Как используются отливки из высокомарганцевой стали и чем они отличаются от высокоуглеродистой стали и мелющих шаров?

Что такое отливки из высокомарганцовистой стали и когда они являются правильным выбором

Отливки из стали с высоким содержанием марганца представляют собой детали из износостойкой аустенитной стали, содержащие от 10% до 14% марганца и от 1,0% до 1,4% углерода, производимые путем литья в формы, а затем закаленные в воде при температуре выше 1050 градусов Цельсия для достижения полностью аустенитной микроструктуры, которая резко упрочняется под ударной нагрузкой. Они являются основным материалом изнашиваемых деталей в устройствах с ударным воздействием: пластины щековых дробилок, кожухи конусных дробилок, ударные дробилки, футеровки вращающихся дробилок, рельсовые переезды и зубья экскаваторов, где сочетание повторяющихся ударов и истирания одновременно подвергает материал воздействию.

Основное правило выбора таково: выбирайте отливки из высокомарганцевой стали, когда доминирующим механизмом напряжения является удар и можно активировать эффект наклепа; выбирайте отливки из чугуна с высоким содержанием хрома, когда преобладает истирание, а ударная нагрузка слишком мала, чтобы стимулировать нагартование марганцевой стали. Марганцевая сталь, которая не подвергается закалке (поскольку ударная нагрузка недостаточна), остается мягкой при температуре от 180 до 220 по Бринеллю и быстро изнашивается. При правильном применении его нагартованная поверхность достигает 450–550 единиц по Бринеллю, в то время как сердцевина остается достаточно прочной, чтобы противостоять разрушению.

Что касается мелющих тел, дробильные шары и мелющие шары из кованой стали выполняют различные функции и выбираются в зависимости от применения измельчения, требуемой твердости и соотношения ударной и абразивной прочности внутри мельницы.

Что такое марганцевая сталь: ASTM A128 и международные эквиваленты

На вопрос о том, что такое марганцевая марганцовистая сталь, лучше всего ответить, обратившись к ASTM A128, основному стандарту технических характеристик для отливок из аустенитной марганцевой стали в Северной Америке и в международной торговле. ASTM A128 определяет несколько марок, различающихся по содержанию марганца, углерода и легирующим добавкам, которые модифицируют основной материал в соответствии с конкретными требованиями к производительности.

Определения марок ASTM A128

Наиболее распространенной маркой изнашиваемых деталей дробилок является ASTM A128 B-2 или B-3 , который обеспечивает стандартный диапазон содержания марганца от 11,5% до 14% с диапазоном углерода, который уравновешивает реакцию на деформационное упрочнение и ударную вязкость. Марка C (с добавкой хрома) предназначена для применений, связанных с очень твердыми абразивами (кремнезем с содержанием SiO2 выше 70%, кварцит, кремень), где дополнительные карбиды хрома улучшают начальную износостойкость до того, как наступит полное нагартование. Марка D (с молибденом) предназначена для отливок толщиной более 100 мм, где молибден улучшает прокаливаемость и снижает риск неполного отжига на раствор внутри отливки.

Для чего используется высокомарганцевая сталь: применение в различных отраслях

Вопрос о том, для чего используется сталь с высоким содержанием марганца, охватывает чрезвычайно широкий спектр отраслей и применений, и все они связаны общим требованием к материалу, который может противостоять сильному ударному истиранию в сочетании с риском катастрофических нагрузок, которые могут привести к разрушению более твердых и хрупких материалов. Механизм деформационного упрочнения и высокая прочность отливок из высокомарганцевой стали делают их уникально подходящими для такого сочетания требований.

Горное дело и переработка полезных ископаемых

Горнодобывающая промышленность является крупнейшим в мире сектором применения отливок из высокомарганцевой стали. Для переработки твердых пород минералов требуется дробильное оборудование, которое контактирует с чрезвычайно твердым абразивным исходным материалом с высокой энергией, создавая именно такие условия ударно-абразивного воздействия, в которых марганцевая сталь превосходит других:

• Износные пластины щековой дробилки (щековые матрицы): Неподвижные и поворотные щеки щековых дробилок являются наиболее часто заменяемыми отливками из высокомарганцевой стали при разработке карьеров и горных пород. Щековая дробилка размером 600 x 900 мм перерабатывает от 100 до 300 тонн твердой породы в час, а щековые пластины обычно выдерживают от 1500 до 5000 тонн перерабатываемого материала в зависимости от твердости породы до замены. Марганцевая сталь марки B-2 или C обеспечивает наилучший баланс производительности в этом применении.
• Кожухи и вогнутые кольца конусной дробилки: Внутренняя оболочка и внешняя вогнутая футеровка чаши конусных дробилок обычно представляют собой вторую и третью по объему отливку из высокомарганцовистой стали на заводе по переработке твердых пород. Полусферическая форма и большая масса (от 300 до 2000 кг на компонент в больших конусных дробилках первичного дробления) требуют тщательного литейного производства с использованием правильно спроектированных стояков для предотвращения внутренней усадочной пористости.
• Вращающиеся футеровки дробилки: В циркулярных дробилках первичного дробления, перерабатывающих рядовую породу крупных карьеров, используются самые крупные отливки из высокомарганцевой стали, производимые на большинстве литейных заводов: узел крестовины, вогнутые сегментные кольца и кожух больших первичных циркуляционных дробилок могут весить от 5 000 до 15 000 кг на компонент.
• Биты ударных дробилок и ударные фартуки: В ударных дробилках с горизонтальным валом (HSI) и ударных дробилках с вертикальным валом (VSI) используются билы из марганцевой стали и ударные фартуки в тех случаях, когда перерабатываются известняк, переработка бетона и аналогичные исходные материалы средней твердости. Для подачи очень твердого абразива в дробилки VSI иногда предпочтительнее железо с высоким содержанием хрома, чем марганцевая сталь.

Железнодорожная и транспортная инфраструктура

Переезды железнодорожных путей (крестовины и стрелочные переводы) являются одними из крупнейших негорнодобывающих применений отливок из высокомарганцевой стали. Точка пересечения, где железнодорожные колеса должны пересекать зазор в рельсе, испытывает интенсивную повторяющуюся ударную нагрузку с высокой частотой, которая быстро утомляет и разрушает высокоуглеродистую сталь или чугун, в то время как нагартование марганцевой стали позволяет переезду становиться все более твердым и более устойчивым к ударным повреждениям при эксплуатации. Рельсовый переезд, отлитый из марганцевой стали ASTM A128 класса B-2, обычно служит в 3–10 раз дольше, чем эквивалентный компонент, изготовленный из рельса из перлитной высокоуглеродистой стали, в тяжелых грузовых железнодорожных перевозках.

Земляные Переезды и Раскопки

Зубья ковша экскаватора, режущие кромки и кромки копания подвергаются серьезному комбинированному воздействию и истиранию от камнесодержащего грунта, сланца и взорванного горного материала. Зубья из марганцевой стали затвердевают из исходного мягкого состояния в течение первых часов использования, когда камни ударяются и истирают поверхность зуба, постепенно улучшая устойчивость к дальнейшему износу. Кромки ковша погрузчика и отвалы автогрейдера, работающие на гравийной и каменистой местности, также изготовлены из марганцевой стали, что обеспечивает увеличенный срок службы по сравнению с традиционными альтернативами из конструкционной стали.

Высокомарганцевая сталь против высокоуглеродистой стали: какую выбрать и почему

Сравнение высокомарганцовистой стали и высокоуглеродистой стали для защиты от износа практически важно, поскольку оба материала широко используются в абразивных и ударных промышленных средах и иногда предлагаются в качестве альтернативы друг другу при принятии решений о закупках. Понимание реальных различий в характеристиках предотвращает дорогостоящее неправильное применение любого материала.

Микроструктурная основа различия высокомарганцевой стали и высокоуглеродистой стали

Разница в характеристиках стали с высоким содержанием марганца и стали с высоким содержанием углерода обусловлена принципиально разными микроструктурами двух семейств материалов:

• Микроструктура высокоуглеродистой стали: Высокоуглеродистые стали (от 0,6% до 1,0% углерода) обычно имеют перлитную или мартенситную микроструктуру в зависимости от термической обработки. Перлитная высокоуглеродистая сталь (как и рельсовая сталь) имеет пластинчатую структуру феррита и цементита, обеспечивающую сочетание прочности, твердости (от 250 до 350 НВ) и умеренной ударной вязкости. Мартенситная высокоуглеродистая сталь (например, износостойкие пластинчатые стали, от AR400 до AR500) достигает твердости от 400 до 500 HB за счет закалки, но имеет ограниченную ударную вязкость на этих уровнях твердости.
• Микроструктура стали с высоким содержанием марганца: Сталь с высоким содержанием марганца после отжига на раствор и закалки в воде имеет полностью аустенитную микроструктуру. Аустенит изначально мягкий (от 180 до 220 HB), но постепенно переходит в нагартованное состояние под ударной нагрузкой, в конечном итоге достигая 450–550 HB на рабочей поверхности, в то время как основная часть отливки остается твердым аустенитом. Это превращение включает как деформационное образование мартенсита, так и механическое двойникование кристаллической структуры аустенита.

Прямое сравнение характеристик: высокомарганцовистая сталь и высокоуглеродистая сталь

Практическое правило принятия решения о выборе стали с высоким содержанием марганца по сравнению с высокоуглеродистой сталью ясно: везде, где наряду с абразивным воздействием присутствуют значительные ударные нагрузки и где возможны попадание металла или незапланированные перегрузки, отливки из высокомарганцевой стали обеспечивают более высокие общие эксплуатационные характеристики и меньший риск катастрофических отказов, чем альтернативы из высокоуглеродистой стали. Для чистого истирания при низком напряжении без значительного воздействия (конвейерные желоба, шламовые трубы, тонкое шлифование) высокоуглеродистые мартенситные стали часто обеспечивают более высокие показатели скорости износа, поскольку марганцевая сталь не может создать упрочненную поверхность, для достижения которой требуется ударная нагрузка.

Стояк при литье: функция, конструкция и его решающая роль в обеспечении качества высокомарганцовистой стали

Стояк при отливке (также называемый питателем или подающей головкой) — это резервуар с жидким металлом, прикрепленный к отливке во время разливки, который остается жидким дольше, чем основное тело отливки, и подает расплавленный металл в затвердевающую отливку, чтобы компенсировать объемную усадку, возникающую при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Понимание функции стояка при отливке напрямую связано с качеством отливок из высокомарганцовистой стали, поскольку усадочная пористость в отливках из марганцевой стали с недостаточным стояком является основной причиной преждевременного выхода изнашиваемых деталей в процессе эксплуатации.

Почему отливкам из стали с высоким содержанием марганца нужны эффективные стояки

Все металлы сжимаются при переходе из жидкого состояния в твердое, а сталь во время затвердевания сжимается примерно на 3–4% по объему. Если эта усадка не компенсируется подачей жидкого металла из стояка, то образовавшаяся в результате усадки пустота образуется внутри отливки в виде пористости: либо дисперсной микропористости, распределенной по объему отливки, либо концентрированной макропористости (усадочной полости) в области, которая затвердевает последней. Отливки из стали с высоким содержанием марганца особенно подвержены дефектам усадки, потому что:

• Высокая усадка при затвердевании: Аустенитная марганцевая сталь имеет более высокую усадку при затвердевании, чем углеродистая сталь, примерно от 4 до 5% по объему, что требует большего объема стояка по сравнению с объемом отливки, чем для низколегированных сталей.
• Высокая температура заливки: Марганцевую сталь разливают при температуре от 1480 до 1540 градусов Цельсия, что значительно выше, чем у углеродистой стали. Больший перегрев означает, что стояк при отливке дольше остается жидким по сравнению с отливкой, что полезно для подачи, но также означает, что необходимо компенсировать большую общую усадку.
• Переменная толщина секции: Изнашиваемые детали дробилки, включая щековые пластины, кожухи конуса и вращающиеся вогнутые кольца, имеют сложную геометрию со значительно различной толщиной сечения. Толстые секции охлаждаются медленнее, чем тонкие секции, создавая сложную структуру фронтов затвердевания, которую необходимо предусмотреть при проектировании стояков, чтобы пути подачи оставались открытыми до тех пор, пока все толстые секции не затвердеют.

Типы стояков в конструкциях отливок

• Стояк с открытым верхом: Цилиндрический резервуар, открытый сверху, который остается жидким благодаря выравниванию атмосферного давления через открытый верх. Простота проектирования и проверки (верхняя часть стояка остается вогнутой во время затвердевания, если подача происходит правильно, что создает видимую усадочную трубку в стояке, а не в отливке). Стандарт для большинства отливок из высокомарганцовистой стали средней сложности.
• Глухой (закрытый) стояк: Стояк полностью закрыт внутри формы и не имеет выхода в атмосферу. Используется там, где геометрия отливки не позволяет расположить стояк сверху, или где используется система стояка под давлением с экзотермической втулкой стояка. Требуется атмосферный клапан или экзотермический воспламенитель, чтобы гарантировать, что верхняя часть стояка не замерзнет до завершения подачи.
• Экзотермический стояк: Стояк, окруженный экзотермической гильзой или наполнителем, который генерирует тепло во время процесса заливки, поддерживая температуру металла стояка при более высокой температуре, чем окружающая форма, и продлевая продолжительность подачи в стояк. Экзотермические стояки могут уменьшить требуемый объем стояков на 30–50 % по сравнению с обычными песчаными стояками при эквивалентной производительности подачи. , что значительно снижает потери выхода металла за счет повышения и снижения себестоимости килограмма произведенной хорошей отливки.
• Боковой стояк (боковой питатель): Стояк, прикрепленный к боковой части отливки, а не к верхней части, используется для плоских или горизонтальных участков, где верхний стояк оставляет слишком большое расстояние между стояком и целью подачи. Крайне важно для широких и плоских секций щековой пластины отливок крупных щековых дробилок, где один верхний стояк может не достичь дальнего конца отливки до того, как металлический путь замерзнет.

Выбор размера стояка: методы Каина и модуля

Двумя наиболее широко используемыми методами расчета размера стояка в литейной практике являются метод Кейна (эмпирический, основанный на соотношении объемов отливки к стояку) и метод модуля (основанный на соотношении площади поверхности к объему подаваемой секции отливки). Метод модуля (также называемый методом, основанным на правиле Чворинова) утверждает, что стояк будет оставаться жидким дольше, чем секция разливки, которую он питает, если модуль стояка (объем, разделенный на площадь охлаждающей поверхности) как минимум в 1,2 раза превышает модуль самой толстой подаваемой секции. Для отливок из высокомарганцовистой стали стандартной практикой является множитель модуля упругости, в 1,2–1,4 раза превышающий модуль упругости сечения отливки. , при этом более высокий коэффициент используется для толстых профилей с повышенным риском и для более высокой усадки марганцевой стали по сравнению с углеродистой сталью.

Дробильные шары и мелющие шары из кованой стали: руководство по выбору для переработки полезных ископаемых

Дробильные шары и мелющие шары из кованой стали являются двумя основными категориями мелющих тел, используемых в шаровых мельницах, стержневых мельницах и мельницах полусамоизмельчения на обогатительных заводах, цементных заводах и предприятиях по подготовке топлива для электростанций. Понимание различий между этими двумя категориями продуктов и факторов производительности, определяющих правильный выбор, имеет важное значение для оптимизации эксплуатационных затрат контура измельчения и качества продукции.

Шары дробилки: определение и характеристики

Термин «дробильные шары» в контексте мелющих тел относится к мелющим шарам из чугуна или литой стали, изготовленным путем заливки жидкого металла в шарообразные формы, в отличие от кованых шаров, изготовленных путем горячей обработки катаного стального стержня. Литые дробильные шары широко производятся из трех категорий материалов:

• Чугунные дробильные шары с высоким содержанием хрома: Наиболее широко используемый материал мелющих шаров премиум-класса в шаровых мельницах мокрого помола. Изготавливается из белого чугуна с содержанием хрома от 10% до 30%, достигая твердости от 58 до 66 HRC по всему сечению шара за счет дестабилизирующей термообработки. Плотная сетка твердых карбидов хрома M7C3 в железной матрице обеспечивает превосходную стойкость к абразивному износу при тонком измельчении руды. Шары дробилки с высоким содержанием хрома достигают степени износа от 30 до 80 грамм на тонну перерабатываемой руды. в обычных шаровых мельницах для меди, золота и железной руды по сравнению со 100–200 граммами на тонну для альтернатив чугуна более низкого качества.
• Чугунные дробильные шары с низким содержанием хрома: Чугунные шарики с содержанием хрома от 1% до 3%, обеспечивающие более низкую твердость (от 45 до 55 HRC) и меньшую износостойкость, чем альтернативы с высоким содержанием хрома, при значительно более низкой стоимости покупки. Подходит для менее абразивных руд и для применений, где дополнительные затраты на использование высокохромистого материала экономически не оправданы из-за снижения скорости износа.
• Шарики из мартенситной стали: Отлиты из среднеуглеродистой легированной стали и подвергнуты закалке до мартенситной микроструктуры. Обеспечивает более высокую прочность, чем альтернативы чугуну (что важно для мельниц ПСИ и шаровых мельниц первичного дробления, где высока ударная нагрузка) при умеренной износостойкости. Полезный промежуточный вариант между прочностью кованых шариков и твердостью высокохромистого чугуна.

Кованые стальные мелющие шары: преимущества производства и производительности

Кованые стальные мелющие шары производятся путем горячей ковки нагретых стальных заготовок в прогрессивных матрицах, которые придают сферическую форму за счет пластической деформации сжатия с последующей немедленной закалкой в воде или полимерной закалкой для развития мартенситной микроструктуры, обеспечивающей твердость мелющих тел. Этот производственный процесс создает принципиально иную внутреннюю структуру по сравнению с литыми дробильными шарами:

• Устранение пористости отливки: Процесс горячей ковки закрывает любую внутреннюю пористость, присутствующую в исходном материале заготовки, посредством пластической деформации при высокой температуре, создавая полностью плотную внутреннюю структуру. Литые шарики, независимо от того, насколько хорошо они изготовлены, сохраняют по крайней мере некоторый уровень микропористости вследствие усадки при затвердевании, что снижает местную прочность материала и создает места начала разрушения при ударной нагрузке.
• Превосходная прочность благодаря кованой микроструктуре: Горячая обработка ковкой улучшает зернистую структуру стали и закрывает любые дендритные выделения в литой заготовке, создавая однородную мелкозернистую деформируемую микроструктуру после закалки. Эта деформируемая микроструктура имеет значительно более высокую ударную вязкость, чем литая структура чугунных шариков эквивалентной твердости. Кованые стальные мелющие шары с твердостью от 60 до 65 HRC имеют вязкость разрушения в 2-4 раза выше, чем у литых шаров из высокохромистого железа при эквивалентной твердости. , что делает их предпочтительной спецификацией для мельниц ПСИ и шаровых мельниц первичного дробления, где энергия удара шара о шар и шара о футеровке достаточно высока, чтобы разрушить хрупкие чугунные среды.
• Равномерная твердость по поперечному сечению: Качественные мелющие шары из кованой стали подвергаются сквозной закалке путем закалки от тепла ковки сразу после этапа ковки, в результате чего образуется мартенситная структура от поверхности до центра шара. Эта сквозная твердость гарантирует, что по мере износа шара в процессе эксплуатации обнаженный свежий материал будет иметь ту же твердость, что и исходная поверхность, обеспечивая постоянную производительность шлифования на протяжении всего срока службы шара. Некоторые кованые шары более низкого качества могут иметь недостаточную сквозную твердость и иметь более мягкую сердцевину, которая обнажается по мере износа шара, что приводит к ускоренному износу и нестабильной производительности мельницы, поскольку состав шихты шара отклоняется от спецификации.

Дробильные шары или мелющие шары из кованой стали: выбор в зависимости от применения

Проверка качества отливок из высокомарганцовистой стали и закупок мелющих тел

Закупка отливок из высокомарганцевой стали и мелющих тел без надлежащей проверки качества подвергает покупателей значительному финансовому риску из-за преждевременного выхода из строя, потери производительности из-за неожиданных циклов замены и риска для безопасности из-за катастрофического разрушения некачественных компонентов под эксплуатационными нагрузками.

Химический анализ и проверка термообработки

Каждая партия отливок из высокомарганцевой стали должна сопровождаться отчетом о спектрографическом анализе, подтверждающим химический состав каждой плавки разлитого металла. Для изнашиваемых деталей дробилки минимальная документация включает: содержание марганца в пределах указанного диапазона марок (обычно от 11,5% до 14,0% для B-2), содержание углерода в пределах указанного диапазона (от 1,05% до 1,20% для B-2), кремния ниже 1,0%, фосфора ниже 0,07% и серы ниже 0,04%. Записи о термообработке должны показывать, что каждая партия подвергалась отжигу на твердый раствор при документально подтвержденной температуре выше 1050 градусов Цельсия в течение достаточного времени и закалке водой с достаточной скоростью для достижения полного аустенита по всему поперечному сечению отливки.

Определение твердости как показатель качества

Твердость при поставке правильно отожженных на раствор отливок из высокомарганцевой стали должна находиться в диапазоне от 180 до 220 по Бринеллю. Твердость значительно выше 250 HB указывает на наличие карбидов в результате неполного отжига на раствор, что резко снижает ударную вязкость и вызывает преждевременное хрупкое разрушение при эксплуатации. Твердость значительно ниже 180 HB может указывать на неправильный состав или ошибку измерения и должна быть проверена перед приемкой груза.

Для мелющих шаров из кованой стали испытание на твердость в центре поперечного сечения образцов шаров из каждой производственной партии подтверждает сквозную твердость. Качественные мелющие шары из кованой стали должны иметь разброс твердости не более 3–5 HRC от поверхности к центру по всему диаметру шара. ; большее изменение указывает на недостаточную сквозную закалку во время закалки и прогнозирует более высокую скорость износа, поскольку более мягкий материал сердцевины подвергается воздействию в процессе эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы

1. Какая марганцовистая сталь чаще всего используется для изготовления изнашиваемых деталей дробилок?

Наиболее часто используемой маркой изнашиваемых деталей дробилок является ASTM A128, класс B-2 (углерод от 1,05% до 1,20%, марганец от 11,5% до 14,0%) для стандартных применений, включая щековые пластины, кожухи конусов и вращающиеся вогнутые кольца при обработке умеренно твердых пород. ASTM A128 класса C (с добавкой хрома от 1,5% до 2,5%) предназначен для очень твердых абразивов с высоким содержанием кремнезема, включая кварцит, кремень и руды с высоким содержанием SiO2, где дополнительные карбиды хрома улучшают начальную износостойкость до того, как наступит полное нагартование. Марка D (с молибденом) предназначена для отливок толщиной более 100 мм, где полный отжиг поперечного сечения на раствор требует улучшения прокаливаемости, которое обеспечивает молибден.

2. Для чего используется марганцовистая сталь за пределами горнодобывающей промышленности?

Помимо горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, марганцевая сталь используется для: железнодорожных переездов (крестовин и стрелочных переводов), где нагартовка при повторяющихся ударах колес продлевает срок службы в 3–10 раз по сравнению с перлитной рельсовой сталью; зубья и режущие кромки ковша экскаваторов в землеройной технике; кромки ковша драглайнов при добыче угля и полезных ископаемых; молотковые дробилки при переработке металлолома; детали дробеструйных машин; компоненты ходовой части промышленных тракторов и бульдозеров; и военная броня, где сочетание прочности и наклепа обеспечивает свойства баллистической защиты. На долю железнодорожной и горнодобывающей промышленности приходится большая часть мирового производства отливок из высокомарганцевой стали.

3. В чем основное отличие стали с высоким содержанием марганца от высокоуглеродистой стали для износостойких материалов?

Основное отличие стали с высоким содержанием марганца от стали с высоким содержанием углерода заключается в механизме наклепа: сталь с высоким содержанием марганца вначале мягкая (от 180 до 220 HB), но постепенно затвердевает до 450–550 HB под ударной нагрузкой, оставаясь при этом жесткой и устойчивой к разрушению. Высокоуглеродистая сталь имеет умеренную начальную твердость (от 250 до 350 HB для перлитных марок), которая существенно не увеличивается в процессе эксплуатации, и имеет гораздо меньшую ударную вязкость (от 15 до 60 Дж против 100 до 200 Дж для марганцевой стали). Практическое правило выбора таково: выбирайте сталь с высоким содержанием марганца для применений со значительными ударными нагрузками, где можно активировать нагартовку; выбирайте высокоуглеродистую сталь (или железо с высоким содержанием хрома) для малоударных абразивных работ, где марганцевая сталь будет оставаться в незакаленном мягком состоянии и быстро изнашиваться.

4. Что такое стояк при литье и почему он важен для отливок из высокомарганцовистой стали?

Стояк при отливке представляет собой резервуар с жидким металлом, прикрепленный к отливке во время разливки, который подает расплавленный металл в затвердевающую отливку, чтобы компенсировать объемную усадку стали на 3–5% во время затвердевания. Без адекватного подъема усадка проявляется в виде внутренней пористости или полостей поверхностной усадки отливки, что значительно снижает механическую прочность, ударную вязкость и срок службы детали. Отливки из высокомарганцовистой стали особенно требовательны с точки зрения подъема, поскольку они имеют более высокую усадку при затвердевании, чем углеродистая сталь, разливаются при более высоких температурах и имеют сложные геометрические сечения с различной толщиной, что создает сложные схемы затвердевания, требующие нескольких стратегически расположенных стояков для обеспечения адекватной подачи во все секции.

5. Когда мне следует выбирать дробильные шары вместо мелющих шаров из кованой стали?

Выбирайте дробильные шары с высоким содержанием хрома вместо мелющих шаров из кованой стали, когда речь идет о вторичной шаровой мельнице, измельчающей мелкую руду, где абразивный износ является доминирующим механизмом износа, а энергия удара отдельных шаров и шаров относительно гильз относительно невелика. Дробильные шары с высоким содержанием хрома обеспечивают меньшую скорость износа, чем шары из кованой стали в условиях с преобладанием абразивного износа, поскольку их плотная микроструктура из карбида хрома обеспечивает превосходную стойкость к истиранию. Выбирайте мелющие шары из кованой стали вместо шаров дробилки, когда речь идет о мельнице ПСИ или первичной шаровой мельнице, где крупная исходная порода создает высокую энергию удара, которая разрушает более хрупкие чугунные среды, или когда история эксплуатации мельницы показывает высокую скорость разрушения шаров в литой среде, которую можно устранить благодаря превосходной вязкости разрушения кованых шаров.

6. Как проверить качество отливок из высокомарганцевой стали от поставщика?

Проверьте качество отливок из высокомарганцевой стали с помощью четырех документированных проверок: во-первых, запросите отчет о спектрографическом химическом анализе для каждой плавки, подтверждающий наличие марганца, углерода, кремния, фосфора и серы в пределах указанного диапазона марок; во-вторых, запросить протоколы термообработки, подтверждающие отжиг раствора при температуре выше 1050 градусов Цельсия в течение необходимого времени и закалку в воде; в-третьих, выполнить испытание на твердость по Бринеллю для каждой партии отливки и убедиться, что результат находится в пределах 180–220 HB (более высокая твердость указывает на недостаточный отжиг раствора); в-четвертых, для критически важных применений запросите испытание на изгиб или удар на испытательных образцах, отлитых при одной и той же плавке, чтобы подтвердить, что материал изгибается практически без хрупкого разрушения, что является окончательным доказательством правильной аустенитной микроструктуры.

7. Что является причиной разрушения отливок из высокомарганцовистой стали при эксплуатации?

Преждевременный разрушение отливок из высокомарганцевой стали в процессе эксплуатации почти всегда вызвано одной из трех основных причин: нерастворенными карбидами границ зерен из-за недостаточного отжига на раствор (наиболее распространенная причина, вызывающая хрупкое межзеренное разрушение при ударе); сенсибилизация от непреднамеренного повторного нагрева выше 300 градусов Цельсия после закалки (что может произойти при сварочном ремонте или в процессе эксплуатации при перегреве детали); или расчетная перегрузка от примесей металла в питании дробилки, создающая ударные силы, превышающие вязкость даже правильно обработанной марганцевой стали. Из них неполная термообработка является причиной большинства случаев преждевременного разрушения, и ее полностью можно предотвратить посредством документированного контроля литейного процесса и входного контроля качества.

8. Всегда ли мелющие шары из кованой стали лучше дробильных шаров?

Нет. Мелющие шары из кованой стали лучше, чем литые дробильные шары, только в тех случаях, когда ударная нагрузка достаточно высока, чтобы вызвать разрушение более хрупкой литой среды, и где дополнительная стоимость кованых шаров (обычно на 20–40 % дороже, чем эквивалентные литые шары с высоким содержанием хрома) оправдана более низкой общей стоимостью мелющих тел за счет снижения потерь при разрушении. В шаровых мельницах вторичной переработки мелкой руды, где ударная нагрузка умеренная и преобладает истирание, литые дробильные шары с высоким содержанием хрома обычно обеспечивают меньшую скорость износа и более низкую общую стоимость мелющих тел, чем кованые стальные шары, что делает литые шары экономически более выгодным выбором для этих конкретных применений. Правильный выбор требует объективного анализа энергии удара и режима абразивного износа конкретной мельницы, а не однозначного предпочтения той или иной технологии.

9. Можно ли отремонтировать отливки из высокомарганцевой стали с помощью сварки в полевых условиях?

Ремонт отливок из высокомарганцовистой стали в полевых условиях технически возможен, но требует строгих мер предосторожности, которые непрактичны в большинстве полевых условий. Основная проблема заключается в том, что нагрев марганцевой стали выше 300 градусов Цельсия приводит к выделению карбидов по границам зерен (сенсибилизации), что резко снижает ударную вязкость и может вызвать хрупкое разрушение ремонтируемой детали при эксплуатационном нагружении. При любом сварочном ремонте необходимо использовать электроды из аустенитной марганцевой стали или аустенитной нержавеющей стали, отливку необходимо охлаждать до температуры между проходами ниже 20 градусов Цельсия, и следует избегать любого предварительного нагрева основной отливки. На практике большинство операций заменяют, а не ремонтируют изношенные или треснувшие отливки из высокомарганцовистой стали, поскольку сварка в полевых условиях рискует создать компонент, который выглядит отремонтированным, но имеет серьезно сниженную ударную вязкость в зоне термического влияния.

10. Каков типичный ожидаемый срок службы отливок из высокомарганцовистой стали в щековой дробилке?

Срок службы щековых пластин из отливок высокомарганцевой стали в щековой дробилке значительно варьируется в зависимости от твердости исходной породы, настройки дробилки (установка с закрытой стороны) и производительности, но типичными отраслевыми показателями являются: твердый гранит или базальт (индекс работы связи выше 15 кВтч/т), срок службы щековой пластины составляет от 2000 до 5000 тонн, обработанных на комплект щековых пластин; в известняке средней твердости или аналогичном материале (индекс работы облигаций от 8 до 14 кВтч/т) от 5 000 до 15 000 тонн; в мягком известняке или более мягких материалах (индекс работы связи ниже 8 кВтч/т) от 15 000 до 30 000 тонн и более. Эти цифры предполагают правильно термически обработанную марганцевую сталь марки B-2 или B-3. Неправильно подвергнутые термической обработке пластины щек с нерастворенными карбидами могут выйти из строя в течение сотен тонн из-за хрупкого разрушения, вместо того, чтобы пройти ожидаемый срок службы, основанный на износе.