Projeto de forros para moinho de bolas de aço de baixa liga
A principal função do forro do moinho de bolas é proteger o moinho e usar o pico convexo do forro para jogar a bola para moer e esmagar o material. Portanto, o principal modo de falha do revestimento é o desgaste abrasivo sob o impacto repetido de pequena energia. Sob a condição de desgaste abrasivo, a resistência ao desgaste afeta diretamente a vida útil das peças, portanto a pesquisa sobre resistência ao desgaste também é um problema técnico importante. Este projeto é apresentado para a falha do liner em condições de desgaste abrasivo, e o objetivo é melhorar o desempenho abrangente do material resistente ao desgaste de aço de baixa liga sob esta condição.
Aço de liga leve Forros de moinho de bolas Análise de Materiais
Materiais de aço de baixa liga resistentes ao desgaste geralmente contêm elementos de liga, como silício, manganês, cromo, molibdênio, níquel, etc. fazer com que o material tenha melhor resistência ao desgaste.
Carbono: O carbono é um elemento importante que afeta a resistência, dureza, tenacidade, temperabilidade e resistência ao desgaste do aço fundido. Se o teor de carbono for muito alto, a dureza da martensita com alto teor de carbono formada após o tratamento térmico é alta, mas a tenacidade é baixa e as rachaduras são fáceis de se formar durante o tratamento térmico; se o teor de carbono for muito baixo, a temperabilidade e a dureza da peça fundida são ruins e a resistência ao desgaste é ruim. Considerando a combinação de dureza e tenacidade, dois diferentes teores de carbono (fração de massa, a mesma abaixo) foram adotados neste material, que foi de 0.30% - 0.35% e 0.40% - 0.45%, respectivamente. Os efeitos de dois teores de carbono na microestrutura e nas propriedades do aço de baixa liga foram estudados.
Cromo: O cromo é um dos elementos básicos dos materiais resistentes ao desgaste. Sua principal função é melhorar a temperabilidade do aço, fortalecer a matriz por solução, melhorar a resistência à oxidação do aço e aumentar sua resistência à corrosão. O cromo e o ferro formam uma solução sólida contínua e formam uma variedade de compostos com o carbono. O carboneto de cromo complexo tem um efeito significativo nas propriedades do aço, especialmente na melhoria da resistência ao desgaste. Cr e Fe formam o composto intermetálico FeCr. O cromo pode aumentar significativamente a temperabilidade do aço, mas também tende a aumentar a fragilidade por têmpera do aço. O cromo melhora a fragilidade de têmpera do aço e reduz a ponta de martensita do aço. Quando o cromo é adicionado ao ferro e aço puros, a resistência e a dureza podem ser melhoradas com um determinado teor de cromo. Considerando o efeito do cromo na microestrutura e nas propriedades do aço, o teor de cromo é de 1.0% ~ 1.4%. O efeito do cromo na microestrutura e nas propriedades do aço é observado por experimento.
Níquel: O níquel e o carbono não formam carbonetos. Eles são os principais elementos de liga para a formação e estabilização da austenita. Nesse aspecto, o papel é inferior apenas ao carbono e ao nitrogênio. O níquel e o ferro existem na fase α e na fase γ do aço na forma de solubilidade mútua, o que os torna mais fortes. Refinando o tamanho do grão da fase α, as propriedades de baixa temperatura, especialmente a tenacidade do aço, são melhoradas. O níquel pode melhorar a temperabilidade do aço reduzindo a temperatura crítica de transformação e a taxa de difusão dos elementos no aço. Algumas propriedades físicas do aço e da liga podem ser significativamente melhoradas quando o teor de níquel é alto. O efeito do níquel na tenacidade, plasticidade e outras propriedades de processo do aço é menor do que o de outros elementos de liga. Além disso, como o níquel é um elemento raro e um importante material estratégico, o teor de níquel é fixado em 0.4% com base nos fatores acima.
Molibdênio: O molibdênio pertence ao elemento da região fechada da fase γ. O molibdênio existe na fase de solução sólida e na fase de carboneto no aço. Na fase carboneto, quando o teor de Mo é baixo, forma-se a cementita composta com ferro e carbono; quando o conteúdo é alto, forma seu próprio carboneto especial. O efeito do molibdênio no aço pode ser resumido como melhoria da temperabilidade, melhoria da resistência térmica, prevenção da fragilidade por têmpera, aumento da remanência e coercividade, melhoria da resistência à corrosão da liga em alguns meios e prevenção da tendência à corrosão por pite. O molibdênio tem um efeito fortalecedor de solução sólida na ferrita e melhora a estabilidade dos carbonetos, por isso tem um efeito favorável na resistência do aço. O efeito do molibdênio no temperamento fragilizado do aço é bastante complicado. Como um único elemento de liga, o Mo aumenta a fragilidade por têmpera do aço, mas quando coexiste com outros elementos, como cromo e manganês, o molibdênio reduz ou suprime a fragilidade por têmpera causada por outros elementos. Como o teor diferente de molibdênio pode ter efeitos diferentes nas propriedades do aço, decidimos selecionar o teor de molibdênio no experimento como 0.25% - 0.35% e 0.45% - 0.60%.
Manganês: O manganês é um bom desoxidante e dessulfurizado. O manganês e o ferro formam uma solução sólida, o que melhora a dureza e a resistência da ferrita e austenita no aço; ao mesmo tempo, é um elemento formador de carboneto, que entra na cementita para substituir alguns átomos de ferro. O manganês pode refinar a perlita e melhorar a resistência do aço perlita indiretamente, reduzindo a temperatura crítica de transformação. O manganês também pode reduzir significativamente a temperatura AR1 e a taxa de decomposição da austenita do aço. O manganês tem um efeito significativo na melhoria da resistência dos aços perlita de baixo e médio carbono. No entanto, como elemento de liga, o manganês tem suas desvantagens. Quando o conteúdo de Mn é mais alto, o tamanho do grão do aço tende a ficar mais grosso e a sensibilidade à fragilidade por têmpera é aumentada. É fácil produzir manchas brancas no aço devido ao resfriamento inadequado após a fundição, fundição e forjamento. Considerando os efeitos do manganês na microestrutura e nas propriedades do aço, o teor de manganês é 1.1% ± 1.4%.
Silício: O silício é um dos elementos comuns do aço. Como elemento de liga, o teor de silício no aço não deve ser inferior a 0.40%. O silício não forma carboneto no aço, mas existe na ferrita ou austenita na forma de solução sólida. Ele melhora a resistência da solução sólida no aço, e sua taxa de endurecimento por deformação por trabalho a frio é muito forte, perdendo apenas para o fósforo, mas também reduz a tenacidade e a plasticidade do aço até certo ponto. Se o teor de silício for superior a 3%, a plasticidade, tenacidade e ductilidade do aço serão significativamente reduzidas. O silício pode melhorar o limite elástico, o limite de escoamento, a taxa de escoamento, a resistência à fadiga e a proporção de fadiga do aço. O silício pode aumentar as temperaturas de recozimento, normalização e têmpera do aço, reduzir a taxa de difusão do carbono na ferrita e aumentar a estabilidade de têmpera do aço. Considerando os efeitos do silício nas propriedades e na microestrutura do aço, a faixa de conteúdo de silício é 1.1% ± 1.4%.
Terra rara: Existem duas funções principais das terras raras no aço: uma é a purificação e a outra é a liga. Re pode melhorar a microestrutura fundida, refinar o tamanho do grão, purificar aço fundido, modificar inclusões não metálicas, melhorar sua morfologia e distribuição e desempenhar um papel na microliga. Melhora a tenacidade e as propriedades de fundição (resistência ao cracking a quente e fluidez), melhora a resistência. No entanto, devido à incerteza do método e da quantidade de adição, se o teor de terras raras for muito alto, pode haver um efeito adverso nas propriedades do aço. Portanto, o conteúdo de terras raras neste material é determinado como sendo 0.04% - 0.06%.
Boro: A principal função do boro no aço é que a temperabilidade do aço pode ser aumentada em uma pequena quantidade de boro (0.001%). Quando o teor de boro é superior a 0.007%, isso levará à fragilização do aço a quente. Portanto, o conteúdo de boro neste material é determinado como sendo 0.003%.
Os principais elementos dos materiais experimentais foram selecionados de acordo com a análise acima. O teor de carbono das amostras # 1 e # 2 é de 0.30% - 0.35% e o teor de molibdênio é de 0.25% - 0.35%; o teor de carbono das amostras # 3 e # 4 é 0.40% - 0.45% e o teor de molibdênio é 0.45% - 0.60%.
Processo de fundição de forros para moinho de bolas de aço de baixa liga
Neste experimento, um forno de indução de média frequência de 50 kW é usado para a fundição. Para reduzir a oxidação da carga do forno, a agitação do metal fundido deve ser evitada tanto quanto possível. No estágio posterior da fundição, o bloco de alimentação não deve ser muito grande e deve ser seco a uma determinada temperatura para evitar respingos na boca do forno. A sequência de alimentação é sucata de aço, ferro gusa → placa de níquel, ferrocromo, ferromolibdênio → ferrossilício, ferromanganês → ferrossilício de terras raras e, finalmente, adição de alumínio para desoxidação.
Após mistura a seco por 2-3 min, a areia de moldagem foi misturada com água e vidro por 4-6 min. Depois que o molde é feito, o molde é endurecido soprando dióxido de carbono (a pressão de sopro é 0.15-0.25 MPa, o tempo de sopro é de 1-2 min). Antes do vazamento, o molde de areia e a liga são pré-aquecidos no forno e mantidos secos. A temperatura de pré-aquecimento é de cerca de 100 ℃.
Tratamento térmico de revestimentos de moinho de bolas de aço de baixa liga
As propriedades dos materiais fundidos devem ser adequadamente tratadas termicamente. Na condição de trabalho real, a estrutura de martensita com alta dureza, alta resistência e boa tenacidade deve ser obtida, e o processo de tratamento térmico de têmpera e revenimento é adotado. A austenita sub-resfriada de aço resistente ao desgaste de baixa liga é relativamente estável e a taxa de resfriamento do óleo na zona de baixa temperatura é muito menor do que a da água, então o óleo é o meio de têmpera mais adequado. Temperamento é para reduzir ou eliminar a tensão residual causada pela têmpera, melhorar a plasticidade e tenacidade do material, reduzir sua fragilidade e obter a combinação apropriada de plasticidade, tenacidade e dureza. Portanto, as temperaturas de têmpera de 850, 880, 910 e 930 ℃ são selecionadas para 1 h. A temperatura de revenimento é 200, 230, 260 e 290 ℃ e o tempo de espera é 2 h.
Teste de desempenho de revestimentos para moinhos de bolas de aço de baixa liga
A dureza das amostras foi medida pelo medidor de dureza Rockwell hr-150, e a microestrutura foi observada por um microscópio metalográfico Olympus BH-2.
Tab.1 Dureza das amostras fundidas (HRC) | ||||
Amostra | Primeiro Ponto | Segundo Ponto | Terceiro Ponto | Médio. |
#1 | 31 | 36 | 35 | 34 |
#2 | 31 | 35.5 | 37 | 34.5 |
#3 | 38 | 39 | 40 | 39 |
#4 | 39 | 38.5 | 41 | 39.5 |
Pode ser visto na Tabela 1 que os valores de dureza das amostras # 1 e # 2 são quase os mesmos, mas com o aumento do teor de carbono, a dureza das amostras # 3 e # 4 aumenta obviamente.
Pode ser visto na Fig. 1 que, em cada curva de temperatura de têmpera, com o aumento da temperatura de têmpera, o valor de dureza da amostra # 1 basicamente mostra uma tendência de queda, mas a faixa de diminuição não é muito grande, e a tendência de queda é relativamente gentil; na curva de tenacidade ao impacto, com o aumento da temperatura de revenido, o valor diminui, mas com o aumento da temperatura de revenido, seu valor aumenta. Com o aumento da temperatura de revenimento, o teor de carbono, o teor de elemento de liga, a densidade de deslocamento e o número de geminação na matriz de martensita diminuem, de modo que a quantidade de reforço também diminui, de modo que a dureza diminui. Com o aumento da temperatura de revenido, ocorre a recristalização da matriz e o engrossamento e esferoidização do ponto de carboneto. Como a esferoidização de carboneto reduz a distância de deslizamento de deslocamento e torna a distância de deslizamento mais curta, o deslocamento não pode cortá-los, então a tenacidade mostra uma tendência ascendente.
Pode ser visto na Fig. 2 que a microestrutura das amostras # 1 e # 3 é perlita。
A Figura 3 mostra a estrutura metalográfica da amostra após têmpera a 910 ℃ e revenido a 230 ℃. Pode-se observar que a microestrutura e a matriz dos dois tipos de amostras são martensita em ripas. A microestrutura da amostra é uniforme e o tamanho do grão é fino.
Tab.2 Resultados do experimento de uso após o tratamento térmico | |||||
Amostra | Primeiro perca peso w / g | Perder peso w / g | Média Perder peso w / g | Dureza (HRC) | Resistência ao desgaste |
#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 |
Pode ser visto na Tabela 2 que com o aumento da dureza, a resistência ao desgaste das amostras nº 1 - nº 4 aumenta por sua vez. Portanto, pode-se concluir que a perda por desgaste dos materiais está diretamente relacionada à dureza dos materiais. Quanto maior for a dureza, menor será a perda de peso e melhor será a resistência ao desgaste dos materiais. Além disso, os carbonetos dispersos na matriz também contribuem para a resistência ao desgaste dos materiais, mas o efeito é menor que o da dureza por causa dos poucos carbonetos precipitados.
Resultados
- Os liners para moinhos de bolas de aço de baixa liga estudados neste trabalho têm alta temperabilidade e alta estabilidade ao revenido.
- Após o resfriamento a 850-930 ℃ e o revenido a 200-290 ℃, é obtida martensita finamente temperada, o que faz com que o aço tenha alta resistência, alta tenacidade e alta resistência ao desgaste.
- Quanto maior for a dureza, menor será a perda de peso e melhor será a resistência ao desgaste.
Sobre o autor:
Fabricante de forros de moinho na China, Qiming Machinery é líder no projeto, fabricação e fornecimento de revestimentos de moinhos para indústrias de processamento de minerais e pedreiras. Ela oferece aos clientes soluções completas de revestimento de desgaste para moinhos que aumentam o desempenho, a disponibilidade do equipamento e reduzem os custos de manutenção. Seus revestimentos de moinho também são testados para suportar o nível de acidez de diferentes elementos que podem estar presentes no processo de moagem. Maior vida útil de fresamento para sua máquina significa menos despesas e mais lucro ou receita para sua empresa.