Čo sú odliatky s vysokým obsahom chrómu a ako maximalizujete ich životnosť?

Čo je liatina s vysokým obsahom chrómu a prečo odoláva opotrebovaniu?

Liatina s vysokým obsahom chrómu je zliatina železa obsahujúca 11 až 30 percent chrómu a 2,0 až 3,5 percent uhlíka, pričom chróm a uhlík sa počas tuhnutia spájajú za vzniku karbidov chrómu typu M7C3. Tieto karbidy majú tvrdosť podľa Vickersa 1 400 až 1 800 HV, čo z nich robí jednu z najtvrdších fáz, ktoré sa nachádzajú v akomkoľvek strojárskom materiáli okrem keramiky nástrojovej kvality. Okolitá kovová matrica, zvyčajne martenzitická po vhodnom tepelnom spracovaní, poskytuje húževnatosť, ktorá zabraňuje krehkému lomu, ktorý by zničil keramický materiál za rovnakých podmienok nárazu.

Objemová tvrdosť tepelne spracovaného odliatku z bieleho železa s vysokým obsahom chrómu je zvyčajne 58 až 66 HRC (stupnica Rockwell C), v porovnaní s 35 až 45 HRC pre tepelne upravenú nástrojovú oceľ a 180 až 220 HB pre štandardnú sivú liatinu používanú vo všeobecných strojárskych odliatkoch. Táto podstatná výhoda tvrdosti sa premieta priamo do odolnosti voči abrazívnemu opotrebeniu: v teste oderu podľa Millerovho čísla a teste suchého pieskového gumového kotúča ASTM G65 žehličky s vysokým obsahom chrómu trvalo vykazujú 3 až 10-krát nižšiu objemovú stratu ako štandardná šedá liatina a 2- až 5-krát nižšiu objemovú stratu ako kalená oceľ v rovnakých testovacích podmienkach.

Úloha obsahu chrómu vo výkone opotrebovania

Obsah chrómu v zliatine určuje typ, objemový podiel a distribúciu karbidov, ktoré vznikajú pri tuhnutí, a tiež určuje koróznu odolnosť kovovej matrice. V zliatinách s 11 až 14 percentami chrómu je objemový podiel karbidu relatívne nízky (15 až 20 percent) a matrica je náchylnejšia na koróziu v kyslom prostredí kalu. Keď sa obsah chrómu zvyšuje smerom k 25 až 30 percentám, objemová frakcia karbidu sa zvyšuje na 25 až 35 percent a obsah chrómu v matrici sa zvyšuje na úroveň, ktorá poskytuje významnú odolnosť proti korózii v mierne agresívnom prostredí.

Druhy chrómu s obsahom 25 až 28 percent, často označované ako Cr26 alebo vyhovujúce špecifikácii ASTM A532 Trieda III Typ A, sú najrozšírenejšie používané pre náročné kombinované služby v oblasti oderu a korózie v aplikáciách banského kalu, zatiaľ čo triedy s 15 až 18 percentami chrómu (Cr15, ASTM A532 Trieda II Typ E) ponúkajú dobrú odolnosť proti drveniu a odolnosť proti drveniu. mlyny. Výber vhodnej triedy chrómu pre konkrétnu aplikáciu je prvým technickým rozhodnutím pri špecifikácii odliatky s vysokým obsahom chrómu a má väčší vplyv na životnosť ako akékoľvek následné tepelné spracovanie alebo prevádzkový parameter.

Legujúce prísady, ktoré menia výkon

Okrem chrómu a uhlíka sú kompozície liatiny s vysokým obsahom chrómu modifikované niekoľkými ďalšími legovacími prvkami, ktoré zjemňujú mikroštruktúru, zlepšujú kaliteľnosť alebo zlepšujú špecifické vlastnosti:

• Molybdén (0,5 až 3,0 percenta): Zvyšuje vytvrditeľnosť a zaisťuje, že martenzitická transformácia je úplná v hrubých častiach počas tepelného spracovania vzduchom alebo olejom. Bez molybdénu môžu odliatky s hrubým prierezom zadržiavať austenit v jadre, čím sa znižuje tvrdosť v oblastiach, kde dochádza v priebehu času k najhlbšiemu opotrebovaniu, keď sa povrch opotrebováva. Molybdén je štandardnou prísadou do odliatkov pre aplikácie vyžadujúce stálu tvrdosť v prierezoch presahujúcich 50 milimetrov.
• Mangán (0,5 až 1,5 percenta): Zvyšuje stabilitu austenitu, čo môže byť prospešné na kontrolu hladiny zadržaného austenitu v stave odlievania pred tepelným spracovaním, ale nadmerný mangán destabilizuje tvorbu martenzitu počas tepelného spracovania a mal by sa udržiavať v špecifikovanom rozsahu pre cieľovú kvalitu.
• Nikel (0,5 až 1,5 percenta): Používa sa v kombinácii s molybdénom na zvýšenie vytvrditeľnosti v triedach, kde samotný molybdén nestačí pre veľmi hrubé časti alebo kde je cena molybdénu kontrolovaná. Nikel má menší vplyv na kaliteľnosť na jednotku prídavku ako molybdén, ale je lacnejší, vďaka čomu je kombinácia ekonomicky optimálna pre mnohé komerčné odlievacie zliatiny.
• Meď (0,5 až 1,2 percenta): Podporuje potlačenie perlitu a zlepšuje tvrdosť matrice v niektorých nižších triedach chrómu. Prísady medi sú bežnejšie v zliatinách Cr15, kde vytvrditeľnosť zo samotného chrómu môže byť hraničná pre vytvrdzovanie na vzduchu stredných hrúbok prierezu.

Výhody liatiny s vysokým obsahom chrómu oproti štandardným odliatkom

Výkonnostné výhody liatiny s vysokým obsahom chrómu v porovnaní so štandardnou sivou liatinou, tvárnou liatinou a odliatkami z uhlíkovej ocele používanými vo všeobecnom strojárstve sú najjasnejšie demonštrované porovnaním špecifických údajov o rýchlosti opotrebenia z prevádzkových skúšok a štandardizovaných laboratórnych skúšok v rovnakých podmienkach použitia. Nasledujúce porovnanie sa zaoberá kľúčovými kategóriami výhod, ktoré riadia špecifikáciu odliatkov s vysokým obsahom chrómu v aplikáciách priemyselného opotrebovania.

Porovnanie životnosti abrazívneho opotrebovania

Pri vysokonapäťovom brúsení s hrubými, tvrdými abrazívnymi časticami (žula, kremenec, železná ruda a podobné brúsivá z tvrdej horniny s tvrdosťou podľa Mohsa nad 6) dosahujú odliatky z bieleho železa s vysokým obsahom chrómu 3 až 8-krát dlhšiu životnosť ako ekvivalentné komponenty vyrobené zo štandardnej šedej liatiny. Oproti kalenej stredne uhlíkovej oceli (350 až 400 HB) je výhoda typicky 2 až 4-násobná, v závislosti od tvrdosti abrazívnych častíc a podmienok namáhania. Pri abrázii s nízkym napätím s jemnými, mäkkými abrazívnymi časticami je výhoda životnosti opotrebenia skromnejšia, v rozsahu 1,5 až 2,5-násobku, pretože jemnejšie častice sú menej účinné pri penetrácii tvrdým karbidovým povrchom a výhoda mikroštruktúry karbidu oproti tvrdej martenzitovej matrici je menšia.

V publikovanej prevádzkovej skúške pri aplikácii drvenia vápenca dosiahli fúkacie tyče Cr26 s vysokým obsahom chrómu v horizontálnom drviči s nárazovým hriadeľom 850 metrických ton vápenca na kilogram opotrebovania dúchacej tyče v porovnaní s 210 metrickými tonami na kilogram pre dúchacie tyče z tvrdenej ocele ekvivalentnej geometrie v rovnakom drviči, ktorý spracováva rovnaký prívod. To predstavuje 4-násobnú výhodu životnosti pri opotrebovaní, ktorá po zohľadnení vyšších jednotkových nákladov na odliatky s vysokým obsahom chrómu priniesla 60-percentné zníženie nákladov na tonu drveného produktu zo samotného rozpočtu opotrebovania vyfukovacej tyče.

Kombinovaná odolnosť proti korózii a oderu

V aplikáciách spracovania za mokra, kde sa brúsna kaša dostáva do kontaktu s povrchom opotrebovania, synergický efekt súčasného oderu a korózie urýchľuje opotrebovanie rýchlosťou väčšou, než je súčet dvoch mechanizmov pôsobiacich nezávisle. Pasívna vrstva oxidu chrómu, ktorá sa tvorí na povrchu liatiny s vysokým obsahom chrómu (najmä triedy Cr26 s obsahom matricového chrómu vyšším ako 13 percent), poskytuje zmysluplnú ochranu proti korózii, ktorá spomaľuje toto synergické zrýchlenie, vďaka čomu je výhoda kombinovanej životnosti železa s vysokým obsahom chrómu v porovnaní s nechránenou uhlíkovou oceľou výrazne väčšia ako samotná výhoda suchého oderu.

V aplikáciách s kyslou minerálnou suspenziou s hodnotami pH medzi 4 a 6, kde je korózia významným mechanizmom opotrebovania, obežné kolesá čerpadiel a vložky Cr26 s vysokým obsahom chrómu preukázali životnosť 5 až 10-krát dlhšiu ako ekvivalenty uhlíkovej ocele, v porovnaní s 2- až 4-násobnou výhodou, ktorú možno vidieť pri aplikáciách suchého obrusovania s podobnou tvrdosťou častíc a nárazovými podmienkami.

Tabuľka porovnania opotrebovania: Druhy materiálov v brúsnej prevádzke

Drvič odliatkov s vysokým obsahom chrómu : Aplikácie nárazových drvičov

Nárazové drviče, vrátane horizontálnych hriadeľových impaktorov (HSI) a vertikálnych hriadeľových impaktorov (VSI), vystavujú svoje opotrebované komponenty mimoriadne náročnej kombinácii vysokorýchlostného nárazu a abrazívneho kĺzania. Primárne opotrebovávané komponenty v horizontálnych hriadeľových nárazových drvičoch sú fúkacie tyče, ochranné vložky (tiež nazývané nárazové dosky alebo nárazové dosky) a bočné vložky. Pri vertikálnych nárazových telesách hriadeľa sú kľúčovými komponentmi opotrebovania pätky rotora, nákovy a vložky prívodných rúrok. Liatina s vysokým obsahom chrómu je štandardná materiálová špecifikácia pre všetky tieto komponenty v aplikáciách na drvenie stredne tvrdých a tvrdých hornín.

Fúkacie tyče pre nárazové drviče s horizontálnym hriadeľom

Vyfukovacia tyč je primárnym drviacim prvkom v horizontálnom hriadeli nárazového zariadenia, ktoré sa otáča s rotorom pri rýchlosti hrotu 25 až 45 metrov za sekundu a opakovane naráža na podávaciu horninu vysokou rýchlosťou. Úderná tyč musí odolávať ako vysokoenergetickému nárazu počiatočného nárazu horniny, tak aj následnému abrazívnemu kĺzaniu úlomkov rozbitých hornín pozdĺž pracovnej plochy tyče, keď sa materiál urýchľuje cez drviacu komoru. Táto kombinácia nárazu a oderu si vyžaduje materiál, ktorý ponúka dostatočnú húževnatosť na to, aby prežil nárazové zaťaženie bez krehkého lomu, a vysokú tvrdosť, aby odolal abrazívnemu klznému opotrebovaniu.

Optimálnym materiálom fúkacej tyče pre vápenec, pieskovec a podobné suroviny strednej tvrdosti je typicky vysokochrómové železo Cr26 alebo Cr20 s tepelne upravenou tvrdosťou 60 až 65 HRC, čo poskytuje najlepšiu kombináciu životnosti a odolnosti proti lomu v tejto službe. Pre tvrdšie a abrazívnejšie vstupné materiály, ako je žula, kremenec a železná ruda, môže byť obsah chrómu zvýšený na 28 až 30 percent a dodatočný molybdén (1,5 až 2,5 percenta) sa použije na zabezpečenie úplnej transformácie martenzitu v celej hrúbke sekcie fúkacej tyče typicky 80 až 150 milimetrov.

Pre vysoko abrazívne vstupné materiály s obsahom oxidu kremičitého nad 60 percent (ako je kremenec a kremičitý piesok) sa používajú kompozitné fúkacie tyče s vložkou s vysokým obsahom chrómu zaliate do nosného telesa z tvárnej liatiny alebo ocele na spojenie odolnosti proti opotrebeniu vysoko chrómovej liatiny na pracovnej ploche s húževnatosťou tvárnej liatiny alebo ocele v upevňovacích bodoch, kde by krehký lom celej tyče z chrómovej liatiny s vysokou stratou.

Vložky do zástery a bočné vložky

Vložky zástera v horizontálnom nárazovom telese hriadeľa tvoria sekundárne nárazové plochy, na ktoré skala naráža po odhodení z rotora. Tieto vložky sú vystavené nárazom s nižšou rýchlosťou ako fúkacie tyče, ale stále vyžadujú vysokú tvrdosť, aby odolali abrazívnemu opotrebeniu spôsobenému kĺzaním hornín po ich povrchu medzi nárazmi. Vložky zo železa s vysokým obsahom chrómu triedy Cr15 alebo Cr20 sú štandardné pre aplikácie vo vápencoch a stredne tvrdých horninách; pre tvrdšiu horninu možno zvoliť triedu Cr26. Bočné vložky, ktoré obsahujú materiál v drviacej komore a vedú drvený produkt smerom k vypúšťaciemu otvoru, sú primárne vystavené abrazívnemu klznému opotrebovaniu s menším nárazom a trieda Cr15 je vhodná pre väčšinu aplikácií s bočnými vložkami bez ohľadu na tvrdosť horniny.

Komponenty rotora VSI

Vertikálne hriadeľové nárazové kladivá fungujú tak, že zrýchľujú privádzaný materiál cez rotor na rýchlosť 45 až 75 metrov za sekundu predtým, ako narazí na okolitý prstenec nákov alebo skalnú policu. Čeľuste rotora (komponenty, ktoré urýchľujú materiál cez rotor) a nákovy (pevné terče nárazu) sú vystavené extrémne agresívnemu kombinovanému nárazu a oderu. VSI rotorové čeľuste v aplikáciách s tvrdými horninami sú typicky triedy Cr26 alebo Cr28 s tvrdosťou 63 až 66 HRC a vymieňajú sa v intervaloch 100 až 400 hodín v závislosti od tvrdosti horniny a indexu abrazivity. Vysoká frekvencia výmeny dielov podliehajúcich opotrebovaniu VSI spôsobuje, že ekonomika výberu materiálu je mimoriadne citlivá na jednotkové náklady na hodinu prevádzky a pomer ceny a výkonu rôznych druhov železa s vysokým obsahom chrómu a konkurenčných materiálov sa hodnotí skôr na základe nákladov na tonu spracovaného produktu než samotnej jednotkovej ceny.

Vertikálna brúska odliatkov s vysokým obsahom chrómu

Vertikálne mlecie mlyny (tiež nazývané vertikálne valcové mlyny alebo VRM) melú surovinu, slinok, trosku a uhlie lisovaním a valcovaním vstupného materiálu medzi rotujúcimi mlecími valcami a stacionárnym alebo rotujúcim mlecím stolom. Kontaktný tlak medzi valcom a stolom presahuje 200 megapascalov v moderných vysoko účinných dizajnoch VRM a kombinácia vysokého normálneho namáhania, abrazívneho kĺzania v kontaktnej zóne medzi valcom a stolom a tepelnými účinkami vysokorýchlostného brúsenia generuje jeden z najťažších podmienok opotrebovania, s ktorými sa stretáva akékoľvek priemyselné odlievanie.

Brúsne valčekové pneumatiky a segmenty stola

Pneumatika brúsneho valca (vymeniteľný vonkajší plášť brúsneho valca) a segmenty brúsneho stola (segmenty vložky odolné proti opotrebeniu priskrutkované k brúsnemu stolu) sú primárne opotrebiteľné komponenty vo vertikálnom mlyne. Obidva komponenty sú zvyčajne odlievané zo železa s vysokým obsahom chrómu, pričom špecifická trieda sa volí na základe brúseného materiálu a špecifických prevádzkových parametrov VRM.

Na mletie cementovej suroviny a slinku, kde sa pri vysokej priepustnosti spracováva surovina strednej tvrdosti (Mohs 3 až 5), je železo s vysokým obsahom chrómu Cr15 až Cr20 štandardom pre valcové pneumatiky aj segmenty stolov, pričom poskytuje životnosť 8 000 až 15 000 prevádzkových hodín, kým je potrebná výmena. Na mletie trosky, kde je granulovaná vysokopecná troska výrazne tvrdšia a abrazívnejšia ako cementový slinok (tvrdosť podľa Mohsa 6 až 7 pre niektoré typy trosky), sa uprednostňuje trieda Cr26 a typická životnosť 6 000 až 10 000 hodín v závislosti od charakteristík trosky.

Veľkosť valcových pneumatík VRM a segmentov stola predstavuje značné problémy pri odlievaní, pretože časti s hrúbkou 100 až 250 milimetrov musia dosiahnuť rovnomernú tvrdosť, aby sa predišlo zrýchlenému opotrebovaniu, ku ktorému dochádza, keď je odkryté mäkšie jadro, keď sa počiatočná tvrdá povrchová vrstva opotrebováva. To si vyžaduje starostlivý návrh zliatiny s primeranou kaliteľnosťou (dosiahnutú prídavkom molybdénu a niklu, ako je opísané vyššie) a riadenými postupmi tepelného spracovania, ktoré dosiahnu požadovanú rýchlosť ochladzovania v celej hrúbke prierezu.

Prvky na mletie uhoľného mlyna

Uhoľné drviče používané v elektrárňach melú uhlie na jemný prášok pred vstrekovaním do kotlových pecí. Mlecie prvky (vložky misiek, plášte valcov a segmenty stola) v drvičoch uhlia pracujú v prostredí súčasného odierania od uhlia a minerálnych inklúzií, tepelného cyklovania z horúceho vzduchu používaného na sušenie uhlia počas mletia a potenciálneho rizika vznietenia výbuchu v dôsledku hromadenia uhoľného prachu. Liatina s vysokým obsahom chrómu je štandardným materiálom mlecích prvkov pre všetky hlavné konštrukcie misových mlynov a valcových mlynov používaných pri výrobe energie, pričom najbežnejšia je trieda Cr15 a trieda Cr26 používaná pre vysoko abrazívne uhlie s vysokým obsahom minerálnych látok (obsah popola nad 20 percent).

Súhrn aplikácií VRM podľa zemného materiálu

Ako zlepšiť odolnosť odliatkov s vysokým obsahom chrómu proti opotrebovaniu

Odolnosť proti opotrebeniu pri odliatkoch s vysokým obsahom chrómu nie je pevnou vlastnosťou, ktorú určuje samotná chémia. Je výsledkom celého výrobného procesu od návrhu zliatiny cez tavenie, tuhnutie a tepelné spracovanie a možno ho podstatne zlepšiť cielenými zásahmi v každej fáze. Pochopenie toho, ktoré premenné majú najväčší vplyv na výkon opotrebovania, umožňuje zlievarňam a koncovým používateľom robiť dobre cielené zlepšenia, a nie aplikovať všeobecné zlepšenia kvality, ktoré nemusia riešiť špecifický obmedzujúci faktor ich aplikácie.

Tepelné spracovanie: Jediná najpôsobivejšia premenná

Tepelné spracovanie odliatkov z bieleho železa s vysokým obsahom chrómu je jediným výrobným krokom s najväčším vplyvom na konečnú odolnosť odliatku voči opotrebovaniu. Účelom tepelného spracovania je transformovať kovovú matricu z jej liateho stavu (zmes austenitu, karbidov a často nejakého perlitu alebo martenzitu v závislosti od zliatiny a rýchlosti ochladzovania) na plne martenzitický stav, ktorý poskytuje maximálnu tvrdosť a húževnatosť potrebnú na odolnosť proti lomu pri nárazovom zaťažení.

Štandardný cyklus tepelného spracovania pre biele železo s vysokým obsahom chrómu pozostáva z dvoch fáz:

1. Destabilizačná (austenitizačná) liečba: Odliatok sa zahreje na teplotu v rozsahu 950 až 1060 stupňov Celzia (presná teplota závisí od triedy zliatiny a cieľa rozpúšťania karbidu) a udržiava sa pri tejto teplote po dobu 2 až 6 hodín v závislosti od hrúbky profilu. Počas tohto zdržania sa sekundárne karbidy, ktoré sa vyzrážali počas tuhnutia, čiastočne rozpustia späť do austenitickej matrice, čím sa matrica obohatí o chróm a uhlík a zaistia sa jednotné východiskové podmienky pre nasledujúci krok vytvrdzovania. Destabilizačná teplota musí byť presne kontrolovaná v rozmedzí plus alebo mínus 10 stupňov Celzia, aby sa predišlo nedostatočnému rozpúšťaniu sekundárnych karbidov (čo spôsobuje, že matrica je príliš chudá na úplné vytvrdenie) alebo nadmernému rozpúšťaniu primárnych karbidov (ktoré zdrsňujú štruktúru karbidov a znižujú odolnosť proti opotrebovaniu).
2. Kalenie vzduchom alebo olejom: Po zadržaní destabilizácie sa odliatok rýchlo prenesie do ochladzovacieho média. Ochladzovanie vzduchom (nútené ochladzovanie vzduchom) je dostatočné pre väčšinu zliatin s adekvátnymi prídavkami na kalenie (molybdén nad 1,5 percenta pre profily do 100 milimetrov); ochladzovanie do oleja sa používa pre zliatiny s nižšou kaliteľnosťou alebo pre veľmi hrubé časti, kde je chladenie vzduchom príliš pomalé na potlačenie tvorby perlitu. Cieľom je ochladiť cez teplotu perlitovej špičky (približne 550 až 650 stupňov Celzia) dostatočne rýchlo, aby sa potlačila perlitická transformácia a dosiahla sa plne martenzitická matrica, pričom sa chladí dostatočne pomaly pri teplote martenzitu (pod 200 stupňov Celzia), aby sa predišlo praskaniu v dôsledku tepelného napätia.

Po spracovaní kalením sa aplikuje temperovanie na uvoľnenie napätia pri 200 až 260 stupňoch Celzia na 2 až 4 hodiny, aby sa znížilo vnútorné napätie vznikajúce počas rýchleho ochladzovania, čím sa zlepšila odolnosť proti lomu bez výrazného zníženia tvrdosti matrice.

Zjemnenie mikroštruktúry počas tuhnutia

Veľkosť a rozloženie karbidu dosiahnuté počas tuhnutia stanovujú hornú hranicu odolnosti proti opotrebeniu, ktorú nemôže prekročiť ani dokonalé tepelné spracovanie. Hrubé, zle distribuované karbidy poskytujú menej účinnú bariéru proti abrazívnemu opotrebovaniu ako jemné, rovnomerne rozdelené karbidy s rovnakým celkovým objemovým podielom, pretože hrubé karbidy umožňujú väčším abrazívnym časticiam nájsť matricový materiál medzi karbidmi, aby sa prerezali, zatiaľ čo jemné karbidy predstavujú efektívne rovnomerný tvrdý povrch brusiva.

Zušľachtenie karbidov je možné dosiahnuť pomocou:

• Regulovaná teplota nalievania: Liatie pri najnižšej prijateľnej teplote na úplné vyplnenie formy (zvyčajne 1 350 až 1 420 stupňov Celzia pre železo s vysokým obsahom chrómu) zvyšuje podchladenie počas tuhnutia, čo podporuje jemnejšiu tvorbu zárodkov karbidu a jemnejšiu konečnú veľkosť karbidu. Nadmerná teplota liatia zdrsňuje mikroštruktúru tuhnutia a vytvára väčšie primárne karbidy.
• Očkovanie: Malé prídavky titánu (0,05 až 0,1 percenta), vanádu (0,1 až 0,3 percenta) alebo iných prvkov tvoriacich karbidy poskytujú dodatočné miesta nukleácie pre tvorbu karbidu počas tuhnutia, čím sa vytvára jemnejšia a rovnomernejšia distribúcia karbidov. Zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu pri samotnom očkovaní (bez iných zmien) bolo kvantifikované na 10 až 20 percent v laboratórnych testoch opotrebenia porovnávajúcich naočkované a nenaočkované háravy rovnakého nominálneho zloženia.
• Riadená rýchlosť tuhnutia: Rýchlejšie tuhnutie vytvára jemnejšie karbidy. V prípade malých až stredných odliatkov sa pri použití kovových chladív na pracovných plochách vo forme zvyšuje rýchlosť chladenia na týchto plochách, čím sa vytvárajú jemnejšie karbidy v oblastiach, ktoré sú pri prevádzke najviac opotrebované.

Manažment zachovaného austenitu

Po štandardnom tepelnom spracovaní väčšina odliatkov z bieleho železa s vysokým obsahom chrómu obsahuje 5 až 20 percent zadržaného austenitu v matrici, v závislosti od zloženia zliatiny a parametrov tepelného spracovania. Zadržaný austenit je mäkšia fáza (približne 300 až 400 HV) ako martenzit (800 až 1 000 HV) a vysoké hladiny zadržaného austenitu znižujú tvrdosť matrice a odolnosť odliatku voči abrazívnemu opotrebovaniu. V aplikáciách, kde sa vyžaduje maximálna odolnosť proti abrazívnemu opotrebeniu a rázové zaťaženie je mierne, by sa mal obsah zadržaného austenitu minimalizovať na menej ako 10 percent jedným z nasledujúcich prístupov: kryogénne spracovanie pri mínus 70 až mínus 196 stupňoch Celzia po bežnom tepelnom spracovaní, podchladenie na teploty pod konečnou teplotou martenzitu alebo úprava zloženia na zníženie počiatočnej teploty martenzitu.

V aplikáciách so značným nárazovým zaťažením je určitá úroveň zadržaného austenitu (10 až 20 percent) výhodná, pretože poskytuje odolnosť proti prasklinám, ktorá zabraňuje šíreniu mikrotrhlín vyvolaných nárazom cez odliatok. Optimálna úroveň zachovaného austenitu je preto špecifická pre aplikáciu a predstavuje kompromis medzi odolnosťou proti opotrebovaniu a húževnatosťou, ktorý sa musí vyriešiť na základe dominantného spôsobu zlyhania v špecifickom prevádzkovom prostredí.

Ako udržiavať odliatky s vysokým obsahom chrómu pre dlhú životnosť

Údržba odliatkov s vysokým obsahom chrómu v aplikáciách drvičov a drvičov zahŕňa prevádzkové postupy, ktoré zachovávajú integritu inštalovaných opotrebiteľných dielov, ako aj postupy monitorovania a plánovania výmeny, ktoré maximalizujú celkovú životnosť každého dielu bez spôsobenia výrobných strát a mechanického poškodenia, ku ktorému dochádza, keď sú diely opotrebované za hranicu použiteľnosti pred výmenou. Nasledujúci rámec údržby sa zaoberá oboma dimenziami.

Prevádzkové postupy, ktoré zachovávajú integritu odliatku

Spôsob, akým je drvič alebo drvič prevádzkovaný, má priamy vplyv na rýchlosť opotrebenia a výskyt zlomenín jeho odliatkov s vysokým obsahom chrómu a prevádzková disciplína okolo nasledujúcich postupov vedie k merateľným zlepšeniam životnosti odliatkov:

• Ovládajte trampolínu a nerozdrviteľný materiál v krmive: Oceľová výstužná tyč, zuby rýpadla a ďalší kov v podávaní drviča vytvára extrémne nárazové javy, ktoré môžu zlomiť fúkacie tyče s vysokým obsahom chrómu, vložky zástery a VSI topánky, aj keď je normálna prevádzková úroveň nárazu v rozsahu húževnatosti materiálu. Inštalujte a udržiavajte účinnú detekciu kovu pri nárazoch (zvyčajne detektory kovov a magnetické systémy vhodné pre daný typ materiálu) pred všetkými nárazovými drvičmi, ktoré spracovávajú zmiešané alebo demolačné prúdy.
• Ovládajte veľkosť posuvu a rýchlosť posuvu: Nadrozmerný posuv v rázovom drviči vytvára väčšie než konštrukčné nárazové udalosti, ktoré urýchľujú opotrebovanie a zvyšujú riziko zlomenín. Udržiavajte skalpovacie a triediace sitá pred drvičom v dobrom prevádzkovom stave, aby ste zabezpečili, že prívod drviča zodpovedá špecifikácii nominálnej veľkosti podávania, pre ktorú boli fúkacie tyče a vložky navrhnuté. Nárazy rýchlosti posuvu, ktoré spôsobujú, že rotor naráža skôr na masívne nahromadené materiály než na jednotlivé častice, podobne zvyšujú špičkové nárazové zaťaženie; používajte systémy s riadeným podávaním (pásové podávače s reguláciou rýchlosti namiesto nárazových násypníkov s nekontrolovaným vypúšťaním), aby ste udržali konzistentnú rýchlosť podávania.
• Udržujte správnu rýchlosť rotora a nastavenie medzery: V nárazových drvičoch určuje rýchlosť rotora kinetickú energiu každej úderovej tyče na náraz na kameň a je primárnou prevádzkovou premennou ovplyvňujúcou rýchlosť výroby aj rýchlosť opotrebenia. Prevádzka pri minimálnej rýchlosti rotora, ktorá dosahuje požadovanú špecifikáciu veľkosti produktu, minimalizuje mieru opotrebovania na tonu; beh vyššou rýchlosťou, ako je potrebné, zvyšuje spotrebu energie a urýchľuje opotrebovanie bez zlepšenia kvality produktu. Overte, či sú nastavenia medzery v medzipriestore v rámci špecifikácií; Príliš tesné medzery zvyšujú pravdepodobnosť zaseknutia veľkých úlomkov medzi rotorom a krytom, čím sa vytvárajú nárazové udalosti, ktoré môžu zlomiť fúkacie tyče aj kryty súčasne.
• Vyfukovacie tyče otáčajte v správnych intervaloch: Nárazové drviče s horizontálnym hriadeľom sú navrhnuté tak, aby sa fúkacie tyče mohli otáčať o 180 stupňov alebo premiestňovať z orientácie prednej hrany na zadnú hranu, keď sa jedna strana opotrebuje na limit otáčania. Otáčanie v správnom bode vyrovnáva opotrebenie medzi dvoma pracovnými plochami každej fúkacej tyče, čím sa efektívne zdvojnásobuje celkový objem opotrebovania extrahovaný z každej tyče v porovnaní s chodom na úplné opotrebenie na jednej ploche pred rotáciou. Oneskorené otáčanie má za následok nerovnomerné opotrebovanie, ktoré znižuje využiteľný objem opotrebovania a môže spôsobiť nerovnováhu rotora, ktorá zvyšuje zaťaženie ložísk a vibrácie.

Plán kontroly a merania opotrebovania

Systematické meranie hĺbky opotrebenia odliatku v pravidelných intervaloch je základom efektívneho plánovania výmeny. Bez kvantitatívnych údajov o opotrebení sú rozhodnutia o výmene založené len na vizuálnom posúdení, čo má tendenciu viesť buď k predčasnej výmene dielov so zostávajúcou životnosťou (spôsobujúc zbytočné náklady na diel), alebo k oneskorenej výmene dielov opotrebovaných pod ich bezpečný prevádzkový limit (riziko mechanického poškodenia hostiteľského zariadenia).

Vytvorte rutinu merania opotrebenia pomocou posuvných meradiel alebo ultrazvukových hrúbkomerov, ktoré merajú hĺbku opotrebenia v definovaných referenčných bodoch na každom odliatku v pravidelných kontrolných intervaloch (zvyčajne každých 250 až 500 prevádzkových hodín pre veľmi zaťažené opotrebiteľné diely drviča a každých 500 až 1 000 hodín pre brúsne prvky VRM). Zaznamenajte tieto merania do sledovacej tabuľky a zakreslite kumulatívne opotrebovanie v závislosti od prevádzkových hodín. Výsledná krivka miery opotrebovania umožňuje predpovedať zostávajúcu životnosť v ktoromkoľvek kontrolnom bode, čo umožňuje plánovanú výmenu naplánovať počas vhodného intervalu údržby namiesto reakcie na núdzovú poruchu spôsobenú opotrebovaným dielom.

Oprava zváraním odliatkov s vysokým obsahom chrómu

Biele železo s vysokým obsahom chrómu je ťažké zvárať konvenčnými metódami kvôli jeho krehkosti a vysokému uhlíkovému ekvivalentu, ktoré podporujú praskanie ako v návare, tak aj v tepelne ovplyvnenej zóne susediacej so zvarom. Avšak prekrytie natvrdo navareným zvarom s použitím vhodných elektród z karbidu chrómu alebo plneného drôtu možno použiť na obnovu opotrebovaných povrchov hrubých odliatkov na mieste, čím sa predĺži životnosť bez nákladov na úplnú výmenu dielu. Kľúčové požiadavky na úspešné naváranie odliatkov zo železa s vysokým obsahom chrómu sú:

• Predhrejte na 400 až 500 stupňov Celzia pred zváraním, aby sa znížil tepelný gradient medzi zvarovým kúpeľom a okolitým materiálom na odlievanie za studena, ktorý je primárnou hnacou silou praskania tepelne ovplyvnenej zóny v železách s vysokým obsahom uhlíka a chrómu.
• Používajte tvrdonávarový spotrebný materiál z karbidu chrómu (nie elektródy na všeobecné použitie alebo austenitické nehrdzavejúce elektródy), ktoré vytvárajú nános s vlastnosťami opotrebovania porovnateľnými so základným odlievacím materiálom. Usadeniny z nevhodnej elektródy, ktorá je mäkšia ako okolitý základný materiál, sa prednostne opotrebujú, čím sa neguje účel opravy.
• Ovládanie interpass teploty a umožňujú riadené pomalé ochladzovanie po zváraní zabalením dielu do izolačných prikrývok, aby sa minimalizovalo tepelné namáhanie počas chladenia, ktoré spôsobuje oneskorené praskanie v odliatkoch s hrubými profilmi.

Odliatky s vysokým obsahom chrómu predstavujú technicky vyspelé a ekonomicky overené riešenie problému opotrebovania v najnáročnejších priemyselných aplikáciách. Kombinácia výberu vhodnej triedy chrómu pre špecifické podmienky abrazíva a nárazu, špecifikovanie správnych parametrov tepelného spracovania na maximalizáciu tvrdosti a húževnatosti matrice, uplatňovanie prevádzkovej disciplíny osvedčených postupov na zachovanie integrity odliatkov v prevádzke a implementácia systematického merania opotrebovania a plánovania výmeny vytvára najnižšie celkové náklady na vlastníctvo dielov s vysokým obsahom chrómu počas celej životnosti drviaceho a brúsneho zariadenia.

Kontrola kvality pri výrobe odliatkov s vysokým obsahom chrómu

Konzistentnosť výkonu odliatkov s vysokým obsahom chrómu v prevádzke závisí od prísnosti kontroly kvality uplatňovanej počas ich výroby. Na rozdiel od výrobkov z komoditnej ocele, kde sa rozsah zloženia a mechanických vlastností prísne riadi široko prijatými normami, odliatky z bieleho železa s vysokým obsahom chrómu sa často vyrábajú podľa vlastných špecifikácií alebo špecifikácií špecifických pre aplikáciu, kde sú kontroly kvality výroby uplatňované zlievarňou primárnou zárukou konzistentného výkonu. Pochopenie toho, aké kontroly kvality by mali byť špecifikované a overené pri obstarávaní odliatkov s vysokým obsahom chrómu, umožňuje kupujúcim rozlíšiť spoľahlivé zdroje od tých, ktorí vyrábajú nekonzistentný produkt.

Overenie chemického zloženia

Každé teplo z železo s vysokým obsahom chrómu by sa mali analyzovať pred naliatím pomocou optickej emisnej spektrometrie (OES) na vzorku odobratú z panvy alebo pece. Analýza musí potvrdiť, že všetky špecifikované legujúce prvky (chróm, uhlík, molybdén, nikel a kremík) sú v cieľovom rozsahu zloženia predtým, ako sa teplo naleje do foriem. Teploty mimo špecifikácie by sa mali pred nalievaním korigovať pridaním zliatiny; vylievanie tepla, ktoré nezodpovedá špecifikácii v očakávaní, že to bude prijateľné, predstavuje významné kvalitatívne riziko, pretože dôsledky nesprávneho zloženia na výkon opotrebovania a odozvu tepelného spracovania nemusia byť zjavné, kým sa diely nenainštalujú do prevádzky.

Kupujúci by mali vyžadovať osvedčenia o skúške lisovne (MTC), ktoré ukazujú skutočnú analýzu panvy pre každú výrobnú dávku, a nie akceptovať certifikáty všeobecnej kvality, ktoré potvrdzujú súlad so štandardnou špecifikáciou bez uvádzania skutočného zloženia špecifických dodaných častí. Porovnanie údajov MTC v rámci viacerých objednávok umožňuje identifikovať trendy variácií zloženia skôr, ako ovplyvnia výkon služby, a poskytuje údaje potrebné na koreláciu variácií zloženia s pozorovanými rozdielmi v životnosti medzi jednotlivými šaržami.

Testovanie tvrdosti po tepelnom spracovaní

Každý železo s vysokým obsahom chrómu casting by sa mala po tepelnom spracovaní otestovať tvrdosť podľa Rockwella, aby sa overilo, či bola požadovaná tvrdosť dosiahnutá v celej zamýšľanej meracej zóne. Pre väčšinu opotrebiteľných dielov drvičov a drvičov je špecifikovaný rozsah tvrdosti 58 až 66 HRC v závislosti od triedy zliatiny a aplikácie. Testovanie tvrdosti by sa malo vykonávať minimálne na troch miestach na odliatok: dve protiľahlé polohy pracovného povrchu a jedna poloha hrany. Odliatok, ktorý vykazuje prijateľnú tvrdosť na pracovnom povrchu, ale výrazne nižšiu tvrdosť v polohách hrán, naznačuje neúplnú transformáciu martenzitu v oblastiach s nižšou rýchlosťou ochladzovania počas kalenia, čo môže spôsobiť prednostné opotrebovanie v týchto polohách v prevádzke.

V prípade veľkých odliatkov, kde môže zmena hrúbky prierezu ovplyvniť distribúciu tvrdosti hrúbky, deštruktívne testovanie prechodu tvrdosti na vzorkách vyrezaných z reprezentatívnych pozícií odliatkov prototypu alebo prvého výrobku stanovuje gradient tvrdosti v priereze a overuje, či tepelné spracovanie dosahuje minimálnu požadovanú tvrdosť vo všetkých hĺbkach, ktoré budú vystavené počas celej životnosti dielu. Toto testovanie je obzvlášť dôležité pre pneumatiky brúsnych valcov VRM a segmenty stolov s prierezmi presahujúcimi 100 milimetrov, kde je tvrdosť jadra po tepelnom spracovaní rozhodujúca pre výkon, pretože povrch sa opotrebováva a hlbší materiál sa časom stáva pracovným povrchom.

Rozmerová kontrola a kvalita povrchu

Rozmerová zhoda s uvedeným výkresom sa overuje meraním všetkých kritických rozmerov pomocou kalibrovaných meradiel a šablón. Pri odliatkoch, ktoré sú po tepelnom spracovaní povrchovo opracované (ako sú obežné kolesá čerpadiel, segmenty brúsnych prstencov a presné trecie platne), meranie rozmerov po konečnom opracovaní potvrdí, že opracovaním sa dosiahla požadovaná rozmerová presnosť a povrchová úprava. Pri odliatkoch, ktoré sa používajú v odliatkoch alebo na zemi, sa rozmerové kontroly zameriavajú na montážne a spojovacie povrchy, ktoré určujú správne uloženie a zarovnanie v hostiteľskom zariadení.

Kontrola kvality povrchu zahŕňa vizuálny vzhľad povrchu odliatku a nedeštruktívne testovanie podpovrchových defektov v kritických aplikáciách. Vizuálna kontrola identifikuje pórovitosť zmršťovania pri lámaní povrchu, studené uzávery, horúce trhliny a výraznú drsnosť povrchu, ktoré poukazujú na problémy s kvalitou odliatku. Pre vysokovýkonné aplikácie, ako sú veľké čeľuste rotora VSI, brúsne prvky VRM a komponenty v kritických procesných strojoch, testovanie penetračným farbivom alebo testovanie magnetickými časticami na prístupných povrchoch poskytuje dodatočnú istotu, že pred inštaláciou dielov do prevádzky nie sú prítomné žiadne praskliny na povrchu. Trhliny v odliatkoch z liatiny s vysokým obsahom chrómu sa nezastavia samy, ako by tomu bolo v tvárnych materiáloch; povrchová trhlina na opotrebiteľnej časti silne zaťaženého nárazového drviča sa môže pri prevádzkovom zaťažení rýchlo rozšíriť až do katastrofálneho zlomu, vďaka čomu je detekcia trhlín pred servisom zmysluplnou investíciou do bezpečnosti aj spoľahlivosti výroby.