Pozadí
Náš zákazník z USA zakoupil pro své vertikální drtiče cementu 98 manganových drticích kladiv (Mn18). Po šesti měsících služby se některé části rozbily a selhaly. Zákazník chce, abychom analyzovali příčinu poškození a poskytli optimalizované produkty.
Analýza pracovních podmínek
Drtící kladivo je základní součástí kladivového drtiče a vzhledem k vysoce rázovým pracovním podmínkám v drtiči, ocel s vysokým obsahem manganu je nejvhodnější kovový materiál pro kladivo. Hlava kladiva v drtiči cementového slínku je vyrobena převážně z manganové oceli s vysokým obsahem Mn18. Během procesu tuhnutí kladiva z vysoce manganové oceli, kdy součet vnitřního napětí generovaného smršťováním chladem a tepelného napětí generovaného teplotním rozdílem mezi vnitřkem a vnějškem odlitku převyšuje pevnost oblasti ovlivněné napětím, jemné v odlitku vzniknou trhliny. Tyto jemné trhliny mohou být na jedné straně vyplněny solutovými prvky a na druhé straně mohou způsobit akumulaci vměstků, z nichž oba budou tvořit nespojité zóny v ocelové matrici. Tyto trhliny a jejich vnitřní výplně nelze při tuhnutí vodou odstranit. V drsných a složitých pracovních podmínkách uvnitř drtiče má směr a intenzita dopadu na hlavu kladiva během jeho provozu určitou náhodnost, což vede k neustálému rozšiřování rozdílů v charakteristikách povrchového zpevňování a mikrostrukturních vlastnostech různých částí drtiče. kladivo. Kromě toho se během procesu únavového rázu dále šíří stávající jemné trhliny, které nakonec vedou k poruchám, jako jsou zlomeniny nebo zlomení kladiva, což ovlivňuje celkový cyklus životnosti.
Kontrola a analýza vadných vysokomanganových drticích kladiv
Testování přísad
Pro kontrolu složení byly odebrány různé odlitky a výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1. Chemické složení lámaného kladiva Mn18 | |||||||||
Pozice | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ti |
povrchová vrstva | 1.42 | 0.36 | 17.62 | 0.019 | 0.014 | 1.02 | 0.07 | 0.09 | 0.48 |
srdeční část | 1.45 | 0.38 | 18.21 | 0.019 | 0.016 | 1.02 | 0.03 | 0.09 | 0.51 |
V tabulce 1 lze pozorovat, že existuje nepatrný rozdíl ve složení mezi centrální oblastí a povrchem, což je připisováno segregaci během procesu tuhnutí. Chrom je jedním z prvků přidávaných v relativně velkém množství do oceli s vysokým obsahem manganu a jeho role je také zcela jasná. Po úpravě kalení vodou se chrom většinou rozpouští do austenitové fáze oceli s vysokým obsahem manganu, čímž se zvyšuje mez kluzu oceli a urychluje se precipitace karbidů během chlazení, což obvykle vede k kontinuální retikulární distribuci karbidů podél hranic zrn. Ocel s vysokým obsahem manganu s přídavkem chrómu vykazuje zlepšenou odolnost proti opotřebení, když je vystavena silnému rázovému otěru, takže je vhodná pro odlitky s drtícími kladivy.
Titan patří do kategorie životně důležitých redukčních prvků v roztavené oceli. V oceli Mn18 s vysokým obsahem uhlíku a dusíku se může kombinovat s C a N za vzniku sraženin. Pokud se před tuhnutím vytvoří částice s vysokým bodem tání, jako je TiN a Ti(C, N), mohou působit jako nespontánní heterogenní nukleační místa pro austenit, čímž se zvýší počet zrn na jednotku objemu a tím se zjemní velikost zrna. Proto byl proveden značný výzkum a praktická aplikace mikrolegování titanu v oceli s vysokým obsahem manganu. V oceli Mn18 popsané v tomto článku bylo během počáteční fáze návrhu přidáno přibližně 0.5 % titanu.
Analýza lomového rozhraní drticích kladiv
Z tabulky 2 složky dosahují cílového rozmezí optimalizace.
Po dokončení odlévání je drtící kladivo rozřezáno a uspořádání je znázorněno na obrázku 6.
Obrázek 6 ukazuje, že po optimalizaci složení i procesu se struktura v blízkosti povrchu kladiva stává jednotnější. Velikost zrna je na úrovni 2, zatímco zrna v oblasti jádra jsou přibližně na úrovni 1, což ukazuje zřetelnou precipitaci na hranicích zrn. Precipitáty jsou však převážně blokové karbidy a délka jehličkovitých karbidů je většinou do 10 μm, což ukazuje na správné snížení obsahu uhlíku. Přidání Mo v kombinaci s Cr snižuje celkové množství precipitátů a optimalizuje jejich morfologii, což přispívá ke stabilitě hranic zrn. Kromě toho nebyly pozorovány žádné blokové inkluze podobné TiN, které by agregovaly v listech mezi precipitáty, což naznačuje, že nepříznivé účinky takových inkluzí jsou v regulovatelném rozsahu.
Po 18 měsících používání tato šarže drticích kladiv nezaznamenala žádné lomové poruchy kromě běžného opotřebení na koncích povrchu. To svědčí o výrazném zlepšení vnitřní i vnější kvality drticích kladiv, což vede ke stabilnímu prodloužení jejich životnosti.
Proč investovat do čističky vzduchu?
- Praskání podél hranice zrn na příčném řezu je přímou příčinou lomu kladiva drtiče Mn18 a zásadní příčinou je precipitace karbidů sítě na hranicích zrn způsobená nedostatečnou rychlostí ochlazování.
- Pokud je obsah Ti příliš vysoký, velké množství čtvercového TiN se vysráží a agreguje na hranicích zrn, což také sníží vazebnou sílu na hranicích zrn a podpoří praskání hranic zrn působením vnějších sil.
- Použití slitiny Cr a Mo kompozitu může snížit precipitaci karbidů na hranicích zrn, optimalizovat morfologii karbidů a významně snížit precipitaci nadrozměrných jehličkovitých karbidů.
- Opatření, jako je optimalizace procesu kalení vodou na základě optimalizace složení, jsou přijata za účelem zjemnění zrn kladiva Mn18, řízení celkového množství a tvaru precipitátů a v konečném důsledku prodloužení provozní doby.
Na základě analýzy charakteristik lomového rozhraní, morfologie a metalografické struktury manganových drtičů bylo zjištěno, že příčinou selhání je praskání podél hranic zrn, nadměrný obsah Ti a nepřiměřené výrobní procesy. Snížením obsahu Ti, zvýšením prvku Mo, změnou výrobního procesu a dalšími opatřeními se optimalizují mikrostrukturní charakteristiky, celkové množství a morfologie precipitátů drtičů Mn18 a efektivně se zlepší provozní cyklus a stabilita hlavy kladiva.