本发明涉及一种金属产品及其制备方法，尤其是一种高硬度强化钢丸及其制备方法。
背景技术：
我国目前生产和使用的钢丸、铸钢丸或强化钢丸等产品，其生产工艺主要有三种：一是通过溶炼废钢后，再加入一定其它成份，将钢水进行雾化或离心方式造粒，专业术语称“铸钢丸”；二是回收社会废旧钢丝(矿山机械、油田设备和废旧轮胎里)，进行切段，专业术语称“钢丝切丸”。三是用新钢丝冷拉拔，酸洗磷化热处理，切割而成，专业术语称“强化钢丝切丸/强化钢丸”。前两种方式所得的钢丸，其主要缺陷为元素比例不易控制，且硬度偏差大。同时，钢丸的密度、表面形状偏差也很大，这类钢丸还容易产生空心和表面微裂纹等现象。因此这类钢丸产品在抛丸或喷丸过程中，耐冲击性和耐摩擦性低，容易破碎，使用寿命短。特别是用于高强度钢材的抛丸清理及强化处理时，如用于飞机制造、航空航天、汽车、摩托车、造船、传动机械、弹簧制造等行业的金属表面处理，缺点尤为突出，无法满足改变工件表面应力状态、工件表面硬化、提高零件的耐磨性和抗疲劳强度等工艺要求。
第三种“强化钢丝切丸/强化钢丸”，虽然有较好的材质一致性、硬度偏差小、耐磨性好，但是无法满足现在一些高端工业零部件更高的性能要求，即由于钢丸硬度≤HV670±HV30，低于金属表面硬度，达不到金属表面强化后的压应力要求，无法进一步提高金属的疲劳寿命。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的强化钢丸硬度低于某些高端金属硬度、无法在金属表层和次表层产生压应力等缺陷，提供了一种具有高于金属表面硬度，使金属表层和次表层产生压应力、从而提高金属的疲劳使用寿命的技术；元素比例一致性高、密度高、硬度高、颗粒尺寸一致性高，并且适用于高端工件表面处理的高硬度强化钢丸及其制备方法。
本发明通过下述技术方案解决上述技术问题：
本发明的高硬度强化钢丸包括下述组分：碳0.85-0.95％，锰0.30-0.60％，硅0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，铁补足重量百分比至100％。
本发明一较佳实施例中，所述的高硬度强化钢丸由下述组分组成：碳0.85-0.95％，锰0.30-0.60％，硅0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，余量为铁；百分比为重量百分比。
根据本领域常识，本发明的高硬度强化钢丸中不可避免地含有杂质。
所述的高硬度强化钢丸载荷下测定的平均硬度基本上为HV670。
所述的高硬度强化钢丸载荷下测定的硬度偏差范围基本上为±30HV。
所述的高硬度强化钢丸的最小密度基本上≥7.8克/每立方厘米。
所述的高硬度强化钢丸的颗粒尺寸偏差基本上为±0.02毫米。
所述的高硬度强化钢丸一般可为圆柱形-CW；椭圆形-G1；准球形-G2或球形-G3。
本发明的高硬度强化钢丸主要用于金属表面处理的抛丸(Blasting)和喷丸(Shot peeng)，尤其是用于高端金属表面的强化。
本发明还提供了所述的高硬度强化钢丸的制备方法，其包括下述工艺步骤：
(1)将组分与本发明的高硬度强化钢丸一致的钢材，冷拉拔，酸洗，热处理，拉丝，切割；
(2)筛分，即得；或经表面磨圆强化，筛分，形选，即得。
其中，所述的组分与本发明的高硬度强化钢丸一致的钢材包括下述组分：碳0.85-0.95％，锰0.30-0.60％，硅0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，铁补足重量百分比至100％。较佳地，所述的组分与本发明的高硬度强化钢丸一致的钢材由下述组分组成：碳0.85-0.95％，锰0.30-0.60％，硅0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，余量为铁，百分比为重量百分比。
其中，所述的钢材较佳的为经冷轧或热轧的线材或盘条。
其中，所述的冷拉拔参照本领域常规冷拉拔方法进行，较佳地重复进行3-5道。
其中，所述的酸洗参照本领域常规的酸洗方法进行。
其中，所述的热处理参照本领域常规的热处理方法进行，较佳的为真空等温退火热处理，从而降低线材或盘条的强度，不至于在拉丝过程中断丝。
其中，所述的拉丝参照本领域常规的拉丝方法进行，较佳地为按照产品规格要求，再经过5-15道的冷拉拔，拉成尺寸在0.3-2.0毫米之间的钢丝。
其中，所述的切割参照本领域常规的切割方法进行，较佳地将钢丝切割成与直径一致的圆柱体。
其中，所述的表面磨圆强化采用本领域常规的表面磨圆强化方法，用磨圆强化设备对圆柱体切段进行撞击磨圆并使表面硬度提高，达到提高硬度的强化结果。
其中，所述的形选采用本领域常规的形选方法，用形选设备，对筛分后的强化钢丸进行形状的选择。
其中，所述的筛分参照本领域常规的筛分方法，较佳地按照高硬度强化钢丸的尺寸规格要求，进行2-3次筛分。
较佳地，将上述步骤中制得的高硬度强化钢丸进行检测后包装入库。其中，所述的检测一般为硬度、密度、粒度大小中的一种或多种。
本发明中，上述优选条件可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的原料和试剂均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的高硬度强化钢丸克服了现有的强化钢丸硬度低于某些高端金属硬度、无法在金属表层和次表层产生压应力等缺陷，提供了一种具有高于金属表面硬度，使金属表层和次表层产生压应力、从而提高金属的疲劳使用寿命的技术。
2、本发明的高硬度强化钢丸采用元素成份比例与高硬度强化钢丸一致的冷轧或热轧线材或盘条为原料生产而成，因此高硬度强化钢丸的元素比例一致性高，密度高、硬度偏差比较小、颗粒尺寸一致性高、表面硬度高，特别适用于高端工件的表面处理。
3、通过本发明的制备方法生产得到的高硬度强化钢丸不会出现空心，以及表面或隐性裂纹现象，表面形状一致性好。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
高硬度强化钢丸按照形状可以分为四类：
圆柱形-CW；椭圆形-G1；准球形-G2；球形-G3。
下述实施例中筛分的方法为用称重精度不低于0.1克的天平称出被测高硬度强化钢丸1000克，然后放在第一层筛网中过筛，收集残留在筛网上的高硬度强化钢丸，称重计算出占总样重量的百分比；然后再将第一层筛网通过的高硬度强化钢丸放入第二层筛网过筛，收集残留在第二层筛网上的高硬度强化钢丸，称重计算出占总样重量的百分比；然后再将第二层筛网通过的高硬度强化钢丸放入第三层筛网过筛，收集残留在第三层筛网上的高硬度强化钢丸，称重计算出占总样重量的百分比；最后收集第三层通过的高硬度强化钢丸，称重计算出占总样重量的百分比，即得出尺寸分布比例。整个测试过程可以放在三筛重叠的振动筛上一次性测试。
(1)第一层筛网：筛网孔径为高硬度强化钢丸的公称尺寸+0.1毫米；
(2)第二层筛网：筛网孔径为高硬度强化钢丸的公称尺寸，即公称尺寸±0.0毫米；
(3)第三层筛网：筛网孔径为高硬度强化钢丸的公称尺寸-0.1毫米；
(4)高硬度强化钢丸放大25倍目测，去除表面形状不规则的产品，不合格率≤0.3％。
例如：测定公称尺寸为1.0毫米高硬度强化钢丸尺寸分布比例用标准筛网三个，第一层筛网孔径为1.1毫米，第二层筛网孔径为1.0毫米，第三层筛网孔径为0.9毫米，底部放无孔容器。
第一、二、三层筛网的残留率和通过率的测试方法为：
第X筛的残留率：经过第X筛网筛选后，留在第X筛网上的残余量占总样重量的百分比。
最后通过率：经过三层筛网筛选后，最后被筛选下去的残余量占总样重量的百分比。
高硬度强化钢丸硬度检测的方法为：随机取50粒高硬度强化钢丸，进行冷镶嵌制样块，然后用磨抛机磨至高硬度强化钢丸公称直径的三分之一处，然后抛光，抛光面用3％的硝酸酒精溶液擦拭，从处理好的抛光面上选取不低于20个强化钢丸，按照GB/T 4340.1-1999标准测试其维氏硬度，直径0.3毫米及以下的高硬度强化钢丸载荷为4.9035N(HV0.5)，0.4-2.0毫米的高硬度强化钢丸载荷为9.807N(HV1)，每个高硬度强化钢丸检测一次，20个硬度值相加后取算数平均值，并且其任何测试值必须在规定的硬度范围内。
高硬度强化钢丸密度检测的方法为：酒精置换法。使用100毫升的量杯，倒入50毫升的酒精，加入100克的高硬度强化钢丸，记下液面升高的高度值，将经酒精置换后表示出来的钢丸体积除钢丸的重量，就得到了钢丸的近似密度。
表面磨圆强化的方法为：将圆柱体切段以90-120米/秒的初速度抛射出，经过0.3-0.5米的距离后撞击设备护板，根据反复撞击强化时间的不同控制强化形状和硬度。
强化具体时间为：CW-0分钟；G1-30-50分钟；G2-50-80分钟；G3-80-100分钟。
下述各实施例中，除另有说明的以外，所述的百分比皆为重量百分比。
实施例1
原料：线材中元素成分比例按重量百分比组成为碳0.85-0.95％，锰0.30-0.60％，硅0.15-0.3％，硫0.01-0.02％和磷0.01-0.02％，铁补足重量百分比至100％。
制备方法：
1、根据上述原料要求进行选料，将线材冷拉拔3道，经过酸洗和两次特殊真空退火热处理，得半成品钢丝；
2、拉丝：经过5-15道的冷拉，拉成0.3-2.0毫米之间不同直径的钢丝；其硬度范围为HV650±30HV。
3、切割：用切丝机将钢丝切割成与直径一致的圆柱体切段，剪切截面要求平整、无毛刺、无拖尾。
4、筛分：对于不同的钢丸的公称尺寸进行筛分。筛分的公称尺寸为0.2～2毫米。
5、进行硬度、密度和粒度大小检测。
由此制得的圆柱形的高硬度强化钢丸的组分重量比为：碳0.85-0.95％，锰0.30-0.60％，硅0.15-0.3％，硫≤0.03％和磷≤0.03％，铁补足重量百分比至100％。
高硬度强化钢丸的尺寸分布比例数据见表1，钢丸的最后通过率为≤0.6％。高硬度强化钢丸的标准公称尺寸范围：0.30-2.00毫米。高硬度强化钢丸的硬度等级和硬度范围见表2，性能数据见表3。
表1
表2
表3
本发明的高硬度强化钢丸克服了现有的强化钢丸硬度低于某些高端金属硬度、无法在金属表层和次表层产生压应力等缺陷，提供了一种具有高于金属表面硬度，使金属表层和次表层产生压应力、从而提高金属的疲劳使用寿命的技术。
实施例1中的制得的强化钢丸的尺寸偏差、硬度偏差都很小。经过肉眼或显微镜放大观察，钢丸表面没有裂纹现象，表面形状差异小。称重后证实制得的强化钢丸都是实心的，没有空心现象。