Antecedentes
Nuestro cliente de EE. UU. compró 98 martillos trituradores de manganeso (Mn18) para sus trituradoras verticales de cemento. Después de seis meses de servicio, algunas piezas se rompieron y fallaron. El cliente quiere que analicemos la causa de la rotura y le proporcionemos productos optimizados.
Análisis de condiciones de trabajo
El martillo triturador es el componente central de la trituradora de martillos y, debido a las condiciones de trabajo de alto impacto en la trituradora, acero con alto contenido de manganeso Es el material metálico más adecuado para el martillo. El cabezal de martillo de la trituradora de clinker de cemento está hecho principalmente de acero con alto contenido de manganeso Mn18. Durante el proceso de solidificación de un martillo de acero con alto contenido de manganeso, cuando la suma de la tensión interna generada por la contracción por enfriamiento y la tensión térmica generada por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la pieza fundida excede la resistencia del área afectada por la tensión, fina Se producirán grietas en la fundición. Estas finas grietas pueden estar rellenas con elementos solutos por un lado y por otro pueden provocar la acumulación de inclusiones, las cuales formarán zonas discontinuas en la matriz del acero. Estas grietas y sus rellenos internos no pueden eliminarse durante el endurecimiento por agua. En las duras y complejas condiciones de trabajo dentro de la trituradora, la dirección y la intensidad del impacto en la cabeza del martillo durante su operación tienen cierta aleatoriedad, lo que lleva a la expansión continua de las diferencias en las características de endurecimiento de la superficie y las características de la microestructura de varias partes de la trituradora. el martillo. Además, las finas grietas existentes continúan propagándose durante el proceso de impacto por fatiga, lo que eventualmente provoca accidentes por fallas como fracturas o roturas de martillo, lo que afecta el ciclo de vida útil general.
Inspección y análisis de martillos trituradores con alto contenido de manganeso averiados.
Pruebas de ingredientes
Se tomaron diferentes piezas de fundición para la inspección de composición y los resultados se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Composición química del martillo roto Mn18 | |||||||||
Puesto de trabajo | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ti |
capa superficial | 1.42 | 0.36 | 17.62 | 0.019 | 0.014 | 1.02 | 0.07 | 0.09 | 0.48 |
parte del corazon | 1.45 | 0.38 | 18.21 | 0.019 | 0.016 | 1.02 | 0.03 | 0.09 | 0.51 |
En la Tabla 1 se puede observar que existe una ligera diferencia de composición entre la región central y la superficie, la cual se atribuye a la segregación durante el proceso de solidificación. El cromo es uno de los elementos añadidos en cantidades relativamente grandes al acero con alto contenido de manganeso, y su función también es bastante clara. Después del tratamiento de endurecimiento con agua, el cromo se disuelve principalmente en la fase de austenita del acero con alto contenido de manganeso, lo que aumenta el límite elástico del acero y acelera la precipitación de carburo durante el enfriamiento, lo que generalmente resulta en una distribución reticular continua de carburos a lo largo de los límites de los granos. El acero con alto contenido de manganeso con cromo agregado exhibe una resistencia al desgaste mejorada cuando se somete a una fuerte abrasión por impacto, lo que lo hace adecuado para piezas fundidas de martillos trituradores.
El titanio pertenece a la categoría de elementos reductores vitales en el acero fundido. En el acero Mn18 con alto contenido de carbono y nitrógeno, puede combinarse con C y N para formar precipitados. Si se forman partículas de alto punto de fusión como TiN y Ti(C, N) antes de la solidificación, pueden actuar como sitios de nucleación heterogéneos no espontáneos para la austenita, aumentando el número de granos por unidad de volumen y refinando así el tamaño del grano. Por lo tanto, se han realizado considerables investigaciones y aplicaciones prácticas de la microaleación de titanio en acero con alto contenido de manganeso. En el acero Mn18 descrito en este artículo, se añadió alrededor de un 0.5 % de titanio durante la fase de diseño inicial.
Análisis de la interfaz de fractura de martillos trituradoras.
De la Tabla 2, los ingredientes alcanzan el rango objetivo de optimización.
Una vez completada la fundición, se disecciona el martillo triturador y su organización se muestra en la Figura 6.
La Figura 6 muestra que después de optimizar tanto la composición como el proceso, la estructura cerca de la superficie del martillo se vuelve más uniforme. El tamaño de grano está en el nivel 2, mientras que los granos en la región central están aproximadamente en el nivel 1, lo que muestra una precipitación en los límites de los granos distintos. Sin embargo, los precipitados son principalmente carburos en bloques y la longitud de los carburos aciculares está en su mayoría dentro de los 10 µm, lo que indica una reducción adecuada del contenido de carbono. La adición de Mo en combinación con Cr reduce la cantidad total de precipitados y optimiza su morfología, lo que favorece la estabilidad de los límites de grano. Además, no se observó que inclusiones en bloques similares a TiN se agregaran en láminas entre los precipitados, lo que sugiere que los efectos adversos de tales inclusiones están dentro de un rango controlable.
Después de 18 meses de uso, este lote de martillos trituradores no ha experimentado ninguna falla por fractura aparte del desgaste normal en los extremos de la superficie. Esto indica una mejora significativa en la calidad interna y externa de los martillos trituradores, lo que lleva a una extensión estable de su ciclo de vida útil.
Conclusión
- El agrietamiento a lo largo del límite de grano en la sección transversal es la causa directa de la fractura del martillo triturador de Mn18, y la razón fundamental es la precipitación de carburos de la red de límite de grano causada por una velocidad de enfriamiento insuficiente.
- Si el contenido de Ti es demasiado alto, una gran cantidad de TiN cuadrado precipitará y se agregará en los límites de los granos, lo que también disminuirá la fuerza de unión de los límites de los granos y promoverá el agrietamiento de los límites de los granos bajo la acción de fuerzas externas.
- El uso de aleaciones compuestas de Cr y Mo puede reducir la precipitación de carburos de límite de grano, optimizar la morfología de los carburos y reducir significativamente la precipitación de carburos con forma de aguja de gran tamaño.
- Se adoptan medidas como la optimización del proceso de endurecimiento por agua basado en la optimización de la composición para refinar los granos del martillo de Mn18, controlar la cantidad total y la forma de los precipitados y, en última instancia, ampliar el tiempo de servicio.
Con base en el análisis de las características de la interfaz de fractura, la morfología y la estructura metalográfica de los martillos trituradores de manganeso, se ha determinado que las razones del fallo son el agrietamiento a lo largo de los límites de los granos, el contenido excesivo de Ti y los procesos de producción irrazonables. Al reducir el contenido de Ti, aumentar el elemento Mo, cambiar el proceso de producción y otras medidas, se optimizan las características de la microestructura, la cantidad total y la morfología de los precipitados de los martillos trituradores de Mn18, y se mejoran efectivamente el ciclo de servicio y la estabilidad del cabezal del martillo.