خلفيّة
قام عميلنا في الولايات المتحدة الأمريكية بشراء 98 مطارق كسارة منجنيز (Mn18) لكسارات الأسمنت العمودية الخاصة به. وبعد ستة أشهر من الخدمة، تعطلت بعض الأجزاء وتعطلت. يريد العميل منا أن نحلل سبب الكسر ونقدم منتجات محسنة.
تحليل حالة العمل
مطرقة الكسارة هي المكون الأساسي للكسارة المطرقة، ونظرًا لظروف العمل عالية التأثير في الكسارة، ارتفاع الفولاذ المنغنيز هي المادة المعدنية الأكثر ملاءمة للمطرقة. إن رأس المطرقة الموجود في كسارة خبث الأسمنت مصنوع بشكل رئيسي من فولاذ المنغنيز ذو نسبة Mn18 العالية. أثناء عملية تصلب مطرقة فولاذية عالية المنغنيز، عندما يتجاوز مجموع الضغط الداخلي الناتج عن انكماش التبريد والضغط الحراري الناتج عن اختلاف درجة الحرارة بين داخل وخارج الصب قوة المنطقة المتأثرة بالإجهاد، يتم تطبيق غرامة سوف تحدث الشقوق في الصب. قد يتم ملء هذه الشقوق الدقيقة بعناصر مذابة من ناحية، ومن ناحية أخرى، قد تتسبب في تراكم الشوائب، وكلاهما سيشكل مناطق متقطعة في المصفوفة الفولاذية. ولا يمكن إزالة هذه الشقوق وحشوها الداخلية أثناء عملية تقسية الماء. في ظروف العمل القاسية والمعقدة داخل الكسارة، يكون اتجاه وشدة التأثير على رأس المطرقة أثناء تشغيلها عشوائيًا معينًا، مما يؤدي إلى التوسع المستمر للاختلافات في خصائص تصلب العمل السطحي وخصائص البنية المجهرية لأجزاء مختلفة من الكسارة. المطرقة. بالإضافة إلى ذلك، تستمر الشقوق الدقيقة الموجودة في الانتشار أثناء عملية تأثير الكلال، مما يؤدي في النهاية إلى حوادث فشل مثل الكسور أو كسر المطرقة، مما يؤثر على دورة حياة الخدمة الإجمالية.
فحص وتحليل المطارق الفاشلة لكسارة المنغنيز العالية
اختبار المكونات
تم أخذ أجزاء صب مختلفة لفحص التركيب، وتظهر النتائج في الجدول 1.
الجدول 1. التركيب الكيميائي للمطرقة المكسورة Mn18 | |||||||||
الموقع الحالي | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ti |
طبقة سطحية | 1.42 | 0.36 | 17.62 | 0.019 | 0.014 | 1.02 | 0.07 | 0.09 | 0.48 |
جزء القلب | 1.45 | 0.38 | 18.21 | 0.019 | 0.016 | 1.02 | 0.03 | 0.09 | 0.51 |
في الجدول 1، يمكن ملاحظة أن هناك اختلاف طفيف في التركيب بين المنطقة الوسطى والسطح، والذي يعزى إلى الفصل أثناء عملية التصلب. يعد الكروم أحد العناصر المضافة بكميات كبيرة نسبياً إلى الفولاذ الذي يحتوي على نسبة عالية من المنجنيز، كما أن دوره واضح تماماً. بعد معالجة تقسية الماء، يذوب الكروم في الغالب في الطور الأوستنيتي من الفولاذ عالي المنغنيز، مما يزيد من قوة إنتاج الفولاذ ويسرع ترسيب الكربيد أثناء التبريد، مما يؤدي عادةً إلى توزيع شبكي مستمر للكربيدات على طول حدود الحبوب. يُظهر الفولاذ عالي المنغنيز مع الكروم المضاف مقاومة تآكل محسنة عند تعرضه للتآكل القوي، مما يجعله مناسبًا لسبائك مطرقة الكسارة.
ينتمي التيتانيوم إلى فئة عناصر الاختزال الحيوية في الفولاذ المنصهر. وفي الفولاذ عالي الكربون والنيتروجين العالي Mn18، يمكن أن يتحد مع C وN لتكوين رواسب. إذا تشكلت جزيئات ذات نقطة انصهار عالية مثل TiN وTi(C,N) قبل التصلب، فيمكن أن تعمل كمواقع نووية غير متجانسة غير تلقائية للأوستينيت، مما يزيد من عدد الحبوب لكل وحدة حجم وبالتالي تحسين حجم الحبوب. لذلك، كان هناك قدر كبير من البحث والتطبيق العملي لسبائك التيتانيوم الدقيقة في الفولاذ عالي المنغنيز. في الفولاذ Mn18 الموصوف في هذه المقالة، تمت إضافة حوالي 0.5% من التيتانيوم خلال مرحلة التصميم الأولي.
تحليل واجهة الكسر لمطارق الكسارة
من الجدول 2، تصل المكونات إلى النطاق المستهدف للتحسين.
بعد الانتهاء من الصب، يتم تشريح مطرقة الكسارة، ويظهر التنظيم في الشكل 6.
ويبين الشكل 6 أنه بعد تحسين كل من التركيب والعملية، يصبح الهيكل بالقرب من سطح رأس المطرقة أكثر اتساقًا. حجم الحبوب عند المستوى 2، في حين أن الحبوب في المنطقة الأساسية حوالي المستوى 1، مما يظهر هطولًا مميزًا لحدود الحبوب. ومع ذلك، فإن الرواسب هي بشكل رئيسي كربيدات ممتلئة، وطول الكربيدات الحلقية يكون في الغالب ضمن 10 ميكرومتر، مما يشير إلى انخفاض مناسب في محتوى الكربون. تؤدي إضافة Mo مع Cr إلى تقليل الكمية الإجمالية للرواسب وتحسين شكلها، مما يفضي إلى استقرار حدود الحبوب. علاوة على ذلك، لم تتم ملاحظة أي شوائب ممتلئة تشبه TiN تتجمع في صفائح بين الرواسب، مما يشير إلى أن الآثار الضارة لمثل هذه الشوائب تقع ضمن نطاق يمكن التحكم فيه.
بعد 18 شهرًا من الاستخدام، لم تتعرض هذه الدفعة من مطارق الكسارة لأي فشل في الكسر باستثناء التآكل العادي على أطراف السطح. يشير هذا إلى تحسن كبير في الجودة الداخلية والخارجية لمطارق الكسارة، مما يؤدي إلى تمديد ثابت لدورة حياتها.
وفي الختام
- التشقق على طول حدود الحبوب في المقطع العرضي هو السبب المباشر لكسر مطرقة الكسارة Mn18، والسبب الأساسي هو ترسيب كربيدات شبكة حدود الحبوب الناتجة عن معدل التبريد غير الكافي.
- إذا كان محتوى Ti مرتفعًا جدًا، فسوف تترسب كمية كبيرة من TiN المربع وتتجمع عند حدود الحبوب، مما سيقلل أيضًا من قوة ترابط حدود الحبوب ويعزز تشقق حدود الحبوب تحت تأثير القوى الخارجية.
- يمكن أن يؤدي استخدام السبائك المركبة Cr وMo إلى تقليل ترسيب كربيدات حدود الحبوب، وتحسين شكل الكربيدات، وتقليل ترسيب الكربيدات كبيرة الحجم التي تشبه الإبرة بشكل كبير.
- تم اعتماد تدابير مثل تحسين عملية تقوية الماء بناءً على تحسين التركيب لتحسين حبيبات المطرقة Mn18، والتحكم في إجمالي كمية الرواسب وشكلها، وفي النهاية تمديد وقت الخدمة.
استنادًا إلى تحليل خصائص واجهة الكسر، والتشكل، والبنية المعدنية لمطارق كسارة المنغنيز، فقد تم تحديد أن التشقق على طول حدود الحبوب، والمحتوى الزائد من Ti، وعمليات الإنتاج غير المعقولة هي أسباب الفشل. من خلال تقليل محتوى Ti، وزيادة عنصر Mo، وتغيير عملية الإنتاج، وغيرها من التدابير، يتم تحسين خصائص البنية المجهرية، والكمية الإجمالية، ومورفولوجيا رواسب مطارق الكسارة Mn18، ويتم تحسين دورة الخدمة واستقرار رأس المطرقة بشكل فعال.