Marteaux en acier allié

Pourquoi rechercher des marteaux en acier allié?

Broyeurs à marteaux sont largement utilisés dans les mines, la métallurgie, l'énergie électrique, les matériaux de construction, les industries chimiques et d'autres secteurs pour broyer divers types de matières premières. Le marteau est la partie principale de meulage de la machine, et il a une grande vitesse et une force d'inertie dans les conditions de travail. Par conséquent, le matériau requis pour fabriquer le marteau doit non seulement avoir une résistance aux chocs suffisante pour éviter la rupture, mais doit également avoir une excellente résistance à l'usure.

À l'heure actuelle, la plupart des marteaux utilisés en Chine sont des marteaux de petite et moyenne taille, pesant généralement environ 10 kg, et les plus gros entre 50 et 90 kg, et le matériau est principalement de l'acier à haute teneur en manganèse. Après le traitement de trempe à l'eau, l'acier à haute teneur en manganèse a une structure austénitique avec une ténacité très élevée, qui est un matériau de faible dureté et de haute ténacité. Cependant, dans des conditions de faible impact, l'effet d'écrouissage est médiocre et la durée de vie est courte. Dans les pays développés comme l'Europe et les États-Unis, de grands broyeurs à marteaux sont utilisés pour écraser les voitures mises au rebut. Le poids d'un marteau broyeur est d'environ 200-500 kg. Généralement, à mesure que la taille des grandes pièces augmente, la trempabilité est plus difficile à garantir, plus il est difficile de contrôler l'uniformité de la dureté, et la ténacité aux chocs diminuera considérablement. Par conséquent, le choix du matériau et le contrôle de son processus de production seront plus stricts dans la production de ce marteau super grand.

Afin de couler ces gros broyeurs à marteaux ou marteaux broyeurs, Qiming Casting a étudié des marteaux en acier allié, qui améliorent évidemment la durée de vie.

 

Expérience de fabrication de marteaux en acier allié de 250 kg

 

Analyse des matériaux

La conception de la composition de l'alliage doit pleinement tenir compte des exigences de performance de l'alliage. Le principe de conception est d'assurer une trempabilité suffisante et une dureté et une ténacité élevées.

  • Élément de carbone. Le carbone est un élément clé qui affecte la microstructure et les performances des aciers résistants à l'usure faiblement et moyennement alliés. Différentes quantités de carbone peuvent obtenir différentes relations de correspondance entre la dureté et la ténacité. Les alliages à faible teneur en carbone ont une ténacité et une dureté plus élevées, et les alliages à haute teneur en carbone ont une dureté élevée et une ténacité insuffisante. Les alliages de carbone ont une dureté plus élevée et une bonne ténacité. Afin d'obtenir une ténacité plus élevée pour répondre aux conditions d'utilisation de pièces lourdes et de grande taille résistantes à l'usure avec une force de choc plus importante, la gamme d'éléments en carbone est choisie de 0.2 à 0.3%.
  • Élément en silicium. Le silicium joue principalement un rôle dans le renforcement de la solution solide dans l'acier, mais un Si trop élevé augmentera la fragilité de l'acier, de sorte que sa teneur est de 0.2 à 0.4%.
  • Élément de manganèse. D'une part, le manganèse dans l'acier joue un rôle dans le renforcement de la solution solide, l'amélioration de la résistance et la dureté de l'acier, et d'autre part, l'amélioration de la trempabilité de l'acier, mais une quantité trop élevée de manganèse augmentera la quantité d'austénite retenue, de sorte que le la teneur en manganèse est déterminée comme étant de 1.0 à 2.0%.
  • Élément de chrome. Le Cr joue un rôle de premier plan dans l'acier moulé faiblement allié et résistant à l'usure. Le Cr peut être partiellement dissous dans l'austénite pour renforcer la matrice sans réduire la ténacité, retarder la transformation de l'austénite et augmenter la trempabilité de l'acier. Une combinaison raisonnable de chrome, de manganèse et de silicium peut grandement améliorer la trempabilité. Le Cr a une plus grande résistance au revenu et peut uniformiser les performances de la face d'extrémité épaisse. Son contenu est donc de 1.5 à 2.0%.
  • Élément de molybdène. Le molybdène dans l'acier peut affiner efficacement la structure telle que coulée, améliorer l'uniformité de la section, empêcher l'apparition de fragilité de revenu, améliorer la stabilité de revenu de l'acier, améliorer la ténacité aux chocs, augmenter considérablement la trempabilité de l'acier et augmenter le résistance de l'acier, donc sa teneur est de 0.1 à 0.3%.
  • Élément en nickel. Le nickel est le principal élément d'alliage qui forme et stabilise l'austénite. L'ajout d'une certaine quantité de Ni peut améliorer la trempabilité et amener la structure à retenir une petite quantité d'austénite retenue à température ambiante pour améliorer sa ténacité. Son contenu est de 0.1 à 0.3%.
  • Élément en cuivre. Le cuivre ne forme pas de carbures et existe dans la matrice à l'état de solution solide, ce qui peut améliorer la ténacité de l'acier. De plus, Cu a également une fonction similaire à Ni, qui peut améliorer la trempabilité et le potentiel d'électrode du substrat, et augmenter la résistance à la corrosion de l'acier. Ceci est particulièrement important pour les pièces résistantes à l'usure qui fonctionnent dans des conditions de meulage humides. L'ajout de Cu dans l'acier allié est de 0.8 à 1.00%.
  • Oligo-éléments. L'ajout d'oligo-éléments à l'acier faiblement allié résistant à l'usure est l'un des moyens les plus efficaces d'améliorer ses performances. Il peut affiner la structure telle que coulée, purifier les joints de grains, améliorer la morphologie et la distribution des carbures et des inclusions, et rendre l'acier résistant à l'usure faiblement allié maintient une ténacité suffisante.
  • Élément soufre et phosphore. Le soufre et le phosphore sont tous deux des éléments nocifs, qui forment facilement des inclusions aux limites des grains dans l'acier, augmentent la fragilité de l'acier et augmentent la tendance à la fissuration des pièces moulées pendant la coulée et le traitement thermique. Par conséquent, P et S doivent tous deux être inférieurs à 0.04%.

Ainsi, l'acier allié martèle la composition chimique comme le tableau suivant:

Composition chimique des marteaux en acier allié (%)
ÉlémentCSiMnCrMoNiCuV, RéPS
Contenu0.2-0.30.2-0.41.0-2.01.5-2.00.1-0.30.1-0.30.8-1.0tracer<0.04<0.04

 

Processus de production

Le processus de production des marteaux en acier allié de 250 kg comprend le processus de fusion, le processus de coulée, le processus de traitement thermique et le test de performance.

Processus de fusion

L'acier allié a été fondu dans un four à induction à fréquence intermédiaire de 1 t et les alliages ont été préparés avec des matières premières telles que la ferraille, la fonte brute, le ferrochrome à faible teneur en carbone, le ferromanganèse, le ferromolybdène, le nickel électrolytique et les alliages de terres rares. Après la fusion, des échantillons sont prélevés pour analyse chimique devant le four, et des alliages sont ajoutés en fonction des résultats d'analyse. Lorsque la composition et la température atteignent les exigences du four, l'aluminium est inséré et désoxydé; pendant le processus de prélèvement, des terres rares Ti et V sont ajoutées pour modification.

Processus de moulage

Le processus de moulage adopte le moulage au sable. Une fois que l'acier fondu est sorti du four, laissez-le reposer dans la poche, et lorsque la température descend à 1450 degrés Celsius, commencez à couler. Afin de permettre à l'acier fondu de remplir rapidement le moule en sable, un système de porte plus grand (20% plus grand que celui de l'acier au carbone ordinaire) doit être utilisé. Une méthode de solidification séquentielle est adoptée, avec du fer froid adapté à la colonne montante, et une méthode de chauffage externe est adoptée sur la colonne montante pour améliorer le temps d'alimentation et la capacité d'alimentation de la colonne montante pour obtenir une structure dense en fonte. La taille du grand marteau de coulée en acier allié est de 700 mmx400 mmx120 mm et le poids d'une seule pièce est de 250 kg. Une fois la pièce moulée nettoyée, elle est recuite à haute température, puis la colonne montante de coulée est coupée.

Traitement thermique

Le processus de traitement thermique de trempe + revenu est adopté, et afin d'éviter les fissures de trempe dans les trous de montage, une trempe partielle est adoptée. Un four à résistance de type caisson est utilisé pour chauffer les pièces moulées, la température d'austénitisation est de (900 ± 10) degrés Celsius et la conservation de la chaleur est de 5 h. En utilisant un liquide de trempe spécial pour verre à eau, le taux de refroidissement se situe entre l'eau et l'huile. Ceci est très avantageux pour empêcher les fissures de trempe et la déformation de trempe, et ce milieu de trempe a un coût, une sécurité et une praticabilité faibles. Après la trempe, un processus de revenu à basse température est utilisé, la température de revenu est de (230 ± 10) degrés Celsius et la conservation de la chaleur est de 6 h.

Test de performance

  • Mesure de la ténacité. Selon les dispositions de la norme nationale GB / T 22951994, l'échantillon d'impact a une entaille en U standard de Charpy. Mesurez l'énergie d'impact de la fracture de l'échantillon sur la machine d'essai de ténacité à l'impact du pendule JB5 et mesurez la taille de la fracture par impact de l'échantillon avec un micromètre.
  • Mesure de dureté. Le testeur de dureté HR6150D Rockwell est utilisé pour mesurer la dureté Rockwell de l'échantillon conformément à la norme nationale GB / T 23071991. Afin de tester la dureté de l'échantillon, la valeur de dureté de l'échantillon de 10 mm * 10 mm * 120 mm prélevé par l'EDM est mesurée à des intervalles de 10 mm d'une extrémité à l'autre dans le sens de la longueur.
  • Mesure d'étirement. Selon la norme nationale GB / T 22881987 «Metal Tensile Test», une machine d'essai de traction de 5 t est utilisée, la longueur de jauge est de 30 mm et la vitesse de traction standard normale est de 0.1 mm / s.

 

Résultats expérimentaux et analyse

1.La courbe TTT de l'acier allié

La courbe TTT de l'acier allié est l'image suivante:

La courbe TTT de l'acier allié

La courbe TTT de l'acier allié

À partir de la courbe TTT:

  1. Il y a une zone de baie claire entre les courbes de transformation de la ferrite à haute température, de la perlite et de la bainite à température moyenne. La courbe C qui provoque la transformation de la perlite et la courbe C de la transformation bainite sont séparées l'une de l'autre, montrant l'apparition de courbes C indépendantes, appartenant au type de deux «nez», et la région bainite est plus proche de la courbe S . Du fait que cet acier contient des éléments de formation de carbure Cr, Mo, etc., ces éléments se dissolvent en austénite lorsqu'ils sont chauffés, ce qui peut retarder la décomposition de l'austénite surfondue et réduire la vitesse de décomposition. Dans le même temps, ils affectent également la température de décomposition de l'austénite sous-refroidie. Cr, Mo, etc. font passer la zone de transformation de la perlite à une température plus élevée et abaissent la température de transformation de la bainite. De cette manière, la courbe de transformation de la perlite et de la bainite est dans la courbe TTT. Séparation, il y a une zone métastable d'austénite surfondue dans la partie médiane, qui est comprise entre 500 ℃ et 600 ℃.
  2. La température de pointe de cet acier est d'environ 650 ℃, la zone de température de transformation de ferrite est de 625 ℃ -750 ℃, la zone de température de transformation de perlite est de 600 ℃ -700 ℃ et la zone de température de transformation de bainite est de 350 ℃ -500 ℃.
  3. Au bout du nez à 650 ℃ dans la zone de transition à haute température, le premier temps de précipitation de la ferrite est de 612 s, la période d'incubation la plus courte de la perlite est de 7 s et à 270 22 s, la quantité de transformation de la perlite atteint 860 %; à 50 s, la période d'incubation pour la transformation en bainite est d'environ 400 s; à 20 ° C, la transformation martensitique se produit. On constate que cet acier présente une bonne trempabilité.

2. Propriétés mécaniques

Des échantillons sont prélevés sur le corps du marteau en acier allié produit à l'essai, et un échantillon de 10 mm * 10 mm * 120 mm de long est découpé de l'extérieur vers l'intérieur avec une ligne de coupe, et la dureté est mesurée de la surface au centre. Les échantillons 1 # et 2 # sont échantillonnés à partir de la partie du corps du marteau, et 3 # échantillons sont échantillonnés au niveau du trou de montage. Les résultats de la mesure de la dureté sont indiqués dans le tableau.

La dureté des marteaux en acier allié
ÉchantillonDistance de la surface / mmMoyenMoyenne totale
515253545
1#5254.554.3505252.648.5
2#5448.247.348.546.248.8
3#4643.543.544.442.544

À partir du tableau de dureté, nous pouvons savoir:

La dureté HRC de la partie du corps du marteau (1 #) est supérieure à 48.8, tandis que la dureté de la partie du trou de montage (3 #) est relativement inférieure. Le corps du marteau est la principale pièce de travail. La dureté élevée du corps du marteau peut assurer une résistance élevée à l'usure; la faible dureté du trou de montage peut fournir une ténacité élevée. Cela répond aux différentes exigences de performance des différentes pièces. Si vous regardez un seul échantillon, vous pouvez constater que la dureté de la surface est généralement supérieure à la dureté du noyau et que la plage de fluctuation de la dureté n'est pas très large.

Propriétés mécaniques des marteaux en acier allié
Produit1#2#3#
Résistance aux chocs / J * cm²40.1346.958.58
Résistance à la traction / MPa154813691350
Allongement%86.677
Rétrécissement%3.88157.09

Les données de ténacité aux chocs, de résistance à la traction et d'allongement des échantillons sont indiquées dans le tableau ci-dessus. On peut voir sur le tableau que la ténacité à l'impact du marteau en forme de U sans spécimens de Charpy est supérieure à 40 J / cm², et la ténacité du trou de montage est la plus élevée à 58.58 J / cm²; l'allongement des échantillons interceptés est tous> 6.6%, et la résistance à la traction Tous sont supérieurs à 1360 MPa. Sa ténacité plastique est plus adaptée et elle est supérieure à la ténacité aux chocs (20-40 J / cm²) de l'acier faiblement allié ordinaire. D'une manière générale, si la dureté est plus élevée, la ténacité diminuera. On peut voir d'après les résultats expérimentaux ci-dessus que cette loi est fondamentalement conforme.

Test d'usure

Afin d'étudier la résistance à l'usure de cet acier allié, le test d'usure a été réalisé sur la machine d'usure abrasive à charge dynamique MLD-10. Les échantillons d'usure par impact de ce test sont transformés en échantillons parallélépipédiques rectangulaires de 10 mm * 10 mm * 25 mm, et les échantillons sont placés dans un système d'usure abrasive à trois corps, et marteaux en acier au manganèse utilisé comme échantillon comparatif, tous dans les mêmes conditions effectuer un test d'usure.

  • L'énergie d'impact est de 0.2 kg / m
  • Le temps d'impact est de 1 heure
  • Le nombre d'impacts est de 100 fois / min
  • La granulométrie du sable de quartz utilisé est de 8 à 10 mailles et le débit est de 120 kg / h

Afin d'éliminer l'influence de l'état d'origine de l'échantillon sur les résultats du test d'abrasion, pré-broyez l'échantillon pendant une demi-heure avant le test, nettoyez-le avec de l'acétone et pesez-le après séchage; puis portez-le formellement pendant 1 heure, lavez, séchez et pesez; avant et après usure La différence de qualité est la quantité absolue d'usure. Le test d'abrasion a été répété deux fois. Pesez sur la balance de précision DT-100 et prenez la moyenne des 2 pertes de poids. Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Résultats du test d'usure
Exemple d'articlePremière usureDeuxième usurePerte de poids moyenneDurabilitéCoefficient d'usure relative
Mn130.480630.407240.443942.252561.0
1#0.328790.244990.286893.485661.55
2#0.309060.346100.327583.052691.36
3#0.463640.321430.392542.547511.13

Il ressort du tableau que, dans les mêmes conditions d'usure, la résistance à l'usure de la partie travaillante des marteaux en acier allié est multipliée par plus de 1.55 par rapport aux marteaux ordinaires en acier à haute teneur en manganèse.

L'acier à haute teneur en manganèse a été largement utilisé sous des charges d'impact élevées. Son excellente résistance à l'usure est due à son fort écrouissage et à l'excellente ténacité apportée par la structure austénitique. Dans cet essai, la mauvaise résistance à l'usure est principalement due à la faible énergie de choc d'essai et à l'effet d'écrouissage insignifiant.

Pour l'acier, l'ordre d'influence de la structure de la matrice sur la résistance à l'usure est: la ferrite, la perlite, la bainite et la martensite augmentent progressivement. La martensite ayant la dureté la plus élevée, la résistance à l'usure la plus élevée appartient à la martensite et à la martensite trempée. Mais si la dureté est la même, la bainite inférieure de transformation isotherme est bien meilleure que la martensite trempée. La structure de la matrice de l'échantillon 1 # est principalement de la martensite, avec une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure.

La résistance à l'usure des marteaux en acier allié est évidemment différente à différentes positions. En effet, lorsque le matériau est soumis à une usure abrasive par impact, le taux d'usure est composé de deux parties, l'une est l'usure causée par le mécanisme de coupe et elle dépend principalement de la dureté du matériau; Une partie est l'usure causée par le mécanisme de fatigue, reflétant la ténacité du matériau. Par conséquent, l'usure par impact est liée à la dureté et à la ténacité du matériau. L'échantillon 3 # a la ténacité la plus élevée, mais sa dureté est considérablement réduite, ce qui réduit la résistance à l'usure. L'échantillon 1 # a la meilleure dureté, la ténacité moyenne, les meilleures performances complètes et la meilleure résistance à l'usure. En bref, dans des conditions d'usure abrasive par impact, pour obtenir une résistance à l'usure élevée de l'acier, il doit avoir une bonne combinaison de dureté élevée et de ténacité élevée.

 

Marteaux en acier allié par Qiming Casting

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