低合金鋼ボールミルライナーの設計
ボールミルライナーの主な機能は、ミルを保護し、ライナーの凸状のピークを使用してボールを再生し、材料を粉砕および粉砕することです。 したがって、ライナーの主な故障モードは、小さなエネルギーの繰り返しの衝撃下でのアブレシブ摩耗です。 アブレシブ摩耗の条件下では、耐摩耗性は部品の耐用年数に直接影響するため、耐摩耗性の研究も重要な技術的問題です。 このプロジェクトは、アブレシブ摩耗条件下でのライナーの破損に対して提唱されており、この条件下での低合金鋼の耐摩耗性材料の総合的な性能を向上させることを目的としています。
低合金鋼 ボールミルライナー 物質解析
耐摩耗性の低合金鋼材料には通常、シリコン、マンガン、クロム、モリブデン、ニッケルなどの合金元素が含まれています。これらの合金元素が材料のマトリックス構造と硬化性に強い影響を与える可能性があります。材料の耐摩耗性を向上させます。
炭素: 炭素は、鋳鋼の強度、硬度、靭性、焼入れ性、耐摩耗性に影響を与える重要な元素です。 炭素含有量が高すぎると、熱処理後に形成される高炭素マルテンサイトの硬度は高くなりますが、靭性は低く、熱処理中に亀裂が生じやすくなります。 炭素含有量が少なすぎると、鋳物の焼入れ性や硬度が低下し、耐摩耗性が低下します。 硬度と靭性の組み合わせを考慮して、この材料には、それぞれ0.30%〜0.35%と0.40%〜0.45%のXNUMXつの異なる炭素含有量(質量分率、以下と同じ)が採用されました。 低合金鋼の微細構造と特性に及ぼすXNUMXつの炭素含有量の影響を研究した。
クロム: クロムは耐摩耗性材料の基本的な要素の1.0つです。 その主な機能は、鋼の焼入れ性を改善し、溶液によってマトリックスを強化し、鋼の耐酸化性を改善し、その耐食性を高めることです。 クロムと鉄は連続固溶体を形成し、炭素とさまざまな化合物を形成します。 クロムの複合炭化物は、鋼の特性、特に耐摩耗性の向上に大きな影響を及ぼします。 CrとFeは金属間化合物FeCrを形成します。 クロムは鋼の焼入れ性を大幅に向上させることができますが、鋼の焼戻し脆性も増加させる傾向があります。 クロムは鋼の焼戻し脆性を改善し、鋼のマルテンサイト点msを低減します。 純鉄鋼にクロムを添加すると、一定のクロム含有量で強度と硬度を向上させることができます。 鋼の微細構造や性質に及ぼすクロムの影響を考慮すると、クロムの含有量は1.4%〜XNUMX%です。 鋼の微細構造と特性に及ぼすクロムの影響は、実験によって観察されます。
ニッケル: ニッケルと炭素は炭化物を形成しません。 それらは、オーステナイトを形成および安定化するための主要な合金元素です。 この点で、その役割は炭素と窒素に次ぐものです。 ニッケルと鉄は鋼のα相とγ相に相互溶解性の形で存在し、それらを強化します。 α相の結晶粒径を微細化することにより、低温特性、特に鋼の靭性が向上します。 ニッケルは、鋼中の元素の臨界変態温度と拡散速度を下げることにより、鋼の焼入れ性を向上させることができます。 ニッケル含有量が高い場合、鋼および合金のいくつかの物理的特性を大幅に改善することができます。 鋼の靭性、塑性、およびその他のプロセス特性に対するニッケルの影響は、他の合金元素の影響よりも小さくなります。 また、ニッケルは希土類元素であり重要な戦略材料であるため、上記の要因からニッケル含有量を0.4%に設定しています。
モリブデン: モリブデンは、閉じたγ相領域の元素に属します。 モリブデンは鋼の固溶体相と炭化物相に存在します。 炭化物相では、Moの含有量が少ないと、鉄と炭素との複合セメンタイトを形成します。 含有量が多いと、独自の特殊炭化物を形成します。 鋼中のモリブデンの効果は、焼入れ性の改善、熱強度の改善、焼戻し脆性の防止、残留磁気と保磁力の増加、一部の媒体での合金の耐食性の改善、および孔食傾向の防止として要約できます。 モリブデンはフェライトに固溶体強化効果があり、炭化物の安定性を向上させるため、鋼の強度に有利な効果があります。 鋼の焼戻し脆化に対するモリブデンの影響は非常に複雑です。 Moは単一の合金元素として鋼の焼戻し脆性を増加させますが、クロムやマンガンなどの他の元素と共存すると、モリブデンは他の元素によって引き起こされる焼戻し脆性を低減または抑制します。 モリブデンの含有量が異なると鋼の特性に異なる影響を与える可能性があるため、実験ではモリブデンの含有量を0.25%〜0.35%および0.45%〜0.60%として選択することにしました。
マンガン: マンガンは優れた脱酸剤であり、脱硫されています。 マンガンと鉄は固溶体を形成し、鋼中のフェライトとオーステナイトの硬度と強度を向上させます。 同時に、それは炭化物形成元素であり、セメンタイトに入り、いくつかの鉄原子を置き換えます。 マンガンは、臨界変態温度を下げることにより、間接的にパーライトを精製し、パーライト鋼の強度を向上させることができます。 マンガンはまた、鋼のAR1温度とオーステナイト分解速度を大幅に低下させる可能性があります。 マンガンは、低炭素および中炭素パーライト鋼の強度を向上させるのに大きな効果があります。 しかし、合金元素として、マンガンには欠点があります。 Mnの含有量が多いと、鋼の結晶粒径が粗くなる傾向があり、焼戻し脆性の感度が高くなります。 製錬、鋳造、鍛造後の冷却が不適切なため、鋼に白い斑点ができやすくなります。 マンガンが鋼の微細構造や性質に及ぼす影響を考慮すると、マンガンの含有量は1.1%〜1.4%です。
シリコン: シリコンは鋼の一般的な元素の0.40つです。 合金元素として、鋼中のシリコンの含有量は3%以上でなければなりません。 シリコンは鋼では炭化物を形成しませんが、フェライトまたはオーステナイトには固溶体の形で存在します。 鋼の固溶体の強度を向上させ、冷間加工変形硬化率はリンに次ぐ非常に強いが、鋼の靭性と塑性をある程度低下させる。 シリコンの含有量が1.1%を超えると、鋼の塑性、靭性、延性が大幅に低下します。 シリコンは、鋼の弾性限度、降伏限度、降伏比、疲労強度、および疲労比を向上させることができます。 シリコンは、鋼の焼鈍、焼ならし、焼入れ温度を上げ、フェライト中の炭素の拡散速度を下げ、鋼の焼戻し安定性を高めることができます。 鋼の特性や微細構造に及ぼすシリコンの影響を考慮すると、シリコンの含有範囲は1.4%〜XNUMX%です。
希土類: 鋼中の希土類には0.04つの主要な機能があります。0.06つは精製であり、もうXNUMXつは合金化です。 Reは、鋳造時の微細構造を改善し、結晶粒径を微細化し、溶鋼を精製し、非金属介在物を修正し、それらの形態と分布を改善し、マイクロアロイで役割を果たすことができます。 靭性と鋳造特性(耐高温割れ性と流動性)を改善し、強度を改善します。 ただし、添加方法や添加量が不確実であるため、希土類含有量が多すぎると鋼の特性に悪影響を及ぼす可能性があります。 したがって、この材料の希土類含有量はXNUMX%〜XNUMX%と決定されます。
ホウ素: 鋼中のホウ素の優れた機能は、少量のホウ素(0.001%)によって鋼の焼入れ性を高めることができることです。 ホウ素の含有量が0.007%を超えると、鋼の熱脆化につながります。 したがって、この材料のホウ素含有量は0.003%であると決定されます。
実験材料の主要な要素は、上記の分析に従って選択されました。 サンプル#1と#2の炭素含有量は0.30%– 0.35%であり、モリブデンの含有量は0.25%– 0.35%です。 サンプル#3と#4の炭素含有量は0.40%– 0.45%であり、モリブデン含有量は0.45%– 0.60%です。
低合金鋼ボールミルライナー鋳造プロセス
この実験では、50kWの中周波誘導炉を製錬に使用します。 炉の装入物の酸化を減らすために、溶融金属の攪拌は可能な限り避けるべきである。 製錬の後期段階では、供給ブロックが大きすぎないようにし、炉の口で飛散しないように特定の温度まで乾燥させる必要があります。 供給順序は、スクラップ鋼、豚鉄→ニッケル板、フェロクロム、フェロモリブデン→フェロシリコン、フェロマンガン→希土類フェロシリコン、最後に脱酸のためのアルミニウムの添加です。
2〜3分間乾式混合した後、鋳物砂を水およびガラスと4〜6分間混合した。 型を作った後、二酸化炭素を吹き付けて型を硬化させます(吹き圧力は2〜3 MPa、吹き時間は4〜6分)。 注ぐ前に、砂型と合金は炉で予熱され、乾燥状態に保たれます。 予熱温度は約0.15℃です。
低合金鋼ボールミルライナー熱処理
鋳造されたままの材料の特性は、適切に熱処理されなければなりません。 実際の使用条件では、高硬度、高強度、高靭性のマルテンサイト構造が得られ、焼入れ焼戻しの熱処理工程が採用されています。 低合金耐摩耗鋼の過冷却オーステナイトは比較的安定しており、低温域での油の冷却速度は水よりもはるかに小さいため、油が最適な焼入れ媒体です。 焼戻しとは、焼入れによる残留応力を低減または排除し、材料の塑性と靭性を改善し、その脆性を低減し、塑性、靭性、および硬度の適切な組み合わせを取得することです。 したがって、850、880、910、および930℃の焼入れ温度を1時間選択します。 焼戻し温度は200、230、260、290℃、保持時間は2時間です。
低合金鋼ボールミルライナー性能試験
サンプルの硬さはhr-150ロックウェル硬さ試験機で測定し、微細構造はオリンパスBH-2金属顕微鏡で観察しました。
Tab.1鋳造時のサンプルの硬度(HRC) | ||||
サンプル | 最初のポイント | XNUMX点目 | 第三の点 | 平均 |
#1 | 31 | 36 | 35 | 34 |
#2 | 31 | 35.5 | 37 | 34.5 |
#3 | 38 | 39 | 40 | 39 |
#4 | 39 | 38.5 | 41 | 39.5 |
表1から、サンプル#1と#2の硬度値はほぼ同じであることがわかりますが、炭素含有量の増加に伴い、サンプル#3と#4の硬度は明らかに増加しています。
図1から、各焼入れ温度曲線において、焼戻し温度の上昇に伴い、#1サンプルの硬度値は基本的に下降傾向を示していますが、低下範囲はそれほど大きくなく、下降傾向が見られます。比較的穏やかです。 衝撃靭性曲線では、焼入れ温度の上昇とともに値は減少しますが、焼戻し温度の上昇とともにその値は増加します。 焼戻し温度の上昇に伴い、マルテンサイトマトリックスの炭素含有量、合金元素含有量、転位密度、双晶数が減少するため、強化量も減少し、硬度が低下します。 焼戻し温度の上昇に伴い、マトリックスの再結晶と炭化物の点の粗大化と球状化。 炭化物の球状化により、転位すべり距離が短くなり、すべり距離が短くなるため、転位で切断できないため、靭性が上昇傾向にあります。
図2から、サンプル#1と#3の微細構造はパーライトであることがわかります。
図3は、910℃で焼入れ、230℃で焼戻しした後のサンプルの金属組織構造を示しています。 XNUMX種類のサンプルの微細構造とマトリックスがラスマルテンサイトであることがわかります。 サンプルの微細構造は均一で、粒径は微細です。
Tab.2熱処理後の着用実験の結果 | |||||
サンプル | 最初に体重を減らすw / g | gで体重を減らす | 平均gで体重を減らす | 硬度(HRC) | 耐摩耗性 |
#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 |
表2から、硬度の増加に伴い、#1〜#4サンプルの耐摩耗性が順番に増加することがわかります。 したがって、材料の摩耗損失は材料の硬度に直接関係していると結論付けることができます。 硬度が高いほど、重量損失が小さくなり、材料の耐摩耗性が向上します。 また、母材に分散した炭化物も材料の耐摩耗性に寄与しますが、炭化物の析出が少ないため、硬度よりも効果が小さくなります。
結果
- この論文で研究された低合金鋼ボールミルライナーは、高い焼入れ性と高い焼戻し安定性を持っています。
- 850〜930℃で焼入れ、200〜290℃で焼戻しした後、細かく焼戻ししたラスマルテンサイトが得られ、高強度、高靭性、高耐摩耗性を実現しています。
- 硬度が高いほど、重量損失が小さくなり、耐摩耗性が向上します。
著者について:
チャイナミルライナーメーカー、Qiming Machineryは、鉱業および採石業向けのミルライナーの設計、製造、および供給のリーダーです。 性能、機器の可用性を高め、メンテナンスコストを削減するミル向けの完全なウェアライナーソリューションを顧客に提供します。 ミルライナーは、ミリングプロセスに存在する可能性のあるさまざまな元素の酸性度レベルに耐えるようにテストされています。 機械のフライス寿命が長いほど、費用が少なくなり、会社の利益または収入が増えます。