Conception de revêtements de broyeur à boulets en acier faiblement allié
La fonction principale du revêtement du broyeur à boulets est de protéger le broyeur et d'utiliser le sommet convexe du revêtement pour jouer la balle pour broyer et écraser le matériau. Par conséquent, le principal mode de défaillance de la doublure est l'usure abrasive sous l'impact répété d'une faible énergie. Dans des conditions d'usure abrasive, la résistance à l'usure affecte directement la durée de vie des pièces, de sorte que la recherche sur la résistance à l'usure est également un problème technique important. Ce projet est proposé pour la défaillance de la doublure dans des conditions d'usure abrasive, et le but est d'améliorer les performances globales du matériau résistant à l'usure en acier faiblement allié dans ces conditions.
Acier faiblement allié Revêtements de broyeur à boulets Analyse des matériaux
Les matériaux en acier faiblement allié résistant à l'usure contiennent généralement des éléments d'alliage tels que le silicium, le manganèse, le chrome, le molybdène, le nickel, etc. rendre le matériau une meilleure résistance à l'usure.
Carbone: Le carbone est un élément important qui affecte la résistance, la dureté, la ténacité, la trempabilité et la résistance à l'usure de l'acier moulé. Si la teneur en carbone est trop élevée, la dureté de la martensite à haute teneur en carbone formée après le traitement thermique est élevée, mais la ténacité est faible et des fissures sont faciles à former pendant le traitement thermique; si la teneur en carbone est trop faible, la trempabilité et la dureté de la pièce moulée sont médiocres et la résistance à l'usure est médiocre. Compte tenu de la combinaison de la dureté et de la ténacité, deux teneurs en carbone différentes (fraction massique, la même ci-dessous) ont été adoptées dans ce matériau, qui était respectivement de 0.30% à 0.35% et de 0.40% à 0.45%. Les effets de deux teneurs en carbone sur la microstructure et les propriétés de l'acier faiblement allié ont été étudiés.
Chrome: Le chrome est l'un des éléments de base des matériaux résistants à l'usure. Sa fonction principale est d'améliorer la trempabilité de l'acier, de renforcer la matrice par solution, d'améliorer la résistance à l'oxydation de l'acier et d'augmenter sa résistance à la corrosion. Le chrome et le fer forment une solution solide continue et forment une variété de composés avec le carbone. Le carbure complexe de chrome a un effet significatif sur les propriétés de l'acier, en particulier l'amélioration de la résistance à l'usure. Cr et Fe forment un composé intermétallique FeCr. Le chrome peut augmenter considérablement la trempabilité de l'acier, mais il a également tendance à augmenter la fragilité de revenu de l'acier. Le chrome améliore la fragilité au revenu de l'acier et réduit le point de martensite ms de l'acier. Lorsque du chrome est ajouté au fer et à l'acier purs, la résistance et la dureté peuvent être améliorées à une certaine teneur en chrome. Compte tenu de l'effet du chrome sur la microstructure et les propriétés de l'acier, la teneur en chrome est de 1.0% à 1.4%. L'effet du chrome sur la microstructure et les propriétés de l'acier est observé par expérience.
Nickel: Le nickel et le carbone ne forment pas de carbures. Ce sont les principaux éléments d'alliage pour la formation et la stabilisation de l'austénite. À cet égard, le rôle est juste derrière le carbone et l'azote. Le nickel et le fer existent dans la phase α et la phase γ de l'acier sous forme de solubilité mutuelle, ce qui les renforce. En affinant la granulométrie de la phase α, les propriétés à basse température, en particulier la ténacité de l'acier, sont améliorées. Le nickel peut améliorer la trempabilité de l'acier en réduisant la température de transformation critique et la vitesse de diffusion des éléments dans l'acier. Certaines propriétés physiques de l'acier et de l'alliage peuvent être considérablement améliorées lorsque la teneur en nickel est élevée. L'effet du nickel sur la ténacité, la plasticité et d'autres propriétés de traitement de l'acier est moindre que celui des autres éléments d'alliage. De plus, le nickel étant un élément rare et un matériau stratégique important, la teneur en nickel est fixée à 0.4% sur la base des facteurs ci-dessus.
Molybdène: Le molybdène appartient à l'élément de la région de phase γ fermée. Le molybdène existe dans la phase de solution solide et la phase de carbure dans l'acier. Dans la phase carbure, lorsque la teneur en Mo est faible, il forme de la cémentite composite avec du fer et du carbone; lorsque la teneur est élevée, il forme son propre carbure spécial. L'effet du molybdène dans l'acier peut être résumé comme l'amélioration de la trempabilité, l'amélioration de la résistance thermique, la prévention de la fragilité de revenu, l'augmentation de la rémanence et de la coercivité, l'amélioration de la résistance à la corrosion de l'alliage dans certains milieux et la prévention de la tendance à la corrosion par piqûres. Le molybdène a un effet de renforcement en solution solide sur la ferrite et améliore la stabilité des carbures, de sorte qu'il a un effet favorable sur la résistance de l'acier. L'effet du molybdène sur la fragilisation de l'état de l'acier est assez compliqué. En tant qu'élément d'alliage unique, le Mo augmente la fragilité de revenu de l'acier, mais lorsqu'il coexiste avec d'autres éléments, tels que le chrome et le manganèse, le molybdène réduit ou supprime la fragilité de revenu causée par d'autres éléments. Parce que la teneur différente en molybdène peut avoir des effets différents sur les propriétés de l'acier, nous avons décidé de sélectionner la teneur en molybdène dans l'expérience comme 0.25% - 0.35% et 0.45% - 0.60%.
Manganèse: Le manganèse est un bon désoxydant et désulfuré. Le manganèse et le fer forment une solution solide, ce qui améliore la dureté et la résistance de la ferrite et de l'austénite dans l'acier; en même temps, c'est un élément de formation de carbure, qui entre dans la cémentite pour remplacer certains atomes de fer. Le manganèse peut affiner la perlite et améliorer indirectement la résistance de l'acier à la perlite en réduisant la température de transformation critique. Le manganèse peut également réduire considérablement la température AR1 et la vitesse de décomposition de l'austénite de l'acier. Le manganèse a un effet significatif sur l'amélioration de la résistance des aciers perlites à faible et moyenne teneur en carbone. Cependant, en tant qu'élément d'alliage, le manganèse a ses inconvénients. Lorsque la teneur en Mn est plus élevée, la granulométrie de l'acier a tendance à être grossière et la sensibilité à la fragilité de revenu est augmentée. Il est facile de produire des taches blanches dans l'acier en raison d'un mauvais refroidissement après la fusion, la coulée et le forgeage. Compte tenu des effets du manganèse sur la microstructure et les propriétés de l'acier, la teneur en manganèse est de 1.1% ~ 1.4%.
Silicium: Le silicium est l'un des éléments communs de l'acier. En tant qu'élément d'alliage, la teneur en silicium de l'acier ne doit pas être inférieure à 0.40%. Le silicium ne forme pas de carbure dans l'acier, mais existe dans la ferrite ou l'austénite sous forme de solution solide. Il améliore la résistance de la solution solide dans l'acier, et son taux de durcissement par déformation à froid est très élevé, juste derrière le phosphore, mais réduit également la ténacité et la plasticité de l'acier dans une certaine mesure. Si la teneur en silicium est supérieure à 3%, la plasticité, la ténacité et la ductilité de l'acier seront considérablement réduites. Le silicium peut améliorer la limite élastique, la limite d'élasticité, le taux d'élasticité, la résistance à la fatigue et le taux de fatigue de l'acier. Le silicium peut augmenter les températures de recuit, de normalisation et de trempe de l'acier, réduire la vitesse de diffusion du carbone dans la ferrite et augmenter la stabilité de revenu de l'acier. Compte tenu des effets du silicium sur les propriétés et la microstructure de l'acier, la plage de teneur en silicium est de 1.1% ~ 1.4%.
Terres rares: Les terres rares de l'acier ont deux fonctions principales, l'une est la purification et l'autre l'alliage. Re peut améliorer la microstructure telle que coulée, affiner la taille des grains, purifier l'acier fondu, modifier les inclusions non métalliques, améliorer leur morphologie et leur distribution et jouer un rôle dans le microalliage. Améliorer la ténacité et les propriétés de coulée (résistance à la fissuration à chaud et fluidité), améliorer la résistance. Cependant, en raison de l'incertitude de la méthode et de la quantité d'ajout, si la teneur en terres rares est trop élevée, cela peut avoir un effet néfaste sur les propriétés de l'acier. Par conséquent, la teneur en terres rares de ce matériau est déterminée entre 0.04% et 0.06%.
Bore: La fonction principale du bore dans l'acier est que la trempabilité de l'acier peut être augmentée d'une petite quantité de bore (0.001%). Lorsque la teneur en bore est supérieure à 0.007%, cela entraînera une fragilisation à chaud de l'acier. Par conséquent, la teneur en bore de ce matériau est déterminée à 0.003%.
Les principaux éléments des matériaux expérimentaux ont été sélectionnés selon l'analyse ci-dessus. La teneur en carbone des échantillons n ° 1 et n ° 2 est de 0.30% à 0.35% et la teneur en molybdène est de 0.25% à 0.35%; la teneur en carbone des échantillons n ° 3 et n ° 4 est de 0.40% à 0.45% et la teneur en molybdène est de 0.45% à 0.60%.
Processus de moulage de revêtements de broyeur à boulets en acier faiblement allié
Dans cette expérience, un four à induction à moyenne fréquence de 50 kW est utilisé pour la fusion. Afin de réduire l'oxydation de la charge du four, l'agitation du métal fondu doit être évitée dans la mesure du possible. Au stade ultérieur de la fusion, le bloc d'alimentation ne doit pas être trop grand et doit être séché à une certaine température pour éviter les éclaboussures à l'embouchure du four. La séquence d'alimentation est la ferraille, la fonte brute → la plaque de nickel, le ferrochrome, le ferromolybdène → le ferrosilicium, le ferromanganèse → le ferrosilicium de terres rares, et enfin l'ajout d'aluminium pour la désoxydation.
Après un mélange à sec pendant 2 à 3 minutes, le sable de moulage a été mélangé avec de l'eau et du verre pendant 4 à 6 minutes. Une fois le moule fabriqué, le moule est durci par soufflage de dioxyde de carbone (la pression de soufflage est de 0.15 à 0.25 MPa, le temps de soufflage est de 1 à 2 min). Avant de couler, le moule de sable et l'alliage sont préchauffés dans le four et maintenus au sec. La température de préchauffage est d'environ 100 ℃.
Traitement thermique des revêtements de broyeur à boulets en acier à faible alliage
Les propriétés des matériaux coulés doivent être correctement traitées thermiquement. Dans l'état de fonctionnement réel, la structure de martensite avec une dureté élevée, une résistance élevée et une bonne ténacité doit être obtenue, et le processus de traitement thermique de trempe et de revenu est adopté. L'austénite sous-refroidie de l'acier résistant à l'usure faiblement allié est relativement stable et la vitesse de refroidissement de l'huile dans la zone à basse température est beaucoup plus petite que celle de l'eau, de sorte que l'huile est le milieu de trempe le plus approprié. La trempe consiste à réduire ou à éliminer la contrainte résiduelle causée par la trempe, à améliorer la plasticité et la ténacité du matériau, à réduire sa fragilité et à obtenir la combinaison appropriée de plasticité, de ténacité et de dureté. Par conséquent, les températures de trempe de 850, 880, 910 et 930 ℃ sont sélectionnées pendant 1 h. La température de revenu est de 200, 230, 260 et 290 ℃ et le temps de maintien est de 2 h.
Test de performance des revêtements de broyeur à boulets en acier à faible alliage
La dureté des échantillons a été mesurée par le testeur de dureté Rockwell hr-150 et la microstructure a été observée par un microscope métallographique Olympus BH-2.
Tab.1 Dureté des échantillons tels que coulés (HRC) | ||||
Échantillon | Premier point | Deuxième point | Troisième point | Moy. |
#1 | 31 | 36 | 35 | 34 |
#2 | 31 | 35.5 | 37 | 34.5 |
#3 | 38 | 39 | 40 | 39 |
#4 | 39 | 38.5 | 41 | 39.5 |
On peut voir à partir du tableau 1 que les valeurs de dureté des échantillons n ° 1 et n ° 2 sont presque les mêmes, mais avec l'augmentation de la teneur en carbone, la dureté des échantillons n ° 3 et n ° 4 augmente évidemment.
On peut voir sur la figure 1 que, sur chaque courbe de température de trempe, avec l'augmentation de la température de revenu, la valeur de dureté de l'échantillon n ° 1 montre fondamentalement une tendance à la baisse, mais la plage de diminution n'est pas très grande et la tendance à la baisse relativement doux; sur la courbe de ténacité au choc, avec l'augmentation de la température de trempe, la valeur diminue, mais avec l'augmentation de la température de revenu, sa valeur augmente. Avec l'augmentation de la température de revenu, la teneur en carbone, la teneur en éléments d'alliage, la densité de dislocation et le nombre de jumelages dans la matrice de martensite diminuent, de sorte que la quantité de renforcement diminue également, de sorte que la dureté diminue. Avec l'augmentation de la température de revenu, la recristallisation de la matrice et le grossissement et la sphéroïdisation du point de carbure. Parce que la sphéroïdisation au carbure réduit la distance de glissement de dislocation et rend la distance de glissement plus courte, la dislocation ne peut pas les couper, de sorte que la ténacité montre une tendance à la hausse.
On peut voir sur la figure 2 que la microstructure des échantillons n ° 1 et n ° 3 est de la perlite。
La figure 3 montre la structure métallographique de l'échantillon après trempe à 910 ℃ et revenu à 230 ℃. On peut voir que la microstructure et la matrice des deux types d'échantillons sont de la martensite à lattes. La microstructure de l'échantillon est uniforme et la granulométrie est bonne.
Tab.2 Résultats de l'expérience de port après traitement thermique | |||||
Échantillon | Première perte de poids w / g | Perdre du poids w / g | Moy. Perdre du poids w / g | Dureté (HRC) | Résistance à l'usure |
#1 | 0.04013 | 0.03705 | 0.03859 | 50 | 25.91345 |
#2 | 0.03874 | 0.03615 | 0.03744 | 51.3 | 26.7094 |
#3 | 0.03091 | 0.03461 | 0.03276 | 53.6 | 30.52503 |
#4 | 0.03288 | 0.0245 | 0.02869 | 55.5 | 34.85535 |
On peut voir d'après le tableau 2 qu'avec l'augmentation de la dureté, la résistance à l'usure des échantillons n ° 1 à n ° 4 augmente à son tour. Par conséquent, on peut conclure que la perte d'usure des matériaux est directement liée à la dureté des matériaux. Plus la dureté est élevée, plus la perte de poids est faible, meilleure est la résistance à l'usure des matériaux. De plus, les carbures dispersés dans la matrice contribuent également à la résistance à l'usure des matériaux, mais l'effet est moindre que celui de la dureté du fait du peu de carbures précipités.
Résultats
- Les revêtements de broyeur à boulets en acier faiblement allié étudiés dans ce papier ont une trempabilité élevée et une stabilité au revenu élevée.
- Après trempe à 850-930 ℃ et revenu à 200-290 ℃, on obtient de la martensite à lattes finement trempée, ce qui confère à l'acier une résistance élevée, une ténacité élevée et une résistance à l'usure élevée.
- Plus la dureté est élevée, plus la perte de poids est faible, meilleure est la résistance à l'usure.
À propos de l'auteur:
Fabricant de revêtements de moulin en Chine, Qiming Machinery est un chef de file dans la conception, la fabrication et la fourniture de revêtements de laminage pour les industries du traitement des minéraux et des carrières. Il offre aux clients des solutions complètes de revêtement d'usure pour les usines qui augmentent les performances, la disponibilité des équipements et réduisent les coûts de maintenance. Ses revêtements de moulin sont également testés pour résister au niveau d'acidité de différents éléments qui peuvent être présents dans le processus de broyage. Une plus longue durée de vie de votre machine signifie moins de dépenses et plus de bénéfices ou de revenus pour votre entreprise.