
磨料的密度見表3,白口鑄鐵丸(砂)、脫碳退火鑄鐵丸的密度較低,這是由于氣孔、縮松、裂紋缺陷及石墨較多所致;鋼絲切丸經鍛造、冷拔處理后,無氣孔及縮松,密度較高。所以,白口鑄鐵丸(砂)、脫碳退火鑄鐵丸氣孔率高,壽命短;而鑄鋼丸(砂)及鋼絲切丸氣孔率低,壽命長。
3判斷磨料質量的簡易方法及磨料的正確選用
311判斷磨料質量的簡易方法
判斷磨料質量的標準可參照“冶標”(YB/T5149-93)、(YB/T5150-93)、美國汽車工業工程師協會標準SAE-J827,SAE-J1993。
判斷鑄鋼丸(砂)磨料質量的簡易方法之一是采用在強度試驗機上進行靜壓力試驗,某種直徑的磨料在能承受的壓力極限下,不破碎時,即為合格;方法之二是憑經驗進行錘擊試驗,一般在中等用力下擊3～4下,如硬度≥HRC6415時,碎裂時成4～6瓣為合格;硬度在HRC53～HRC57時,碎裂成2～3瓣為合格;硬度在HRC48～HRC52時,砸扁后有徑向裂紋3～4條為合格;硬度在HRC40～HRC45時,砸扁后無徑向裂紋或有徑向裂紋1～3條為合格。本文由 吊鉤式拋丸機 廠家整理
312磨料的正確選用
正確地選用磨料至關重要,磨料選擇合理,不但金屬表面拋丸清理、除銹效果好,效率高,磨料壽命長,而且設備易損件的壽命大大延長,從而可顯著降低清理費用。從表6的對比可知,鑄鋼丸(砂)及鋼絲切丸壽命最長,拋丸、噴丸設備易損件的壽命最長,費用最低,綜合效果最好

表6相同拋射條件下的磨料壽命、易磨損件磨損速度及綜合費用對比

注:表中價格為2003年12月對應價格