Kladiva z legované oceli

Proč zkoumat kladiva z legované oceli?

Kladivové mlýny jsou široce používány v hornictví, metalurgii, elektrické energii, stavebních materiálech, chemickém průmyslu a dalších odvětvích k drcení různých druhů surovin. Kladivo je hlavní brousicí částí stroje a za pracovních podmínek má velkou rychlost a setrvačnou sílu. Materiál potřebný k výrobě kladiva by proto měl mít nejen dostatečnou odolnost proti nárazu, aby se zabránilo rozbití, ale také musí mít vynikající odolnost proti opotřebení.

V současné době většina kladiv používaných v Číně jsou malá a střední kladiva, obvykle váží asi 10 kg, a větší jsou mezi 50-90 kg a materiálem je většinou ocel s vysokým obsahem manganu. Po ošetření kalením ve vodě má ocel s vysokým obsahem manganu austenitickou strukturu s velmi vysokou houževnatostí, což je materiál s nízkou tvrdostí a vysokou houževnatostí. Za podmínek s nízkým nárazem je však účinek zpevnění práce špatný a životnost je krátká. Ve vyspělých zemích, jako je Evropa a USA, se k drcení vyřazených automobilů používají velké kladívky. Hmotnost skartovacího kladiva je kolem 200-500 kg. Obecně platí, že jak se zvětšuje velikost velkých dílů, je obtížnější zaručit kalitelnost, těžší kontrolovat rovnoměrnost tvrdosti a rázová houževnatost se výrazně sníží. Proto bude při výrobě tohoto mimořádně velkého kladiva přísnější výběr materiálu a řízení jeho výrobního procesu.

Společnost Qiming Casting zkoumala kladiva z legované oceli, aby mohla odlévat tyto velké kladivové mlýny nebo drtící kladiva, což zjevně zvyšuje životnost.

 

Experiment s výrobou 250 kg legovaných ocelových kladiv

 

Analýza materiálu

Návrh složení slitiny musí plně zohledňovat splnění výkonových požadavků slitiny. Princip konstrukce je zajistit dostatečnou kalitelnost a vysokou tvrdost a houževnatost.

  • Uhlíkový prvek. Uhlík je klíčovým prvkem, který ovlivňuje mikrostrukturu a výkon nízko a středně legovaných ocelí odolných proti opotřebení. Různá množství uhlíku mohou získat různé shodné vztahy mezi tvrdostí a houževnatostí. Nízko uhlíkové slitiny mají vyšší houževnatost a nízkou tvrdost a slitiny s vysokým obsahem uhlíku mají vysokou tvrdost a nedostatečnou houževnatost. Uhlíkové slitiny mají vyšší tvrdost a dobrou houževnatost. Aby se dosáhlo vyšší houževnatosti pro splnění podmínek použití těžkých a velkých dílů odolných proti opotřebení s větší rázovou silou, je rozsah uhlíkových prvků zvolen od 0.2 do 0.3%.
  • Křemíkový prvek. Křemík hraje roli hlavně v zesílení tuhého roztoku v oceli, ale příliš vysoký Si zvýší křehkost oceli, takže jeho obsah je 0.2 až 0.4%.
  • Manganový prvek. Na jedné straně mangan v oceli hraje roli při posilování tuhého roztoku, zlepšování pevnosti a tvrdosti oceli a na druhé straně při zlepšování kalitelnosti oceli, ale příliš vysoký mangan zvyšuje množství zadrženého austenitu, takže obsah manganu je stanoven na 1.0 až 2.0%.
  • Chromový prvek. Cr hraje vedoucí úlohu v nízkolegované oceli odolné proti opotřebení. Cr lze částečně rozpustit v austenitu, aby se posílila matrice, aniž by se snížila houževnatost, oddálila se transformace austenitu a zvýšila se kalitelnost oceli. Rozumná kombinace chromu, manganu a křemíku může výrazně zlepšit kalitelnost. Cr má větší odolnost proti popouštění a může zajistit rovnoměrný výkon tlusté čelní plochy. Takže jeho obsah je 1.5 až 2.0%.
  • Prvek molybdenu. Molybden v oceli může účinně vylepšit odlitou strukturu, zlepšit stejnoměrnost profilu, zabránit výskytu křehkosti temperování, zlepšit stabilitu kalení oceli, zlepšit rázovou houževnatost, výrazně zvýšit kalitelnost oceli a zvýšit pevnost oceli, takže její obsah je 0.1 až 0.3%.
  • Niklový prvek. Nikl je hlavním legujícím prvkem, který tvoří a stabilizuje austenit. Přidání určitého množství Ni může zlepšit kalitelnost a způsobit, že struktura udrží malé množství zadrženého austenitu při teplotě místnosti, aby se zlepšila jeho houževnatost. Je to obsah 0.1 až 0.3%.
  • Měděný prvek. Měď netvoří karbidy a existuje v matrici v pevném stavu roztoku, což může zlepšit houževnatost oceli. Kromě toho má Cu také funkci podobnou Ni, která může zlepšit prokalitelnost a elektrodový potenciál substrátu a zvýšit odolnost oceli proti korozi. To je důležité zejména u dílů odolných proti opotřebení, které pracují za mokra. Přidání Cu do legované oceli je 0.8 až 1.00%.
  • Stopové prvky. Přidání stopových prvků do nízkolegované oceli odolné proti opotřebení je jedním z nejúčinnějších způsobů, jak zlepšit její výkon. Může vylepšit strukturu odlitku, vyčistit hranice zrn, zlepšit morfologii a distribuci karbidů a inkluzí a vyrobit nízkolegovanou ocel odolnou proti opotřebení, která udržuje dostatečnou houževnatost.
  • Síra a fosfor. Síra a fosfor jsou oba škodlivé prvky, které snadno vytvářejí inkluze na hranici zrn v oceli, zvyšují křehkost oceli a zvyšují tendenci k praskání odlitků během odlévání a tepelného zpracování. Proto musí být P i S menší než 0.04%.

Takže chemické složení kladiv z legované oceli je uvedeno v následující tabulce:

Chemické složení kladiv z legované oceli (%)
PrvekCSiMnCrMoNiCuV, RePS
Obsah0.2-0.30.2-0.41.0-2.01.5-2.00.1-0.30.1-0.30.8-1.0sledovat<0.04<0.04

 

Produkční proces

Proces výroby kladiv z legované oceli o hmotnosti 250 kg zahrnuje proces tavení, odlévání, proces tepelného zpracování a výkonnostní zkoušku.

Proces tavení

Slitinová ocel se tavila v 1t mezifrekvenční indukční peci a slitiny se připravovaly ze surovin, jako je šrot, ocel, nízkouhlíkový ferochrom, feromangan, feromolybden, elektrolytický nikl a slitiny vzácných zemin. Po roztavení se před pecí odeberou vzorky pro chemickou analýzu a podle výsledků analýzy se přidají slitiny. Když složení a teplota dosáhnou požadavků pece, je vložen a deoxidován hliník; během procesu výčepu jsou pro modifikaci přidány Ti a V vzácných zemin.

Proces lití

Proces formování využívá lití do písku. Poté, co roztavená ocel vyjde z pece, nechte ji stát v pánvi, a když teplota klesne na 1450 stupňů Celsia, začněte nalévat. Aby roztavená ocel rychle naplnila pískovou formu, měl by se použít větší vtokový systém (o 20% větší než u běžné uhlíkové oceli). Je přijata metoda postupného tuhnutí, přičemž studené železo je přizpůsobeno stoupačce a na stoupačce je použita metoda externího ohřevu, aby se zlepšila doba podávání a schopnost krmení stoupačky získat hustou odlitou strukturu. Velikost nalévacího velkého kladiva z legované oceli je 700 mmx400 mmx120 mm a hmotnost jednoho kusu je 250 kg. Poté, co je odlitek vyčištěn, je žíhán při vysoké teplotě a poté je vylévací stoupačka řezána.

Tepelné zpracování

Je použit proces tepelného zpracování kalení + popouštění, a aby se zabránilo kalení trhlin v montážních otvorech, je použito částečné kalení. K ohřívání odlitků se používá odporová pec skříňové, austenitizační teplota je (900 ± 10) stupňů Celsia a uchování tepla je 5 hodin. Při použití speciální kalicí kapaliny z vodního skla je rychlost chlazení mezi vodou a olejem. To je velmi výhodné, aby se zabránilo kalení trhlin a deformaci kalení, a toto kalicí médium má nízké náklady, bezpečnost a proveditelnost. Po kalení se použije nízkoteplotní temperovací proces, temperovací teplota je (230 ± 10) stupňů Celsia a uchování tepla je 6 hodin.

Zkouška výkonu

  • Měření houževnatosti. Podle ustanovení národní normy GB / T 22951994 má vzorek nárazu standardní Charpyho zářez. Změřte energii nárazu zlomeniny vzorku na stroji pro zkoušení rázové houževnatosti kyvadla JB5 a změřte velikost rázové zlomeniny vzorku mikrometrem.
  • Měření tvrdosti. HR6150D tvrdoměr Rockwell se používá k měření tvrdosti Rockwell vzorku v souladu s národní normou GB / T 23071991. K otestování tvrdosti vzorku byla odebrána hodnota tvrdosti vzorku 10 mm * 10 mm * 120 mm EDM se měří v intervalech 10 mm od jednoho konce k druhému ve směru délky.
  • Protahovací měření. Podle národní normy GB / T 22881987 „Zkouška tahem v kovu“ se používá stroj na zkoušení tahem 5 t, délka měřidla je 30 mm a normální standardní rychlost v tahu je 0.1 mm / s.

 

Experimentální výsledky a analýza

1. Křivka TTT legované oceli

Křivka TTT legované oceli je následující:

Křivka TTT legované oceli

Křivka TTT legované oceli

Z křivky TTT:

  1. Mezi transformačními křivkami vysokoteplotního feritu, perlitu a středoteplotního bainitu je čistá oblast zátoky. Křivka C, která způsobuje perlitovou transformaci, a křivka C bainitové transformace jsou od sebe odděleny, což ukazuje vzhled nezávislých křivek C, patřících do typu dvou „nosů“, a oblast bainitu je blíže křivce S . Protože tato ocel obsahuje karbidotvorné prvky Cr, Mo atd., Tyto prvky se při zahřátí rozpouštějí na austenit, což může zpomalit rozklad podchlazeného austenitu a snížit rychlost rozkladu. Současně také ovlivňují teplotu rozkladu podchlazeného austenitu. Cr, Mo atd. Způsobují, že se zóna transformace perlitu pohybuje na vyšší teplotu a snižuje teplotu transformace bainitu. Tímto způsobem je transformační křivka perlitu a bainitu v křivce TTT. Při oddělování je ve střední části podchlazená austenitová metastabilní zóna, která je mezi 500 ℃ a 600 ℃.
  2. Teplota špičky špičky této oceli je asi 650 ° C, teplotní zóna transformace feritu je 625 ° C - 750 ° C, zóna přeměny perlitu je 600 ° C - 700 ° C a bainitová teplota transformace je 350 ° C - 500 ° C.
  3. Na špičce nosu ve 650 ° v přechodové zóně s vysokou teplotou je nejdříve feritová doba srážení 612 s, nejkratší inkubační doba perlitu je 7 270 s a při 22 860 s dosahuje transformační množství perlitu 50 %; po 400 s je inkubační doba pro transformaci na bainit přibližně 20 s; při 340 ° C dochází k transformaci martenzitu. Je vidět, že tato ocel má dobrou kalitelnost.

2. Mechanické vlastnosti

Vzorky se odebírají ze zkušebně vyrobeného těla kladiva z legované oceli a 10 mm * 10 mm * 120 mm dlouhý vzorek se vyřízne z vnějšku pomocí lineárního řezu a tvrdost se měří od povrchu ke středu. 1 # a 2 # vzorky se vzorkují z části těla kladiva a 3 # vzorky se vzorkují v montážním otvoru. Výsledky měření tvrdosti jsou uvedeny v tabulce.

Tvrdost kladiv z legované oceli
VzorekVzdálenost od povrchu / mmPrůměrnýCelkový průměr
515253545
1#5254.554.3505252.648.5
2#5448.247.348.546.248.8
3#4643.543.544.442.544

Z tabulky tvrdosti můžeme vědět:

Tvrdost HRC části těla kladiva (1 #) je větší než 48.8, zatímco tvrdost části montážního otvoru (3 #) je relativně nižší. Tělo kladiva je hlavní pracovní částí. Vysoká tvrdost těla kladiva může zajistit vysokou odolnost proti opotřebení; nízká tvrdost montážního otvoru může poskytnout vysokou houževnatost. Tím jsou splněny různé výkonnostní požadavky různých dílů. Pokud se podíváte na jeden vzorek, zjistíte, že povrchová tvrdost je obecně vyšší než tvrdost jádra a rozsah fluktuace tvrdosti není příliš velký.

Mechanické vlastnosti kladiv z legované oceli
Položka1#2#3#
Rázová houževnatost / J * cm²40.1346.958.58
Pevnost v tahu / MPa154813691350
Prodloužení%86.677
Smrštění%3.88157.09

Údaje o rázové houževnatosti, pevnosti v tahu a prodloužení vzorků jsou uvedeny v tabulce výše. Z tabulky je patrné, že rázová houževnatost vzorku Charpyho ve tvaru písmene U je nad 40 J / cm² a houževnatost montážního otvoru je nejvyšší při 58.58 J / cm6.6; prodloužení zachycených vzorků je všech> 1360% a pevnost v tahu All je nad 20 MPa. Jeho plastická houževnatost je více sladěna a je vyšší než rázová houževnatost (40–XNUMX J / cm²) běžné nízkolegované oceli. Obecně řečeno, pokud je tvrdost vyšší, houževnatost se sníží. Z výše uvedených experimentálních výsledků je patrné, že tento zákon je v zásadě v souladu.

Test opotřebení

Aby bylo možné studovat odolnost této legované oceli proti opotřebení, byla provedena zkouška opotřebením na stroji MLD-10 s dynamickým zatížením a abrazivním opotřebením. Ze vzorků nárazového opotřebení z této zkoušky se vyrábějí obdélníkové obdélníkové vzorky o rozměrech 10 mm * 10 mm * 25 mm a vzorky jsou umístěny v systému opotřebení se třemi těly a vysoké kladiva z manganové oceli použitý jako srovnávací vzorek, všechny za stejných podmínek provedou test opotřebení.

  • Energie nárazu je 0.2 kg / m
  • Doba nárazu je 1 hodina
  • Počet nárazů je 100krát / min
  • Použitá velikost částic křemičitého písku je 8 až 10 mesh a průtok je 120 kg / h

Aby se vyloučil vliv původního stavu vzorku na výsledky zkoušky obrusováním, vzorek se před zkouškou rozemelí po dobu půl hodiny, očistí se acetonem a po vysušení se zváží; poté formálně nosit po dobu 1 hodiny, umýt, vysušit a zvážit; před a po opotřebení Rozdílem v kvalitě je absolutní míra opotřebení. Zkouška obrusováním se opakovala dvakrát. Zvažte přesnou váhu DT-100 a vezměte průměr z 2 úbytku hmotnosti. Výsledky jsou uvedeny v tabulce níže :

Výsledky zkoušky opotřebení
Ukázková položkaPrvní opotřebeníDruhé opotřebeníPrůměrná ztráta hmotnostiTrvanlivostRelativní koeficient opotřebení
Mn 130.480630.407240.443942.252561.0
1#0.328790.244990.286893.485661.55
2#0.309060.346100.327583.052691.36
3#0.463640.321430.392542.547511.13

Z tabulky je patrné, že za stejných podmínek opotřebení je odolnost proti opotřebení pracovní části kladiv z legované oceli zvýšena o více než 1.55krát ve srovnání s běžnými kladivy z vysoce manganové oceli.

Ocel s vysokým obsahem manganu byla široce používána při vysokém rázovém zatížení. Jeho vynikající odolnost proti opotřebení je způsobena jeho silným vytvrzováním a vynikající houževnatostí způsobenou austenitickou strukturou. V této zkoušce je špatná odolnost proti opotřebení způsobena hlavně malou energií rázu při zkoušce a nevýznamným účinkem vytvrzování.

U oceli je pořadí vlivu struktury matrice na odolnost proti opotřebení: ferit, perlit, bainit a martenzit se postupně zvyšují. Protože martenzit má nejvyšší tvrdost, patří nejvyšší odolnost proti opotřebení martenzitu a popouštěnému martenzitu. Pokud je však tvrdost stejná, je nižší bainit izotermické transformace mnohem lepší než temperovaný martenzit. Struktura matrice 1 # vzorku je většinou martenzit, s vysokou tvrdostí a dobrou odolností proti opotřebení.

Odolnost kladiv z legované oceli proti opotřebení se zjevně liší v různých pozicích. Je to proto, že když je materiál vystaven nárazovému abrazivnímu opotřebení, je míra opotřebení složena ze dvou částí, jednou je opotřebení způsobené řezacím mechanismem, a to hlavně závisí na tvrdosti materiálu; Jednou částí je opotřebení způsobené únavovým mechanismem, které odráží houževnatost materiálu. Proto nárazové opotřebení souvisí s tvrdostí a houževnatostí materiálu. Vzorek 3 # má nejvyšší houževnatost, ale jeho tvrdost je výrazně snížena, což snižuje odolnost proti opotřebení. 1 # vzorek má nejlepší tvrdost, střední houževnatost, nejlepší komplexní výkon a nejlepší odolnost proti opotřebení. Stručně řečeno, za podmínky abrazivního opotřebení nárazem, aby se dosáhlo vysoké odolnosti oceli proti opotřebení, musí mít dobrou kombinaci vysoké tvrdosti a vysoké houževnatosti.

 

Kladiva z legované oceli Qiming Casting

Qiming Casting je vaše slévárna pro skartovací kladiva a drtící kladiva! Všechny náhradní díly odlévání Qiming jsou podporovány systémem řízení kvality ISO9001: 2015 a jsou dodávány až po splnění našich přísných standardů kvality. Zavázali jsme se vyhovět vašim potřebám náhradních dílů profesionálně a efektivně. Naše oddělení zákaznické podpory je připraveno vám pomoci s nabídkou, zkontrolovat inventář nebo jednoduše odpovědět na technickou otázku. Promluvte si dnes se svým profesionálem Qiming Casting o vašich konkrétních potřebách!

[wpforms id = ”3777 ″]