Какие основные изнашиваемые материалы и детали используются в ударных дробилках?

Объяснение стойкости к истиранию стали, материалов с высоким содержанием марганца и хрома

Устойчивая к истиранию сталь — это категория стали или железного сплава, специально разработанная для предотвращения потери поверхностного материала, вызванной скольжением, царапинами, строжкой или ударным контактом с абразивными средами, такими как камень, руда, песок, шлак и цементный клинкер. Это не отдельный материал, а семейство сплавов, выбранных с учетом конкретного типа износа, уровня рабочих напряжений и температурной среды, встречающейся в процессе применения.

Двумя доминирующими категориями сплавов, используемыми для изнашиваемых деталей дробильного, измельчительного и обогатительного оборудования, являются отливки из стали с высоким содержанием марганца и отливки из чугуна с высоким содержанием хрома:

• Отливки из стали с высоким содержанием марганца (Сталь Гадфилда, обычно содержащая от 11% до 14% марганца и от 1,0% до 1,4% углерода) основана на явлении, называемом наклепом: матрица аустенитной стали становится все более твердой на своей поверхности по мере того, как она подвергается ударным ударам в процессе эксплуатации, в то время как прочный аустенитный сердечник поглощает энергию удара, не разрушаясь. Это делает отливки из высокомарганцевой стали предпочтительным выбором для отливок из высокомарганцевой стали в ударных дробилках и других применений, требующих высоких ударных нагрузок, где прочность так же важна, как и твердость.
• Отливки из высокохромистого чугуна и отливки с высоким содержанием хрома (обычно от 15% до 30% хрома, от 2,0% до 3,5% углерода) достигают своей износостойкости за счет плотной сети чрезвычайно твердых частиц карбида хрома (карбиды M7C3 с твердостью от 1600 до 1800 HV), внедренных в стальную матрицу. Отливки из чугуна с высоким содержанием хрома с самого начала тверже марганцевой стали и предпочтительнее для измельчения и операций с умеренной ударной нагрузкой, таких как футеровки шаровых мельниц, детали молотковых мельниц и компоненты шламовых насосов.

Правильный выбор между отливками из стали с высоким содержанием марганца для ударной дробилки и отливками с высоким содержанием хрома для ударной дробилки зависит от твердости загружаемого материала, типа дробилки и рабочих нагрузок, а также от того, является ли удар или истирание доминирующим механизмом износа. При ударном первичном и вторичном дроблении твердых пород преимущество марганцевой стали в ударной вязкости перевешивает ее недостаток в твердости по сравнению с железом с высоким содержанием хрома. В применениях с меньшими ударными нагрузками и высокой абразивностью, таких как третичное дробление и измельчение, отливки с высоким содержанием хрома обычно превосходят марганцевую сталь в 1,5–3 раза.

Что такое абразивостойкая сталь: виды, механизмы и промышленная значимость

Устойчивая к истиранию сталь включает в себя несколько семейств материалов, которые достигают износостойкости за счет различных металлургических механизмов. Понимание этих механизмов является основой для разумного выбора материала при любом износе.

Три механизма устойчивости к истиранию

• Высокая матричная твердость (мартенситные стали): Низколегированные износостойкие стали, такие как AR400, AR450 и AR500 (цифры относятся к твердости по Бринеллю), достигают износостойкости за счет закалки стальной матрицы до мартенситной микроструктуры. Мартенсит является самой твердой фазой, которую можно получить в углеродистой стали без легирования, а его высокая твердость препятствует проникновению на поверхность абразивных частиц. Эти материалы используются в качестве листовой стали для желобов, кузовов грузовиков, футеровок ковшей и изнашиваемых пластин при погрузочно-разгрузочных работах, где сочетание их умеренной твердости (от 400 до 500 HB) и лучшей прочности, чем у полностью легированных чугунов, делает их практичными и экономичными. Листовые стали марки AR не относятся к абразивно-стойкой стали для дробления изнашиваемых деталей, поскольку они представляют собой деформируемые (прокатные) изделия, а не отливки, и их нельзя отливать в сложные трехмерные формы деталей дробилок.
• Нагартовка (аустенитная марганцевая сталь): Отливки из стали с высоким содержанием марганца достигают износостойкости благодаря уникальному процессу закалки, вызванному деформацией. Микроструктура литого аустенита (которая является относительно мягкой при начальной твердости от 180 до 220 HB) постепенно трансформируется на поверхности под многократными ударными нагрузками, увеличивая твердость до 450-550 HB в наклепанном поверхностном слое, в то время как ядро ​​остается прочным и ударопоглощающим аустенитом. Эта двойная структура, твердая поверхность и прочный сердечник делают отливки из высокомарганцовистой стали уникально подходящими для применения в условиях сильного износа, когда полностью затвердевший материал может сломаться.
• Армирование твердой фазой (белый чугун и отливки из высокохромистого чугуна): Отливки из чугуна с высоким содержанием хрома достигают чрезвычайной твердости за счет выделения карбидов хрома во время затвердевания и контролируемой термической обработки. Карбиды хрома (в основном типа M7C3 в сплавах с высоким содержанием хрома) имеют твердость по Виккерсу от 1600 до 1800 HV, что делает их одними из самых твердых фаз, которые можно получить в любом материале на основе железа. Эти карбиды противостоят проникновению всех абразивных минералов, кроме самых твердых (кремнезем при 1100 HV, корунд при 2000 HV) и обеспечивают износостойкость, необходимую при шлифовании, где механизм истирания преимущественно представляет собой микрорезание и царапание, а не ударное разрушение.

Данные о скорости износа для различных применений абразива

Система индекса напряжения и абразивности (SAI), используемая в технике износа, классифицирует абразивные условия по твердости абразивного материала относительно поверхности износа и уровню напряжения контакта:

Отливки из стали с высоким содержанием марганца: Composition, Properties, and Best Applications

Отливки из стали с высоким содержанием марганца , коммерчески известная как сталь Гадфилда в честь сэра Роберта Хэдфилда, открывшего этот сплав в 1882 году, остается одним из наиболее широко используемых износостойких литейных материалов в тяжелой промышленности более 140 лет после их появления. Непреходящая коммерческая значимость этого материала отражает поистине уникальное сочетание свойств, которое не повторяет ни один другой сплав.

Химический состав отливок из высокомарганцовистой стали

Стандартные отливки из высокомарганцевой стали соответствуют составам, определенным ASTM A128 в США, и эквивалентным национальным стандартам на других рынках. Базовый состав и распространенные варианты сортов:

• Углерод: От 1,0% до 1,4% в стандартных марках и увеличивается до 1,5–1,8% в вариантах с высоким содержанием углерода, используемых в тех случаях, когда дополнительное осаждение карбидов улучшает стойкость к истиранию при умеренных уровнях ударной нагрузки.
• Марганец: От 10 % до 14 % в стандартных марках (ASTM A128, класс B-2 и B-3), при этом в некоторых марках указано от 17 % до 19 % марганца (ASTM A128, класс D) для применений, требующих максимальной прочности. Высокое содержание марганца стабилизирует аустенитную фазу, предотвращая ее превращение в мартенсит при охлаждении, что может сделать отливку хрупкой.
• Кремний: от 0,3% до 1,0%, необходимое для раскисления во время плавки, но ограниченное, поскольку кремний снижает вязкость марганцевой стали выше примерно 1%.
• Хром: От 0% до 2,5% в стандартных марках и от 1,5% до 2,5% в модифицированных Cr-Mo марках, используемых в роторных дробилках и горнодобывающем оборудовании, где дополнительное образование карбида углерода и хрома улучшает начальную твердость без неприемлемого снижения ударной вязкости.
• Молибден: От 0,5% до 1,0% в марках высшего сорта, улучшая прокаливаемость и уменьшая охрупчивание во время термообработки, что особенно полезно для отливок толстого сечения, где скорость охлаждения при отжиге на раствор может быть медленнее.

Механизм упрочнения: почему отливки из высокомарганцовистой стали работают

Определяющая характеристика Отливки из стали с высоким содержанием марганца это их способность работать с ударной нагрузкой. В отожженном на раствор состоянии (стандартное состояние поставки после закалки в воде от 1050 до 1100 градусов Цельсия) аустенитная матрица мягкая и вязкая, с твердостью примерно от 180 до 220 по Бринеллю. Когда этот аустенит подвергается сжимающему и сдвиговому напряжению от повторяющихся ударов горных пород, подводимая механическая энергия запускает два параллельных процесса упрочнения:

• Деформационное мартенситное превращение: На участках микроструктуры аустенит под действием ударного механического напряжения превращается в мартенсит (самую твердую фазу стали). Это преобразование является объемно-расширяющимся, что означает, что поверхностный слой, находящийся под сжимающим напряжением, фактически усиливается за счет вызванного трансформацией состояния сжимающего напряжения, которое развивается на поверхности.
• Накопление дислокаций и двойникование: Кристаллическая структура аустенита деформируется за счет двойникования (сдвига кристаллографических плоскостей) под воздействием удара, создавая сильно деформированную микроструктуру, которая сопротивляется дальнейшей деформации из-за накопленной энергии деформации. Этот механизм объясняет, почему наклепанная поверхность становится все более твердой при продолжительном ударе, достигая 450–550 HB в поверхностном слое хорошо наклепанной щековой пластины дробилки.

Практическим следствием этого механизма является то, что отливки из стали с высоким содержанием марганца должны подвергаться достаточной ударной нагрузке для эффективного упрочнения. В применениях с недостаточной ударной нагрузкой для привода механизма наклепа (например, при скользящем истирании с низким напряжением в желобе конвейера) марганцевая сталь обеспечивает плохую износостойкость, поскольку ее аустенитная матрица остается мягкой. Это наиболее распространенное неправильное применение отливок из высокомарганцовистой стали: их назначение для применений с низким уровнем абразивного воздействия, где более твердый материал с меньшей вязкостью будет работать значительно лучше.

Лучшие литые детали из стали с высоким содержанием марганца

Лучшие литые детали из высокомарганцовистой стали, постоянно поставляемые качественными литейными предприятиями, обладают рядом металлургических и качественных характеристик, которые отличают их от худших альтернатив:

• Правильная обработка раствором отжига: Отливка должна быть нагрета до температуры от 1050 до 1100 градусов Цельсия в течение достаточного времени для растворения всех выделений карбидов из литой структуры, а затем быстро закалена водой (скорость закалки водой выше 50 градусов Цельсия в минуту в критическом диапазоне температур). Недостаточная температура отжига или низкая скорость закалки приводят к тому, что карбиды не растворяются на границах зерен, создавая хрупкое состояние, описанное ниже в разделе о дефектах термической обработки.
• Проверенный химический состав: Спектрографический анализ каждой плавки металла подтверждает попадание состава в заданный диапазон. Содержание марганца ниже 10% или углерода выше 1,4% в стандартных марках значительно ухудшает реакцию на деформационное упрочнение и ударную вязкость готовой отливки.
• Точность размеров и качество поверхности: Качественные отливки из высокомарганцевой стали для ударной дробилки имеют точные размеры в соответствии с допусками чертежа, не имеют значительных поверхностных дефектов (холодных замыканий, усадочной пористости, трещин), которые могут уменьшить толщину сечения ниже расчетных значений или создать точки концентрации напряжений для возникновения разрушения.
• Проверка твердости после обработки: Установленная твердость правильно отожженной марганцевой стали должна составлять от 180 до 220 HB. Твердость, значительно превышающая этот диапазон, указывает на наличие остаточных карбидов или неполную обработку раствора; твердость значительно ниже этого диапазона предполагает неправильный состав или ошибку измерения.

Что такое высокий хром: состав, карбидная структура и механизм износа

Вопрос о том, что такое высокое содержание хрома в контексте изнашиваемых материалов, относится конкретно к семейству литых материалов из белого чугуна с высоким содержанием хрома, где содержание хрома колеблется от 12% до 30%, а содержание углерода от 2,0% до 3,5%. Они принципиально отличаются от нержавеющих сталей (которые также содержат хром, но с меньшим содержанием углерода и имеют другие металлургические цели) и от хромирования (обработка поверхности без структурной глубины).

Что такое состав чугуна с высоким содержанием хрома

Ответ на то, что такое чугун с высоким содержанием хрома состав варьируется в зависимости от конкретного земляного полотна, предназначенного для различных применений. Три основных диапазона состава, определенные международными стандартами (ASTM A532, ISO 21988):

Структура карбида хрома, обеспечивающая износостойкость

Исключительная износостойкость Отливки с высоким содержанием хрома происходит из фазы карбида хрома M7C3, которая образуется, когда содержание хрома превышает примерно 12%, а содержание углерода составляет 2,0% или выше. Карбид M7C3 содержит примерно 5,5 атомов хрома на каждый атом углерода и имеет гексагональную кристаллическую структуру, которая очень тверда (твердость по Виккерсу от 1600 до 1800), но менее хрупка, чем карбиды M3C (цементит), которые образуются в белом чугуне с низким содержанием хрома. Карбиды M7C3 присутствуют в объемных долях от 25% до 45% в типичных отливках из высокохромистого чугуна, образуя непрерывную или полунепрерывную сетку, которая укрепляет железную матрицу от проникновения абразива.

Важнейшим аспектом состава чугуна с высоким содержанием хрома, поскольку он влияет на производительность, является соотношение Cr/C. Минимальное соотношение Cr/C примерно от 7:1 до 8:1 по массе необходимо для того, чтобы содержание хрома было достаточным для стабилизации карбида M7C3, а не менее желательного карбида M3C (цементита), который тверже, но более хрупкий и обеспечивает меньшую износостойкость на единицу объема. Для отливки с содержанием углерода 2,5% требуется минимум 17,5–20% хрома, чтобы обеспечить правильный тип карбида во время затвердевания.

Отливки из чугуна с высоким содержанием хрома и отливки из стали с высоким содержанием марганца: прямое сравнение

Выбор между отливками из чугуна с высоким содержанием хрома и отливками из стали с высоким содержанием марганца для ударных дробилок и других дробильных установок является одним из наиболее важных решений по выбору материалов при закупках на обогатительных предприятиях. Оба материала могут хорошо работать при правильном применении, и оба могут преждевременно выйти из строя при неправильном. Следующее сравнение предоставляет практические данные, необходимые для осознанного выбора.

Сравнение механических свойств

Отливки из высокомарганцовистой стали для ударной дробилки: когда указывать

Ударная дробилка Стальные отливки с высоким содержанием марганца являются правильными спецификациями в следующих условиях:

• Первичное и вторичное ударное дробление твердых абразивных пород. (гранит, базальт, кварцит, железная руда), где размеры загрузки более 200 мм создают отдельные удары, достаточно большие, чтобы эффективно управлять механизмом наклепа, а также создают такие уровни напряжения, которые могут разрушить хрупкое железо с высоким содержанием хрома.
• Биты и отбойные пластины ударной дробилки с горизонтальным валом (HSI) где удар на высокой скорости между вращающимся ротором и загружаемым материалом создает концентрированные ударные напряжения, в некоторых случаях превышающие 10 000 Дж, что намного превышает вязкость разрушения любого высокохромистого железа.
• Области применения, в которых случайное попадание металла (необнаруженная сталь в подаваемом материале) Это риск, поскольку высокая прочность марганцевой стали позволяет ей выдерживать воздействия посторонних металлов, которые мгновенно разрушили бы отливку из высокохромистого чугуна.
• Температура окружающей среды ниже минус 10 градусов Цельсия. где снижение ударной вязкости чугуна с высоким содержанием хрома (который уже имеет очень низкую ударную вязкость при комнатной температуре) делает неприемлемо вероятным разрушение в условиях запуска или осадки.

Отливки с высоким содержанием хрома для ударной дробилки: когда указывать

Отливки с высоким содержанием хрома для ударной дробилки предпочтительнее в следующих случаях:

• Третичное и мелкое ударное дробление там, где исходный материал уже уменьшен до максимального размера от 50 до 100 мм, энергия удара на одно событие ниже, а преобладающим механизмом износа является истирание, а не катастрофическое воздействие. В этом режиме Отливки с высоким содержанием хрома can outlast equivalent manganese steel parts by 1.5 to 3.0 times in service life , что снижает затраты на изнашиваемые детали и частоту остановов.
• Переработка известняка, мела и угля от мягкой до средней твердости где абразивный исходный материал недостаточно тверд для эффективного наклепа марганцевой стали, оставляя марганцевую сталь в мягком, относительно незащищенном аустенитном состоянии на протяжении всего срока службы, в то время как высокохромистое железо работает с полной твердостью с первого часа работы.
• Наконечники и наковальни ротора ударной дробилки с вертикальным валом (VSI) где материал ускоряется ротором и ударяется либо о кольцо наковальни, либо о другой материал, создавая удары с высокой скоростью и умеренной энергией, которые лучше соответствуют твердости и стойкости к истиранию высокохромистого железа, чем профиль ударопоглощения марганцевой стали.

Дефекты термической обработки в отливках из высокомарганцовистой стали и высокохромистой стали

Термическая обработка является наиболее важным этапом производства как отливок из стали с высоким содержанием марганца, так и отливок с высоким содержанием хрома, а дефекты термообработки представляют собой наиболее распространенную основную причину преждевременного выхода из строя изнашиваемых деталей в процессе эксплуатации. Понимание этих дефектов позволяет более эффективно контролировать качество при поступлении товара и более продуктивно обсуждать с поставщиками отливок несоответствия качества.

Дефекты термообработки в отливках из высокомарганцовистой стали

Отливки из стали с высоким содержанием марганца требуют отжига на твердый раствор с последующей закалкой в воде для достижения характерной жесткой аустенитной микроструктуры. В результате сбоев в этом процессе возникают следующие дефекты:

• Выделения нерастворенных карбидов (недостаточная температура или время отжига): Если отливка не выдерживается при достаточной температуре (минимум 1050 градусов Цельсия) в течение достаточного времени (обычно 1 час на 25 мм толщины профиля, минимум 2 часа), карбиды, выделившиеся во время затвердевания в литой структуре, не полностью растворяются в аустенитной матрице. Эти остаточные карбиды украшают границы зерен аустенита, что делает отливку склонной к хрупкому межзеренному разрушению при ударной нагрузке. Это самый распространенный дефект термообработки отливок из высокомарганцевой стали и самый опасный в эксплуатации, поскольку отливка может выглядеть правильно по размерам, но будет катастрофически разрушаться, а не постепенно изнашиваться.
• Закалочное растрескивание (чрезмерная толщина сечения или недостаточная закалка): Термический удар при закалке водой создает растягивающие напряжения в толстых секциях (более 150 мм), где поверхность охлаждается и сжимается до того, как ядро достаточно остынет. Если эти термические напряжения превышают вязкость разрушения отливки в состоянии промежуточной термообработки, развиваются поверхностные трещины, которые могут быть неочевидны визуально, но будут распространяться во время эксплуатации под ударной нагрузкой. Риск растрескивания при закалке контролируется за счет контроля температуры закалки в воде (в идеале ниже 30 градусов по Цельсию для поддержания скорости закалки), перемешивания закалочного резервуара и проектирования отливок с переходами по толщине сечений, которые минимизируют дифференциальную скорость охлаждения.
• Сенсибилизация из-за неправильного разогрева или медленного охлаждения: Нагревание марганцевой стали выше примерно 300 градусов по Цельсию после закалки или снижение скорости закалки ниже критических значений в диапазоне от 400 до 600 градусов по Цельсию позволяет карбидам повторно выделяться на границах зерен. Это состояние, называемое сенсибилизацией по аналогии с тем же явлением в нержавеющих сталях, резко снижает ударную вязкость и необратимо без полного повторного отжига. Сенсибилизация может возникнуть во время сварочного ремонта отливок (важное предупреждение при полевом ремонте деталей дробилки из марганцевой стали) или во время неправильных процедур предварительного нагрева.

Дефекты термообработки в отливках из чугуна с высоким содержанием хрома и отливках с высоким содержанием хрома

Отливки из чугуна с высоким содержанием хрома подвергаются дестабилизирующей термообработке с последующим охлаждением на воздухе или контролируемой закалкой для преобразования литой аустенитной матрицы в мартенсит, достигая максимальной твердости. Следующие дефекты термообработки снижают эксплуатационные характеристики готовых отливок с высоким содержанием хрома:

• Остаточный аустенит (недостаточная дестабилизация или неполное мартенситное превращение): Если температура дестабилизации (обычно от 950 до 1050 градусов Цельсия) слишком высока или время воздействия этой температуры слишком велико, избыток углерода растворяется в аустените, повышая температуру начала мартенсита (Ms) ниже комнатной температуры. Это означает, что аустенит не полностью превращается в мартенсит при охлаждении, в результате чего в матрице остается более мягкий и менее износостойкий остаточный аустенит. Остаточный аустенит с объемной долей выше примерно 20% значительно снижает твердость отливок с высоким содержанием хрома ниже спецификации. , что обычно проявляется в измеренной твердости ниже 55 HRC, если указано значение 60 HRC.
• Сквозное растрескивание при охлаждении (термоударное разрушение): Отливки из чугуна с высоким содержанием хрома имеют очень низкую вязкость разрушения и чувствительны к резким температурным градиентам во время охлаждения после дестабилизирующей обработки. Если скорость охлаждения во время охлаждения на воздухе или подкритической закалки слишком высока или если отливка контактирует с водой или холодными металлическими поверхностями до того, как произойдет достаточное равномерное охлаждение, могут возникнуть трещины по толщине, которые сделают отливку непригодной для использования. Правильная загрузка печи, обеспечивающая свободную циркуляцию воздуха вокруг каждой отливки, а также контролируемое воздушное охлаждение с помощью вентилятора, а не прямая закалка водой, сводят к минимуму этот риск.
• отпускная хрупкость от неправильной подкритической обработки: Некоторые отливки с высоким содержанием хрома после дестабилизации и охлаждения подвергаются отпуску для снятия закалочных напряжений и незначительного улучшения ударной вязкости без значительного снижения твердости. Если температура отпуска попадает в диапазон охрупчивания для конкретного состава сплава (обычно от 400 до 500 градусов Цельсия для большинства чугунов с высоким содержанием хрома), отливка может фактически стать более хрупкой после отпуска, чем до него, состояние, называемое отпускной хрупкостью, которое возникает из-за сегрегации примесей по границам зерен при этих температурах.

Испытания контроля качества для выявления дефектов термообработки

• Испытание на твердость (по Бринеллю для марганцевой стали, по Роквеллу С для высокохромистого железа): Самая простая и практичная входная проверка качества. Значения вне диапазона спецификации указывают на проблемы термообработки, требующие исследования.
• Магнитопорошковый контроль (MPI): Обнаруживает поверхностные и приповерхностные трещины в отливках. Особенно важно для отливок из чугуна с высоким содержанием хрома, склонных к закалочному растрескиванию, а также для отливок из марганцевой стали, на поверхности которых во время закалки в воде могут образоваться поверхностные трещины.
• Испытание купонов на изгиб или удар: Небольшой испытательный стержень, отлитый при той же температуре, что и производственная отливка, подвергнутый испытанию на изгиб или удар, подтверждает, что прочность материала соответствует техническим характеристикам. Купон марганцевой стали, отожженный правильно, должен существенно изгибаться без разрушения; тот, у которого есть нерастворенные карбиды, хрупко сломается.
• Металлографическое исследование: Оптическая микроскопия полированных и протравленных образцов выявляет распределение карбидов, состояние границ зерен, содержание мартенсита и долю остаточного аустенита, обеспечивая наиболее точную оценку качества термообработки как для отливок из высокомарганцовистой стали, так и для отливок с высоким содержанием хрома.

Выбор поставщиков для отливок из стали с высоким содержанием марганца для ударной дробилки и отливок для ударной дробилки с высоким содержанием хрома

Качество и срок службы изнашиваемых деталей ударных дробилок зависят как от выбора поставщика, так и от спецификации материала. Две отливки номинально идентичного состава могут иметь совершенно разный срок службы, если одна из них правильно термически обработана и имеет точные размеры, а другая — нет. Следующая система критериев обеспечивает структурированный подход к квалификации поставщиков отливок из стали с высоким содержанием марганца для ударных дробилок и отливок с высоким содержанием хрома для ударных дробилок.

Требования к техническим возможностям

• Собственный спектрографический химический анализ: Литейный завод должен иметь возможность оптической эмиссионной спектроскопии (OES) для анализа химического состава каждой плавки металла перед разливкой и проверки соответствия всех легирующих элементов техническим характеристикам. Поставщики, полагающиеся на предварительно сертифицированные шихтовые материалы без внутренней проверки, предлагают менее надежный контроль состава, чем поставщики, использующие OES-оборудование, обычно используемое в производстве.
• Печи управляемой термообработки с записью диаграмм: Каждый цикл термообработки должен регистрироваться системой контроля температуры печи, обеспечивая документированную запись (диаграмму или электронный журнал) о том, что отливка достигла необходимой температуры, выдерживалась в течение необходимого времени и охлаждалась с необходимой скоростью. Поставщики, которые могут предоставить записи о термообработке для каждой партии отливки, обеспечивают значительно лучший контроль качества, чем те, кто не может этого сделать.
• Возможность контроля размеров и сертифицированное измерительное оборудование: Биты ударной дробилки, наконечники молотков и ударные пластины должны точно подходить к ротору, держателю молота или раме, для которой они предназначены. Поставщик, имеющий координатно-измерительную машину (КИМ) или, как минимум, прошедший комплексную проверку размеров с помощью калиброванных датчиков, может перед отправкой убедиться, что отливки соответствуют размерным допускам.
• Сертификация ISO 9001 и документированная система менеджмента качества: Сертификация ISO 9001 демонстрирует, что литейное производство систематически документирует процессы производства и качества. Хотя сертификация не гарантирует качество, она обеспечивает основу для последовательного контроля процесса и отслеживания, что дает покупателям преимущества за счет более надежной согласованности продукции при выполнении последовательных заказов.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое износостойкая сталь и чем она отличается от обычной конструкционной стали?

Устойчивая к истиранию сталь — это категория стали или железного сплава, специально разработанная и подвергнутая термообработке для предотвращения потери поверхностного материала при контакте с твердыми абразивными средами, такими как горная порода, руда, песок и шлак. Обычная конструкционная сталь (например, A36 или S355) рассчитана в первую очередь на предсказуемую прочность и свариваемость, ее твердость составляет от 120 до 170 HB, что обеспечивает очень низкую стойкость к поверхностному истиранию. Устойчивые к истиранию материалы достигают своей износостойкости за счет высокой твердости матрицы (мартенситное превращение в сталях марки AR), нагарта при ударе (аустенитные марганцевые стали) или армирования твердой карбидной фазы (отливки из высокохромистого чугуна) со значениями твердости в диапазоне от 400 HB для листов марки AR до 720 HB для полностью термически обработанных отливок с высоким содержанием хрома.

2. Что такое высокое содержание хрома в контексте изнашиваемых материалов?

В контексте износостойких материалов понятие «высокое содержание хрома» относится конкретно к отливкам из белого чугуна, содержащим от 12% до 30% хрома и от 2,0% до 3,5% углерода. Высокое содержание хрома приводит к образованию частиц карбида хрома M7C3 (твердость от 1600 до 1800 HV) во время затвердевания и термообработки, создавая микроструктуру с чрезвычайной стойкостью к истиранию. Высокохромистый белый чугун отличается от среднехромистого белого чугуна (от 7% до 12% Cr) и низкохромистого белого чугуна (от 1% до 3% Cr) превосходной коррозионной стойкостью его матрицы (что дает преимущества при применении в агрессивных шламовых средах) и более твердым и менее хрупким типом карбида (M7C3 по сравнению с M3C), который образуется при уровне хрома выше примерно 10–12%.

3. Что такое состав чугуна с высоким содержанием хрома для применения в шламовых насосах?

Состав чугуна с высоким содержанием хрома для рабочих колес, гильз и запорных втулок шламовых насосов обычно соответствует ASTM A532, класс III, тип A: от 25% до 30% хрома, от 2,0% до 3,3% углерода, с добавками молибдена от 1,0% до 3,0% для прокаливаемости толстых сечений и добавками меди в некоторых марках для улучшения коррозионной стойкости в кислых растворах. После дестабилизирующей термообработки при температуре от 950 до 1050 градусов Цельсия и контролируемого воздушного или принудительного воздушного охлаждения эти отливки достигают твердости от 58 до 65 HRC с мартенситной матрицей, содержащей от 30% до 45% объемной доли карбидов хрома M7C3. Марка с содержанием Cr 27% является наиболее широко используемой в мире для абразивных шламов в горнодобывающей промышленности, переработке полезных ископаемых и дноуглубительных работах.

4. Каковы наиболее распространенные дефекты термообработки отливок из высокомарганцовистой стали?

Наиболее распространенными дефектами термообработки отливок из высокомарганцевой стали являются: выделение нерастворенных карбидов на границах зерен аустенита, вызванное недостаточной температурой отжига на раствор (ниже 1050 градусов Цельсия) или неправильным временем выдержки при температуре, что делает отливку склонной к хрупкому разрушению при ударной нагрузке; закалочное растрескивание в толстых сечениях, вызванное чрезмерными термическими напряжениями при быстрой закалке в воду; и сенсибилизация (переосаждение карбида) из-за непреднамеренного повторного нагрева выше 300 градусов Цельсия после закалки, что может произойти во время сварочного ремонта. Из них выделение нерастворенных карбидов является наиболее коммерчески значимым, поскольку оно создает отливку, которая выдерживает визуальный осмотр и проверку размеров, но катастрофически выходит из строя при эксплуатации из-за охрупчивания по границам зерен.

5. Когда следует выбирать стальные отливки с высоким содержанием марганца для ударной дробилки или отливки из ударной дробилки с высоким содержанием хрома?

Укажите отливки из высокомарганцевой стали для ударной дробилки, когда дробилка работает при первичном или вторичном дроблении твердой абразивной породы с большими размерами исходного материала (от 150 до 200 мм), когда отдельные удары достаточно велики, чтобы обеспечить эффективное наклеп (подтверждается, когда измерения эксплуатационной твердости показывают 400 HB на изношенных поверхностях), когда в сырье присутствует риск попадания металлических примесей или при работе при температуре ниже минус 10 градусов Цельсия, где высокая ударная вязкость хромистого железа недопустимо низко. Выбирайте отливки с высоким содержанием хрома для ударных дробилок для третичного и тонкого дробления, когда загружаемый материал уже уменьшен до размера менее 100 мм, для материалов от мягкой до средней твердости, таких как известняк и мел, где нагартовка неэффективна, а также для компонентов ротора и наковальни дробилки VSI, где механизм износа преимущественно абразивный с умеренной энергией удара.

6. Как лучшие литые детали из стали с высоким содержанием марганца достигают превосходного срока службы?

Лучшие литые детали из стали с высоким содержанием марганца достигают превосходного срока службы благодаря сочетанию правильного химического состава в пределах спецификаций (в частности, марганца от 11% до 14% и углерода от 1,0% до 1,4% для стандартных ударных марок), полностью эффективного отжига на раствор при температуре от 1050 до 1100 градусов Цельсия для достаточного времени выдержки, быстрой закалки в воде, которая создает полностью аустенитную матрицу, свободную от зернограничных карбидов, точности размеров, которая обеспечивает полное сцепление с контактными поверхностями дробилки без зазоров и несоответствий, которые могли бы создать неравномерное распределение напряжений, а также добавки хромомолибденового сплава премиум-класса, которые улучшают начальную твердость и снижают ударное напряжение, необходимое для начала наклепа. Литейные предприятия, которые проверяют каждый из этих параметров с помощью документированного контроля процесса и сторонних испытаний, обеспечивают стабильно более длительный срок службы, чем те, которые полагаются на номинальные характеристики без строгого контроля качества в процессе производства.

7. Можно ли отремонтировать отливки из высокохромистого чугуна сваркой в ​​полевых условиях?

Сварочный ремонт отливок из чугуна с высоким содержанием хрома настоятельно не рекомендуется и редко бывает успешным. Чрезвычайно высокая твердость как карбидной фазы, так и мартенситной матрицы делает высокохромистое железо практически непригодным для сварки обычными процессами дуговой сварки: зона термического воздействия, прилегающая к любому наплавленному наплавлению, подвергается быстрому термическому циклированию, которое создает серьезное термическое напряжение в и без того хрупком материале, вызывая растрескивание, которое распространяется на тело исходной отливки. Даже при предварительном нагреве, межпроходном контроле температуры и послесварочной термообработке результаты непостоянны и обычно не принимаются производителями оборудования в качестве структурного ремонта. Когда отливки из высокохромистого чугуна повреждены или изношены сверх пределов срока службы, правильным действием является замена отливок новыми, а не ремонт сваркой на месте.

8. Какой твердости должны достичь правильно термически обработанные отливки с высоким содержанием хрома?

Правильно термически обработанные отливки с высоким содержанием хрома с наиболее распространенным содержанием хрома от 18% до 23% и углерода от 2,4% до 2,8% должны достигать 58–66 HRC (приблизительно 580–720 HB) после дестабилизации при температуре от 950 до 1050 градусов Цельсия и контролируемого охлаждения. Удельная твердость в этом диапазоне зависит от точного содержания углерода и хрома, присутствия вторичных легирующих элементов (Mo, Cu, Mn), температуры и времени дестабилизации, а также скорости охлаждения. Значения ниже 55 HRC на отливке в исходном состоянии в этом диапазоне составов указывают на чрезмерный остаточный аустенит из-за чрезмерно высокой температуры или времени дестабилизации, требующий повторной обработки или браковки. Значения выше 65 HRC необычны и могут указывать на аномально высокое содержание углерода или хрома, которое следует проверить химическим анализом.

9. Как проверить качество отливок из высокохромистого чугуна от нового поставщика?

Чтобы проверить качество отливок из чугуна с высоким содержанием хрома у нового поставщика, запросите и проверьте: сертификат химического анализа (отчет о заводских испытаниях или результат спектрографического анализа) для каждой плавки, подтверждающий, что хром и углерод находятся в пределах указанного диапазона и что соотношение Cr/C превышает 7:1; протокол термообработки, показывающий журнал температуры печи, время достижения температуры дестабилизации и профиль охлаждения для каждой партии; результаты испытаний на твердость, полученные на поверхности отливки в репрезентативном месте; и либо результаты магнитопорошкового контроля для обнаружения поверхностных трещин, либо описание процедуры контроля трещин на литейном заводе. Для дорогостоящих или критически важных применений настоятельно рекомендуется провести независимые лабораторные испытания образца отливки из первого заказа, прежде чем приступать к оптовым закупкам.

10. Какова типичная разница в цене между отливками из стали с высоким содержанием марганца для ударной дробилки и отливками из стали с высоким содержанием хрома для ударной дробилки?

Отливки из высокохромистой дробилки ударной дробилки обычно стоят на 30–80 % дороже за килограмм, чем эквивалентные отливки из высокомарганцевой стали ударной дробилки аналогичных размеров из-за более высокой стоимости хрома как легирующего элемента и более сложного процесса термообработки. Однако сравнение цен за единицу продукции должно оцениваться в контексте общей стоимости тонны переработанного материала, которая учитывает разницу в сроке службы между двумя материалами. В тех случаях, когда отливки с высоким содержанием хрома превосходят марганцевую сталь по характеристикам в 2 и более раз, более высокая цена за единицу более чем компенсируется снижением частоты замены деталей, меньшими затратами, связанными с простоями, и меньшими общими расходами на изнашиваемые детали на единицу продукции. И наоборот, при ударном первичном дроблении, где марганцевая сталь служит значительно дольше, чем железо с высоким содержанием хрома (которое может разрушаться), марганцевая сталь обеспечивает более высокую стоимость тонны, несмотря на более низкую цену за единицу, поскольку альтернативное литье из высокохромистого чугуна выйдет из строя преждевременно, несмотря на более высокое исходное качество материала.