経歴
当社の米国の顧客は、セメント垂直クラッシャー用に 98 個のマンガンクラッシャー ハンマー (Mn18) を購入しました。半年使用後、いくつかの部品が壊れて故障しました。お客様は破損の原因を解析し、最適な製品を提供して欲しいと考えています。
作動状況分析
クラッシャーハンマーはハンマークラッシャーの中核部品であり、クラッシャー内での衝撃の大きい作業条件により、 高マンガン鋼 ハンマーに最適な金属素材です。セメントクリンカークラッシャーのハンマーヘッドは主に Mn18 高マンガン鋼で作られています。高マンガン鋼ハンマーの凝固過程において、冷却収縮により発生する内部応力と鋳物内外の温度差により発生する熱応力の和が応力影響部の強度を超えると、微細な鋳物にクラックが発生します。これらの微細な亀裂は、一方では溶質元素で満たされる可能性があり、他方では介在物の蓄積を引き起こす可能性があり、その両方が鋼マトリックス内に不連続ゾーンを形成します。これらの亀裂とその内部の充填物は、水強化中に除去することはできません。破砕機内の過酷で複雑な作業条件では、作動中にハンマーヘッドに加わる衝撃の方向と強さには一定のランダム性があり、その結果、破砕機の各部の表面加工硬化特性や微細組織特性の差異が拡大し続けます。ハンマー。さらに、既存の微細な亀裂は疲労衝撃過程で伝播し続け、最終的には破断やハンマー折損などの破損事故につながり、寿命全体に影響を与えます。
故障した高マンガン破砕ハンマーの検査と分析
成分検査
さまざまな鋳造部品を組成検査のために採取しました。結果を表 1 に示します。
表 1. Mn18 壊れたハンマーの化学組成 | |||||||||
役職 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ti |
表面層 | 1.42 | 0.36 | 17.62 | 0.019 | 0.014 | 1.02 | 0.07 | 0.09 | 0.48 |
心臓の部分 | 1.45 | 0.38 | 18.21 | 0.019 | 0.016 | 1.02 | 0.03 | 0.09 | 0.51 |
表 1 では、中心領域と表面の間に組成にわずかな違いがあることが観察できますが、これは凝固プロセス中の偏析に起因すると考えられます。クロムは高マンガン鋼に比較的多量に添加される元素の一つであり、その役割も極めて明らかです。水強化処理後、クロムの大部分は高マンガン鋼のオーステナイト相に溶解し、鋼の降伏強度が増加し、冷却中の炭化物の析出が促進され、通常、結晶粒界に沿って炭化物の連続的な網状分布が生じます。クロムを添加した高マンガン鋼は、強い衝撃摩耗に対して耐摩耗性が向上し、クラッシャーハンマーの鋳物に適しています。
チタンは、溶鋼中の重要な還元元素のカテゴリーに属します。高炭素、高窒素の Mn18 鋼では、C および N と結合して析出物を形成することがあります。 TiN や Ti(C,N) などの高融点粒子が凝固前に形成される場合、それらはオーステナイトの非自然発生核生成サイトとして機能し、単位体積あたりの粒子の数が増加し、粒子サイズが微細化されます。したがって、高マンガン鋼におけるチタンマイクロ合金化のかなりの研究と実用化が行われてきました。この記事で説明する Mn18 鋼では、初期設計段階で約 0.5% のチタンが添加されました。
クラッシャーハンマーの破面解析
表 2 から、成分は最適化目標範囲に達しています。
鋳造完了後、クラッシャハンマーを分解し、その構成を図6に示します。
図 6 は、組成とプロセスの両方を最適化した後、ハンマーヘッドの表面近くの構造がより均一になることを示しています。粒子サイズはレベル 2 ですが、コア領域の粒子はほぼレベル 1 であり、明確な粒界析出を示しています。しかし、析出物は主に塊状炭化物であり、針状炭化物の長さは10μm以内がほとんどであり、炭素含有量が適切に低減されていることがわかる。 Mo を Cr と組み合わせて添加すると、析出物の総量が減少し、その形態が最適化され、粒界の安定化につながります。さらに、析出物の間にシート状に凝集した TiN 状のブロック状介在物は観察されず、このような介在物の悪影響が制御可能な範囲内にあることを示唆しています。
18 か月間使用した後、このクラッシャー ハンマーのバッチには、表面端の通常の摩耗を除けば、破損は発生していません。これはクラッシャハンマーの内外品質が大幅に向上し、安定した寿命の延長につながることを示しています。
まとめ
- Mn18クラッシャハンマー破壊の直接的な原因は断面の粒界に沿った亀裂であり、根本的な原因は冷却速度不足による粒界網状炭化物の析出である。
- Ti含有量が多すぎると、粒界に角形TiNが多量に析出して凝集し、粒界結合力が低下し、外力の作用により粒界割れが促進される。
- Cr と Mo の複合合金化を使用すると、粒界炭化物の析出を減らし、炭化物の形態を最適化し、過大な針状炭化物の析出を大幅に減らすことができます。
- 組成の最適化に基づく水強化プロセスの最適化などの措置を採用して、Mn18ハンマーの結晶粒を微細化し、析出物の総量と形状を制御し、最終的に寿命を延長します。
マンガンクラッシャーハンマーの破面特性、形態、金属組織の分析に基づいて、粒界に沿った亀裂、過剰なTi含有量、および無理な製造プロセスが破損の原因であることが判明しました。 Ti含有量の低減、Mo元素の増加、製造プロセスの変更などにより、Mn18クラッシャーハンマーの微細組織特性、析出物の総量、形態が最適化され、ハンマーヘッドの使用サイクルと安定性が効果的に向上します。