Что такое отливки с высоким содержанием хрома и как увеличить срок их службы?

Что такое высокохромистый чугун и почему он устойчив к износу?

Высокохромистый чугун представляет собой сплав железа, содержащий от 11 до 30 процентов хрома и от 2,0 до 3,5 процентов углерода, при этом хром и углерод объединяются во время затвердевания с образованием карбидов хрома типа M7C3. Эти карбиды имеют твердость по Виккерсу от 1400 до 1800 HV, что делает их одной из самых твердых фаз, встречающихся в любом конструкционном материале, за исключением инструментальной керамики. Окружающая металлическая матрица, обычно мартенситная после соответствующей термообработки, обеспечивает прочность, предотвращающую хрупкое разрушение, которое может разрушить керамический материал при тех же условиях удара.

Объемная твердость отливки из термообработанного белого чугуна с высоким содержанием хрома обычно составляет от 58 до 66 HRC (шкала Роквелла C) по сравнению с 35–45 HRC для термообработанной инструментальной стали и от 180 до 220 HB для стандартного серого чугуна, используемого в отливках общего машиностроения. Это существенное преимущество в твердости напрямую отражается на стойкости к абразивному износу: в испытании на абразивное истирание по числу Миллера и в испытании на резиновое колесо с сухим песком ASTM G65 белый чугун с высоким содержанием хрома стабильно показывает в 3–10 раз меньшую потерю объема, чем стандартный серый чугун, и в 2–5 раз меньшую потерю объема, чем закаленная сталь в тех же условиях испытаний.

Роль содержания хрома в характеристиках износа

Содержание хрома в сплаве определяет тип, объемную долю и распределение карбидов, образующихся при затвердевании, а также определяет коррозионную стойкость металлической матрицы. В сплавах с содержанием хрома от 11 до 14 процентов объемная доля карбидов относительно низкая (от 15 до 20 процентов), и матрица более подвержена коррозии в кислых средах суспензий. При увеличении содержания хрома до 25–30 процентов объемная доля карбидов увеличивается до 25–35 процентов, а содержание хрома в матрице увеличивается до уровня, обеспечивающего значимую коррозионную стойкость в умеренно агрессивных средах.

Марки с содержанием хрома от 25 до 28 процентов, часто обозначаемые как Cr26 или соответствующие спецификации ASTM A532, класс III, тип A, наиболее широко используются для работы в условиях сильного комбинированного истирания и коррозии в горнодобывающих шламах, в то время как марки с содержанием хрома от 15 до 18 процентов (Кр15, ASTM A532, класс II, тип E) обеспечивают хороший баланс твердости, ударной вязкости и стоимости для эксплуатации в условиях сухого истирания в дробилках и мельницы. Выбор подходящей марки хрома для конкретного применения является первым инженерным решением при определении отливки с высоким содержанием хрома , и это оказывает большее влияние на срок службы, чем любая последующая термообработка или эксплуатационный параметр.

Легирующие добавки, изменяющие производительность

Помимо хрома и углерода, составы чугуна с высоким содержанием хрома модифицируются несколькими дополнительными легирующими элементами, которые улучшают микроструктуру, улучшают прокаливаемость или улучшают определенные свойства:

• Молибден (от 0,5 до 3,0 процентов): Повышает прокаливаемость, обеспечивая полное мартенситное превращение во всех толстых секциях во время закалки на воздухе или в масле. Без молибдена отливки с толстым поперечным сечением могут сохранять аустенит в сердцевине, снижая твердость в областях, которые со временем подвергаются наиболее глубокому износу по мере изнашивания поверхности. Молибден является стандартной добавкой в ​​отливках для тех случаев, когда требуется постоянная твердость по сечениям, превышающим 50 миллиметров.
• Марганец (0,5–1,5 процента): Повышает стабильность аустенита, что может быть полезно для контроля уровня остаточного аустенита в литом состоянии перед термообработкой, но чрезмерное содержание марганца дестабилизирует образование мартенсита во время термообработки и его следует поддерживать в пределах указанного диапазона для целевой марки.
• Никель (0,5–1,5 процента): Используется в сочетании с молибденом для повышения прокаливаемости марок, где одного молибдена недостаточно для очень толстых сечений или где стоимость молибдена контролируется. Никель оказывает меньшее влияние на прокаливаемость на единицу добавки, чем молибден, но он менее дорог, что делает комбинацию экономически оптимальной для многих коммерческих литейных сплавов.
• Медь (от 0,5 до 1,2 процента): Способствует подавлению перлита и улучшает матричную твердость некоторых марок с низким содержанием хрома. Добавки меди чаще встречаются в сплавах Cr15, где прокаливаемость только за счет хрома может быть граничной для закалки на воздухе сечений средней толщины.

Преимущества высокохромистого чугуна перед стандартными отливками

Преимущества производительности высокохромистого чугуна по сравнению со стандартными отливками из серого чугуна, ковкого чугуна и углеродистой стали, используемыми в общем машиностроении, наиболее четко демонстрируются при сравнении данных удельной скорости износа, полученных в ходе эксплуатационных испытаний и стандартизированных лабораторных испытаний в одних и тех же условиях применения. Следующее сравнение посвящено ключевым категориям преимуществ, которые определяют характеристики отливок с высоким содержанием хрома в промышленных условиях износа.

Сравнение срока службы абразивного износа

В условиях абразивного истирания при высоких нагрузках с использованием крупных, твердых абразивных частиц (гранита, кварцита, железной руды и аналогичных абразивов из твердых пород с твердостью по шкале Мооса выше 6) срок службы отливок из белого чугуна с высоким содержанием хрома обычно в 3–8 раз превышает срок службы эквивалентных компонентов, изготовленных из стандартного серого чугуна. По сравнению с закаленной среднеуглеродистой сталью (от 350 до 400 HB) преимущество обычно составляет от 2 до 4 раз, в зависимости от твердости абразивных частиц и условий напряжения. При истирании с низким напряжением мелкими мягкими абразивными частицами преимущество в сроке службы более скромное, в диапазоне от 1,5 до 2,5 раз, поскольку более мелкие частицы менее эффективно проникают в твердую твердосплавную поверхность, а преимущество карбидной микроструктуры над твердой мартенситной матрицей меньше.

В опубликованных эксплуатационных испытаниях при дроблении известняка билы из железа с высоким содержанием хрома Cr26 в ударной дробилке с горизонтальным валом достигли 850 метрических тонн известняка на килограмм износа бил по сравнению с 210 метрическими тоннами на килограмм для бил из закаленной стали эквивалентной геометрии в той же дробилке, обрабатывающей то же сырье. Это представляет собой четырехкратное преимущество в сроке службы, что, с учетом более высокой удельной стоимости отливок с высоким содержанием хрома, привело к 60-процентному снижению затрат на тонну измельченного продукта только за счет износа била.

Комбинированная стойкость к коррозии и истиранию

При влажной обработке, когда абразивная суспензия контактирует с изнашиваемой поверхностью, синергетический эффект одновременного истирания и коррозии ускоряет износ со скоростью, превышающей сумму двух механизмов, действующих независимо. Пассивный слой оксида хрома, который образуется на поверхности высокохромистого чугуна (особенно марок Cr26 с содержанием матричного хрома, превышающим 13 процентов), обеспечивает значимую защиту от коррозии, которая замедляет это синергетическое ускорение, что делает преимущество комбинированного срока службы высокохромистого чугуна по сравнению с незащищенной углеродистой сталью значительно большим, чем преимущество только при сухом истирании.

При работе с кислыми минеральными шламами со значениями pH от 4 до 6, где коррозия является существенным механизмом износа, рабочие колеса и вкладыши насоса из железа с высоким содержанием хрома Cr26 продемонстрировали срок службы в 5–10 раз дольше, чем эквиваленты из углеродистой стали, по сравнению с преимуществом в 2–4 раза, наблюдаемым при сухой абразивной работе с аналогичной твердостью частиц и условиями удара.

Таблица сравнения износа: марки материалов для абразивной обработки

Дробилка Отливки с высоким содержанием хрома : Применение ударных дробилок

Ударные дробилки, в том числе ударные дробилки с горизонтальным валом (HSI) и ударные дробилки с вертикальным валом (VSI), подвергают свои изнашиваемые компоненты особо требовательному сочетанию высокоскоростного удара и абразивного скольжения. Основными изнашиваемыми компонентами ударных дробилок с горизонтальным валом являются билы, фартуки (также называемые ударными пластинами или отбойными пластинами) и боковые футеровки. В ударных молотках с вертикальным валом основными изнашиваемыми компонентами являются башмаки ротора, наковальни и вкладыши подающей трубы. Чугун с высоким содержанием хрома является стандартным материалом для всех этих компонентов при дроблении средних и твердых пород.

Ударные стержни для ударных дробилок с горизонтальным валом

Ударный стержень является основным дробящим элементом ударного молотка с горизонтальным валом, который вращается вместе с ротором с окружной скоростью от 25 до 45 метров в секунду и многократно ударяет по исходной породе на высокой скорости. Ударный стержень должен противостоять как высокоэнергетическому воздействию первоначального удара породы, так и последующему абразивному скольжению обломков разбитой породы вдоль рабочей поверхности стержня, когда материал ускоряется через камеру дробления. Такое сочетание удара и истирания требует материала, который обладает как достаточной прочностью, чтобы выдерживать ударные нагрузки без хрупкого разрушения, так и высокой твердостью, чтобы противостоять абразивному износу при скольжении.

Оптимальным материалом бил для известняка, песчаника и подобных исходных материалов средней твердости обычно является высокохромистый чугун Cr26 или Cr20 с термообработанной твердостью от 60 до 65 HRC, что обеспечивает наилучшее сочетание износостойкости и стойкости к разрушению в этой работе. Для более твердых и абразивных исходных материалов, таких как гранит, кварцит и железная руда, содержание хрома может быть увеличено до 28–30 процентов, а дополнительный молибден (1,5–2,5 процента) используется для обеспечения полного мартенситного превращения по всей толщине секции билы, обычно составляющей от 80 до 150 миллиметров.

Для высокоабразивных исходных материалов с содержанием кремнезема более 60 процентов (таких как кварцит и кварцевый песок) используются композитные билы со вставкой из железа с высоким содержанием хрома, отлитые в подложку из ковкого чугуна или стали, чтобы сочетать износостойкость железа с высоким содержанием хрома на рабочей поверхности с вязкостью ковкого чугуна или стали в точках крепления, где хрупкое разрушение секции из высокохромистого железа может привести к катастрофической потере стержня.

Подкладки фартука и боковые подкладки

Вкладыши фартука в ударном молотке с горизонтальным валом образуют вторичные ударные поверхности, на которые ударяется порода после выбрасывания ее из ротора. Эти вкладыши испытывают удары с меньшей скоростью, чем ударные билы, но все же требуют высокой твердости, чтобы противостоять абразивному износу от скольжения породы по их поверхности между ударами. Футеровки из высокохромистого железа марки Cr15 или Cr20 являются стандартными для работы с известняком и породами средней твердости; для более твердой породы можно выбрать марку Cr26. Боковые футеровки, которые содержат материал внутри дробильной камеры и направляют измельченный продукт к разгрузочному отверстию, подвергаются преимущественно абразивному износу при скольжении с меньшей ударной нагрузкой, а марка Cr15 подходит для большинства применений боковых футеровок, независимо от твердости породы.

Компоненты ротора VSI

Ударные молоты с вертикальным валом работают путем ускорения подаваемого материала через ротор до скорости от 45 до 75 метров в секунду, прежде чем он ударяется о окружающее кольцо наковальнь или выступ скалы. Башмаки ротора (компоненты, которые ускоряют материал через ротор) и наковальни (фиксированные объекты удара) подвергаются чрезвычайно агрессивному комбинированному удару и истиранию. Башмаки ротора VSI при работе в твердых породах обычно изготавливаются из класса Cr26 или Cr28 с твердостью от 63 до 66 HRC и заменяются с интервалом от 100 до 400 часов в зависимости от твердости породы и индекса абразивности. Высокая частота замены изнашиваемых деталей VSI делает экономический выбор материала чрезвычайно чувствительным к удельной стоимости часа службы, а соотношение цены и качества различных марок железа с высоким содержанием хрома и конкурирующих материалов оценивается по стоимости на тонну перерабатываемого продукта, а не только по цене за единицу продукции.

Вертикальная мельница для отливок с высоким содержанием хрома

Вертикальные мельницы (также называемые вертикальными валковыми мельницами или ВРМ) измельчают сырье, клинкер, шлак и уголь путем прессования и прокатки исходного материала между вращающимися измельчающими валками и стационарным или вращающимся измельчающим столом. Контактное давление между роликом и столом превышает 200 мегапаскалей в современных высокоэффективных конструкциях VRM, а сочетание высокого нормального напряжения, абразивного скольжения в зоне контакта ролика со столом и теплового воздействия высокоскоростного шлифования создает одни из самых тяжелых условий износа, с которыми сталкивается любое промышленное литье.

Шлифовальные вальцы и сегменты стола

Шина помольного валка (сменная внешняя оболочка помольного валка) и сегменты помольного стола (износостойкие сегменты футеровки, прикрепленные болтами к помольному столу) являются основными изнашиваемыми компонентами вертикальной мельницы. Оба компонента обычно отливаются из высокохромистого железа, при этом конкретная марка выбирается в зависимости от измельчаемого материала и рабочих параметров конкретной конструкции VRM.

Для помола цементного сырья и клинкера, где сырье средней твердости (от 3 до 5 по шкале Мооса) перерабатывается с высокой производительностью, высокохромистый чугун марки Cr15–Cr20 является стандартным как для шин роликов, так и для сегментов стола, обеспечивая срок службы от 8000 до 15 000 часов работы без необходимости замены. Для измельчения шлака, где гранулированный доменный шлак значительно тверже и абразивнее цементного клинкера (твердость по шкале Мооса от 6 до 7 для некоторых типов шлака), предпочтительна марка Cr26, а срок службы обычно составляет от 6000 до 10 000 часов в зависимости от характеристик шлака.

Размер шин роликов VRM и сегментов стола создает серьезные проблемы при литье, поскольку секции толщиной от 100 до 250 миллиметров должны достигать одинаковой твердости по всей длине, чтобы предотвратить ускоренный износ, который происходит, когда обнажается более мягкая сердцевина по мере изнашивания первоначального твердого поверхностного слоя. Это требует тщательного проектирования сплава с адекватной прокаливаемостью (достигаемой за счет добавок молибдена и никеля, как описано выше) и контролируемых процедур термообработки, обеспечивающих необходимую скорость охлаждения по всей толщине сечения.

Элементы измельчения угольной мельницы

Угольные пульверизаторы, используемые на электростанциях, измельчают уголь в мелкий порошок перед впрыскиванием в топки котлов. Помольные элементы (вкладыши чаш, обечайки валков и сегменты столов) угольных пылеукладчиков работают в условиях одновременного истирания угля и минеральных включений, термоциклирования от горячего воздуха, используемого для сушки угля во время измельчения, и потенциального риска взрывоопасного возгорания из-за накопления угольной пыли. Высокохромистый чугун является стандартным материалом мелющих элементов для всех основных конструкций шаровых и валковых мельниц, используемых в электроэнергетике, при этом марка Cr15 является наиболее распространенной, а марка Cr26 используется для высокоабразивных углей с высоким содержанием минеральных веществ (содержание золы более 20 процентов).

Краткое описание применения VRM по материалам грунта

Как улучшить износостойкость отливок с высоким содержанием хрома

Износостойкость отливок с высоким содержанием хрома не является фиксированным свойством, определяемым только химическим составом. Это результат всего производственного процесса, от проектирования сплавов до плавки, затвердевания и термообработки, и его можно существенно улучшить за счет целенаправленного вмешательства на каждом этапе. Понимание того, какие переменные оказывают наибольшее влияние на характеристики износа, позволяет литейным заводам и конечным пользователям вносить целенаправленные улучшения, а не применять общие улучшения качества, которые могут не учитывать конкретный ограничивающий фактор в их применении.

Термическая обработка: самая важная переменная

Термическая обработка отливок из белого чугуна с высоким содержанием хрома — это единственный производственный этап, оказывающий наибольшее влияние на конечную износостойкость отливки. Целью термообработки является преобразование металлической матрицы из литого состояния (смесь аустенита, карбидов и часто некоторого количества перлита или мартенсита в зависимости от сплава и скорости охлаждения) в полностью мартенситное состояние, которое обеспечивает как максимальную твердость, так и ударную вязкость, необходимую для сопротивления разрушению при ударной нагрузке.

Стандартный цикл термообработки высокохромистого белого чугуна состоит из двух стадий:

1. Дестабилизирующая (аустенитизирующая) обработка: Отливка нагревается до температуры в диапазоне от 950 до 1060 градусов Цельсия (точная температура зависит от марки сплава и целевого показателя растворения карбида) и выдерживается при этой температуре от 2 до 6 часов в зависимости от толщины сечения. Во время этой выдержки вторичные карбиды, выделившиеся во время затвердевания, частично растворяются обратно в аустенитную матрицу, обогащая матрицу хромом и углеродом и обеспечивая однородные исходные условия для последующего этапа закалки. Температуру дестабилизации необходимо точно контролировать в пределах плюс-минус 10 градусов Цельсия, чтобы избежать недостаточного растворения вторичных карбидов (что делает матрицу слишком обедненной для полной закалки) или чрезмерного растворения первичных карбидов (что приводит к укрупнению структуры карбида и снижению износостойкости).
2. Закалка воздухом или маслом: После дестабилизационной выдержки отливку быстро переносят в закалочную среду. Воздушная закалка (принудительное воздушное охлаждение) достаточна для большинства сплавов с адекватными прокаливающими добавками (молибден более 1,5 процента для сечений до 100 миллиметров); Закалка в масле используется для сплавов с низкой прокаливаемостью или для очень толстых сечений, где воздушное охлаждение слишком медленное, чтобы подавить образование перлита. Цель состоит в том, чтобы охладить перлитную начальную температуру (приблизительно 550–650 градусов по Цельсию) достаточно быстро, чтобы подавить перлитное превращение и получить полностью мартенситную матрицу, одновременно охлаждая достаточно медленно при конечной температуре мартенсита (ниже 200 градусов по Цельсию), чтобы избежать закалочного растрескивания от термического напряжения.

После закалки проводится отпуск для снятия напряжений при температуре от 200 до 260 градусов Цельсия в течение 2-4 часов, чтобы уменьшить внутренние напряжения, возникающие во время быстрого охлаждения, улучшая сопротивление разрушению без значительного снижения твердости матрицы.

Уточнение микроструктуры во время затвердевания

Размер и распределение карбидов, достигаемые в процессе затвердевания, устанавливают верхний предел износостойкости, который не может превысить даже идеальная термическая обработка. Грубые, плохо распределенные карбиды обеспечивают менее эффективный барьер против абразивного износа, чем мелкие, равномерно распределенные карбиды той же общей объемной доли, поскольку крупные карбиды позволяют более крупным абразивным частицам находить матричный материал между карбидами для прорезания, в то время как мелкие карбиды создают эффективно однородную твердую поверхность для абразива.

Измельчение карбида может быть достигнуто за счет:

• Контролируемая температура заливки: Заливка при самой низкой приемлемой температуре для полного заполнения формы (обычно от 1350 до 1420 градусов Цельсия для железа с высоким содержанием хрома) увеличивает переохлаждение во время затвердевания, что способствует более мелкому зарождению карбидов и более мелкому конечному размеру карбидов. Чрезмерная температура заливки приводит к укрупнению микроструктуры затвердевания и образованию более крупных первичных карбидов.
• Прививка: Небольшие добавки титана (от 0,05 до 0,1 процента), ванадия (от 0,1 до 0,3 процента) или других карбидообразующих элементов обеспечивают дополнительные места зародышеобразования карбидов во время затвердевания, создавая более тонкое и равномерное распределение карбидов. Улучшение износостойкости только за счет модифицирования (без других изменений) было количественно оценено на уровне от 10 до 20 процентов в ходе лабораторных испытаний на износ, сравнивающих модифицированные и немодифицированные плавки одного и того же номинального состава.
• Контролируемая скорость затвердевания: Более быстрое затвердевание приводит к образованию более мелких карбидов. Для отливок малого и среднего размера использование металлических коклей на рабочих поверхностях формы увеличивает скорость охлаждения этих поверхностей, образуя более мелкие карбиды в областях, которые подвергаются наибольшему износу в процессе эксплуатации.

Управление остаточным аустенитом

После стандартной термообработки большинство отливок из белого чугуна с высоким содержанием хрома содержат от 5 до 20 процентов остаточного аустенита в матрице, в зависимости от состава сплава и параметров термообработки. Остаточный аустенит представляет собой более мягкую фазу (приблизительно от 300 до 400 HV), чем мартенсит (от 800 до 1000 HV), а высокие уровни остаточного аустенита снижают твердость матрицы и абразивную износостойкость отливки. В тех случаях, когда требуется максимальная стойкость к абразивному износу и ударная нагрузка является умеренной, содержание остаточного аустенита следует свести к минимуму до уровня ниже 10 процентов с помощью одного из следующих подходов: криогенная обработка при температуре от минус 70 до минус 196 градусов Цельсия после обычной термообработки, переохлаждение до температур ниже конечной температуры мартенсита или корректировка состава для снижения температуры начала мартенсита.

В применениях со значительными ударными нагрузками некоторый уровень остаточного аустенита (от 10 до 20 процентов) полезен, поскольку он обеспечивает устойчивость к растрескиванию и предотвращает распространение микротрещин, вызванных ударом, по отливке. Таким образом, оптимальный уровень остаточного аустенита зависит от конкретного применения и представляет собой компромисс между износостойкостью и ударной вязкостью, который необходимо решать на основе доминирующего режима разрушения в конкретной среде эксплуатации.

Как сохранить отливки с высоким содержанием хрома на долгий срок службы

Техническое обслуживание отливок с высоким содержанием хрома в дробилках и мельницах включает в себя как эксплуатационные методы, которые сохраняют целостность установленных изнашиваемых деталей, так и методы мониторинга и планирования замены, которые максимизируют общий срок службы каждой детали без возникновения производственных потерь и механических повреждений, которые возникают, когда детали изнашиваются сверх предела их пригодности перед заменой. Следующая структура обслуживания охватывает оба аспекта.

Практика эксплуатации, сохраняющая целостность отливки

Способ эксплуатации дробилки или мельницы оказывает прямое влияние на скорость износа и частоту разрушения отливок с высоким содержанием хрома, а эксплуатационная дисциплина, основанная на следующих методах, приводит к измеримому увеличению срока службы отливок:

• Контроль примесей металла и недробимых материалов в питании: Стальные арматурные стержни, зубья экскаватора и другие металлические примеси в питании дробилки создают экстремальные удары, которые могут привести к разрушению ударных бил из высокохромистого железа, футеровок фартуков и башмаков VSI, даже если нормальный уровень рабочего воздействия находится в пределах диапазона вязкости материала. Установите и поддерживайте эффективное обнаружение посторонних металлов (обычно металлодетекторы и магнитные системы, соответствующие типу материала) перед всеми ударными дробилками, перерабатывающими смешанные потоки сырья или потоки сырья, полученные при сносе.
• Контролируйте размер и скорость подачи: Негабаритная подача в ударную дробилку создает удары, превышающие расчетные, которые ускоряют износ и повышают риск разрушения. Поддерживайте сепараторы и калибровочные сита предварительной дробилки в хорошем рабочем состоянии, чтобы гарантировать, что подача в дробилку соответствует номинальному размеру исходного сырья, для которого были разработаны била и футеровки. Скачки скорости подачи, которые заставляют ротор воздействовать на массивные скопления материала, а не на отдельные частицы, аналогичным образом увеличивают пиковые ударные нагрузки; используйте системы контролируемой подачи (ленточные питатели с регулировкой скорости, а не уравнительные бункеры с неконтролируемой разгрузкой) для поддержания постоянной скорости подачи.
• Поддерживайте правильную скорость ротора и настройки зазора: В ударных дробилках скорость ротора определяет кинетическую энергию удара каждого ударного стержня о породу и является основной рабочей переменной, влияющей как на производительность, так и на скорость износа. Работа на минимальной скорости ротора, обеспечивающей требуемый размер продукта, сводит к минимуму интенсивность износа на тонну; работа на более высокой скорости, чем необходимо, увеличивает потребление энергии и ускоряет износ без улучшения качества продукции. Убедитесь, что настройки зазора фартука соответствуют техническим характеристикам; чрезмерно узкие зазоры увеличивают вероятность застревания крупных фрагментов между ротором и фартуком, создавая удары, которые могут одновременно разрушить и ударные билы, и фартук.
• Вращайте била через правильные промежутки времени: Ударные дробилки с горизонтальным валом сконструированы таким образом, что била можно поворачивать на 180 градусов или перемещать с передней к задней кромке, когда одна сторона изношена до предела вращения. Вращение в правильной точке выравнивает износ между двумя рабочими поверхностями каждого ударного стержня, эффективно удваивая общий объем износа, извлекаемый из каждого стержня, по сравнению с работой до полного износа на одной стороне перед вращением. Задержка вращения приводит к неравномерному износу, который уменьшает полезный объем износа и может создать дисбаланс ротора, что увеличивает нагрузки на подшипники и вибрацию.

График осмотров и измерений износа

Систематическое измерение глубины износа отливки через регулярные промежутки времени является основой эффективного планирования замены. Без количественных данных об износе решения о замене принимаются только на основе визуальной оценки, что, как правило, приводит либо к преждевременной замене деталей с оставшимся сроком службы (что приводит к ненужным затратам на детали), либо к отложенной замене деталей, изношенных ниже безопасного рабочего предела (риск механического повреждения основного оборудования).

Установите процедуру измерения износа с помощью штангенциркуля или ультразвукового толщиномера, который измеряет глубину износа в определенных контрольных точках на каждой отливке через регулярные интервалы проверки (обычно каждые 250–500 часов работы для сильно нагруженных изнашиваемых деталей дробилки и каждые 500–1000 часов для мелющих элементов VRM). Запишите эти измерения в таблицу отслеживания и постройте график совокупного износа в зависимости от часов работы. Полученная кривая скорости износа позволяет прогнозировать оставшийся срок службы в любой точке проверки, что позволяет планировать плановую замену в удобное время технического обслуживания, а не реагировать на аварийную поломку, вызванную изношенной деталью.

Сварочный ремонт отливок с высоким содержанием хрома

Белый чугун с высоким содержанием хрома трудно сваривать обычными методами из-за его хрупкости и высокого содержания углерода, которые способствуют растрескиванию как в сварочном наплавлении, так и в зоне термического влияния, прилегающей к сварному шву. Однако наплавку наплавленным швом с использованием соответствующих наплавочных электродов из карбида хрома или порошковой проволоки можно использовать для восстановления изношенных поверхностей отливок толстого сечения на месте, продлевая срок службы без затрат на полную замену деталей. Ключевыми требованиями для успешной наплавки отливок из высокохромистого чугуна являются:

• Разогрейте до 400–500 градусов Цельсия. перед сваркой, чтобы уменьшить температурный градиент между сварочной ванной и окружающим материалом холодной отливки, который является основной причиной растрескивания зоны термического влияния в высокоуглеродистых и хромистых чугунах.
• Используйте расходные материалы для наплавки из карбида хрома. (не электроды общего назначения или аустенитные нержавеющие электроды), которые образуют нагар со свойствами износа, сравнимыми с основным отливочным материалом. Отложения от неподходящего электрода, который мягче, чем окружающий основной материал, будут изнашиваться преимущественно, что сводит на нет цель ремонта.
• Контроль межпроходной температуры и обеспечить контролируемое медленное охлаждение после сварки, обернув деталь изолирующим слоем, чтобы свести к минимуму термические напряжения во время охлаждения, которые вызывают замедленное растрескивание в отливках толстого сечения.

Отливки с высоким содержанием хрома представляют собой технически продуманное и экономически обоснованное решение проблемы износа в самых требовательных отраслях промышленности. Сочетание выбора подходящей марки хрома для конкретных абразивных и ударных условий, определения правильных параметров термообработки для максимизации твердости и ударной вязкости матрицы, применения передовой практики в области эксплуатационной дисциплины для сохранения целостности отливки в эксплуатации, а также внедрения систематического измерения износа и планирования замены обеспечивает самую низкую совокупную стоимость владения изнашиваемыми деталями с высоким содержанием хрома в течение всего срока службы дробильно-измельчительного оборудования.

Контроль качества при производстве высокохромистого литья

Стабильность эксплуатационных характеристик отливок с высоким содержанием хрома в процессе эксплуатации зависит от строгости контроля качества, применяемого на протяжении всего их производства. В отличие от товарной стали, диапазоны состава и механических свойств которой жестко регулируются широко принятыми стандартами, отливки из белого чугуна с высоким содержанием хрома часто производятся в соответствии с запатентованными спецификациями или спецификациями для конкретного применения, где контроль качества продукции, применяемый литейным заводом, является основной гарантией стабильных характеристик. Понимание того, какие меры контроля качества следует указать и проверить при закупке отливок с высоким содержанием хрома, позволяет покупателям отличать надежные источники от тех, которые производят противоречивую продукцию.

Проверка химического состава

Каждый забег железо с высоким содержанием хрома перед разливкой следует анализировать с помощью оптической эмиссионной спектрометрии (ОЭС) на образце, взятом из ковша или печи. Анализ должен подтвердить, что все указанные легирующие элементы (хром, углерод, молибден, никель и кремний) находятся в пределах целевого диапазона состава перед заливкой в ​​формы. Плавки, выходящие за пределы спецификации, следует корректировать добавлением сплава перед заливкой; нагрев, не соответствующий техническим требованиям, в расчете на то, что он будет приемлемым, представляет собой значительный риск для качества, поскольку последствия неправильного состава для характеристик износа и реакции на термообработку могут быть не очевидны до тех пор, пока детали не будут установлены в эксплуатацию.

Покупатели должны требовать сертификаты заводских испытаний (MTC), показывающие фактический анализ ковша для каждой производственной партии, а не принимать типовые сертификаты качества, которые подтверждают соответствие стандартной спецификации без указания фактического состава конкретных поставляемых деталей. Сравнение данных MTC по нескольким заказам позволяет выявить тенденции изменения состава до того, как они повлияют на качество обслуживания, и предоставляет данные, необходимые для корреляции изменений состава с наблюдаемыми различиями в сроке службы между партиями.

Испытание твердости после термообработки

Каждый железо с высоким содержанием хрома casting После термообработки необходимо провести испытание на твердость по Роквеллу, чтобы убедиться, что требуемая твердость достигнута во всей предполагаемой зоне измерения. Для большинства изнашиваемых деталей дробилок и мельниц указанный диапазон твердости составляет от 58 до 66 HRC в зависимости от марки сплава и применения. Испытание на твердость следует проводить минимум в трех местах на отливку: в двух противоположных положениях рабочей поверхности и в одном положении на кромке. Отливка, которая демонстрирует приемлемую твердость на рабочей поверхности, но значительно более низкую твердость в краевых положениях, указывает на неполное мартенситное превращение в областях с более низкой скоростью охлаждения во время закалки, что может привести к преимущественному износу в этих положениях при эксплуатации.

Для крупных отливок, где изменение толщины сечения может влиять на распределение твердости по толщине, разрушающее поперечное испытание на твердость на образцах, вырезанных из репрезентативных положений отливок прототипа или первого изделия, устанавливает градиент твердости по сечению и проверяет, что термообработка обеспечивает минимально необходимую твердость на всех глубинах, которые будут подвергаться воздействию в течение всего срока службы детали. Это испытание особенно важно для шин шлифовальных роликов VRM и сегментов столов с сечением более 100 миллиметров, где твердость сердцевины после термообработки имеет решающее значение для производительности, поскольку поверхность изнашивается и со временем более глубокий материал становится рабочей поверхностью.

Контроль размеров и качества поверхности

Соответствие размеров указанному чертежу проверяют измерением всех критических размеров с использованием калиброванных шаблонов и шаблонов. Для отливок, прошедших чистовую обработку после термообработки (таких как рабочие колеса насосов, сегменты шлифовальных колец и прецизионные изнашиваемые пластины), измерение размеров после окончательной обработки подтверждает, что обработка достигла требуемой точности размеров и качества поверхности. Для отливок, которые используются в отлитом или отшлифованном состоянии, при проверке размеров основное внимание уделяется монтажным и сопрягаемым поверхностям, которые определяют правильную посадку и выравнивание основного оборудования.

Проверка качества поверхности охватывает как внешний вид поверхности отливки, так и неразрушающий контроль на наличие подповерхностных дефектов в критически важных случаях. Визуальный осмотр выявляет разрушение поверхности, усадочную пористость, холодные затворы, горячие разрывы и значительную шероховатость поверхности, которые указывают на проблемы с качеством отливки. Для применений с серьезными последствиями, таких как большие башмаки ротора VSI, шлифовальные элементы VRM и компоненты критически важного технологического оборудования, капиллярное тестирование или магнитопорошковое тестирование доступных поверхностей обеспечивает дополнительную уверенность в отсутствии трещин, разрушающих поверхность, до того, как детали будут установлены в эксплуатацию. Трещины в отливках из чугуна с высоким содержанием хрома не затягиваются самостоятельно, как в пластичных материалах; поверхностная трещина на сильно нагруженной изнашиваемой детали ударной дробилки может быстро распространиться до катастрофического разрушения при рабочих нагрузках, что делает обнаружение трещин перед эксплуатацией значимым вложением средств как в безопасность, так и в надежность производства.