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摘 要:對比了水射法與離心法制取鋼丸成丸方法的特性，并對兩種鋼丸的粒度分布、圓整度、鑄態及熱處理態顯微組織和性能進行了比較。結果表明，離心法成丸的效率及鋼丸質量更為優越。
鑄鋼丸廣泛應用于機械、造船、汽車、車輛、飛機及集裝箱制造業的零件表面清理、除銹、去漆及表面強化。與以往大多采用的鐵丸和鋼絲切丸相比，它不僅具有高的硬度，而且韌性和抗疲勞強度也較高，破碎率低，清理強化效果明顯，是目前最具應用前景的金屬彈丸。
生產鑄鋼丸的工藝有氣噴法、水射法及離心法等，常用的方法是后兩種。但現在文獻中都強調各自工藝的特點，而對成丸的效率和鋼丸質量卻缺乏系統的對比。一種好的成丸方法應當是工藝簡單可調、成丸粒度分布集中、圓整度好且性能高。本課題將從這方面入手研究兩種成丸工藝方法的特征。
一、試驗研究所用的方法及設施
1、 成丸裝置及工藝
水射法及離心法成丸裝置結構示意圖如圖1所示。水射法制丸的基本工藝過程是:經澆包流出的鋼液被高壓水擊碎成粒并落入水中冷卻成鋼粒。其主要工藝數據有:鋼液流量、水射流的流量及壓力、噴射高度H1及落水高度H2。
離心法成丸工藝的流程為:鋼液由澆包落入高速旋轉的甩盤內，并在離心力的作用下沿甩盤上的流槽分散成液滴再落入水中冷卻。可調工藝數據有:鋼液流量，甩盤直徑及轉速、鋼液流出口尺寸、澆注高度及落水高度。
2、鋼丸成分及熱處理工藝的確定
為保證鋼丸具有一定的硬度，一般采用過共析鋼生產。較高的Si、Mn含量及少量的Cr含量，可得到一定的韌性和較好的耐磨性能。
其基本成分定為:
由高溫鋼液經成粒工藝得到的鋼丸基體組織是較粗大的片狀馬氏體。較大的脆性必須經淬火及回火處理，以得到細小的回火馬氏體基體加上均勻分布的碳化物。
3、金相組織及性能檢驗方法
將鋼丸鑲嵌成柱狀試樣，對其進行金相組織分析及洛氏硬度測定。鋼丸的韌性用鋼丸的抗碎裂次數來定性表征。抗碎裂次數測定是在一臺利用型砂錘擊制樣機改裝成的沖擊韌性試驗機上進行的。測試時，每種鋼丸取粒徑約O10mm的鋼丸10粒，依次放入弧面凹模中；升起落錘，測量擊碎鋼丸的打擊次數。依次測定每粒鋼丸的擊碎次數，然后取其平均值，以此來表征鋼丸抗破壞的能力。
二、測定結果及分析
1、鋼丸的粒度分布和圓整度
對于兩種成丸方法，通過調整工藝參數可以改變成丸的粒徑和粒度分布；對于某一尺寸規格的鋼丸，存在有最佳工藝參數以使其粒度分布最集中。應用優化設計選定的工藝參數，采用水射法和離心法制得的鋼丸粒度分布如圖3。
由圖可見，兩種工藝方法制得的鋼丸粒度分布都較集中，離心法更優。離心法制成鋼丸的圓整度較好，異型顆粒很少；水射法制得鋼丸圓整度稍差，出現一些異型顆粒，并常呈條狀。鋼丸的圓整度在一定程度上取決于凝固前鋼液滴表面張力的作用狀態，因為液滴在其作用下有收縮成球狀的趨勢。在水射法制取鋼丸的工藝中，鋼液被擊碎后部分細小液滴受水射流激冷，來不及收縮成球狀就已凝固，結果呈現出不規則的形態，適當地控制水溫和落水高度可以把異型丸粒數量降至最低；在離心法制取鋼丸的工藝中，由于細小液滴從離開甩盤后在空氣中有足夠時間收縮成丸，故其圓整度較好。
2、鑄態鋼丸的組織及性能
圖4是采用不同工藝方法制取的具有相同粒徑的鑄態鋼丸顯微組織照片。可見基體均為較粗大片狀馬氏體，但對比看離心法制得鋼丸組織較為細小。其原因是:水射法工藝中鋼液滴受水射流激冷后直接水淬成馬氏體，故組織較為粗大；離心法工藝中鋼液滴在空氣中冷卻成奧氏體再落入水中形成馬氏體，故組織較細。
水射法制得鋼丸的硬度HRC62.0、抗裂次數為6.0；離心法制得鋼丸硬度HRC61.9、抗裂次數為10.0。可見兩者硬度相當；后者抗裂次數較高，即韌性較好，這與其組織細小有關。
3、鋼丸熱處理后的組織及性能
兩種工藝制成的鋼丸經淬火及低溫回火處理后金相組織如圖5所示。兩者均由回火馬氏體+殘余奧氏體+少量碳化物所組成，但離心法制得的鋼丸熱處理后的組織仍較細小。
水射法制得鋼丸熱處理后硬度HRC62.8、抗裂次數為15.0次；離心法制得鋼丸熱處理后硬度HRC62.5、抗裂次數為22.0。兩者硬度相當，抗裂次數后者較高，即其韌性較好。
4、使用效果
使用證明，鑄鋼丸比其它類彈丸清理效果好、耗損量少。其中離心法制得鋼丸用于清理時的磨耗量比水射法制得鋼丸更低。該兩種制丸工藝，均可制得粒度分布集中、圓整度好的鑄鋼丸。但離心法工藝制得的鋼丸粒度分布、圓整度、金相組織及使用效果均更為理想。
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