Martelos de liga de aço

Por que pesquisar martelos de liga de aço?

Moinhos de martelo são amplamente utilizados na mineração, metalurgia, energia elétrica, materiais de construção, indústrias químicas e outros setores para esmagar vários tipos de matérias-primas. O martelo é a principal parte de retificação da máquina, e tem uma grande velocidade e força de inércia sob condições de trabalho. Portanto, o material necessário para fazer o martelo não deve apenas ter resistência ao impacto suficiente para evitar quebras, mas também deve ter excelente resistência ao desgaste.

Atualmente, a maioria dos martelos usados na China são martelos pequenos e médios, geralmente pesam cerca de 10 kg, e os maiores têm entre 50-90 kg, e o material é principalmente aço com alto teor de manganês. Após o tratamento de tenacificação com água, o aço com alto manganês tem uma estrutura austenítica com tenacidade muito alta, que é um material de baixa dureza e alta tenacidade. No entanto, em condições de baixo impacto, o efeito de endurecimento do trabalho é pobre e a vida útil é curta. Em países desenvolvidos, como Europa e Estados Unidos, grandes moinhos de martelo são usados para esmagar carros sucateados. O peso de um martelo triturador é de cerca de 200-500 kg. Geralmente, conforme o tamanho das peças grandes aumenta, a temperabilidade é mais difícil de garantir, mais difícil é controlar a uniformidade da dureza e a resistência ao impacto diminuirá significativamente. Portanto, a escolha do material e o controle do seu processo de produção serão mais rigorosos na produção deste martelo supergrande.

Para fundir esses grandes moinhos de martelo ou martelos trituradores, a Qiming Casting pesquisou martelos de liga de aço, que obviamente melhoram a vida útil.

Experiência de fabricação de martelos de liga de aço de 250 kg

Análise de Materiais

O projeto de composição da liga deve considerar totalmente o cumprimento dos requisitos de desempenho da liga. O princípio do projeto é garantir temperabilidade suficiente e alta dureza e tenacidade.

Elemento de carbono. O carbono é um elemento chave que afeta a microestrutura e o desempenho dos aços resistentes ao desgaste de baixa e média liga. Diferentes quantidades de carbono podem obter diferentes relações de combinação entre dureza e tenacidade. Ligas de baixo carbono têm maior tenacidade e baixa dureza, e ligas de alto carbono têm alta dureza e tenacidade insuficiente. Ligas de carbono têm maior dureza e boa tenacidade. Para obter maior tenacidade para atender às condições de uso de peças pesadas e grandes resistentes ao desgaste com maior força de impacto, a faixa de elementos de carbono é selecionada de 0.2 a 0.3%.
Elemento de silício. O silício desempenha um papel principalmente no fortalecimento da solução sólida no aço, mas um teor de Si muito alto aumentará a fragilidade do aço, de modo que seu conteúdo é de 0.2 a 0.4%.
Elemento de manganês. Por um lado, o manganês no aço desempenha um papel no fortalecimento da solução sólida, melhorando a resistência e dureza do aço e, por outro lado, melhorando a temperabilidade do aço, mas o manganês muito alto aumentará a quantidade de austenita retida, então o O teor de manganês é determinado como sendo 1.0 a 2.0%.
Elemento de cromo. O Cr desempenha um papel importante em aços fundidos de baixa liga e resistentes ao desgaste. O Cr pode ser parcialmente dissolvido na austenita para fortalecer a matriz sem reduzir a tenacidade, atrasar a transformação da austenita e aumentar a temperabilidade do aço. Uma combinação razoável de cromo, manganês e silício pode melhorar muito a temperabilidade. O Cr tem maior resistência ao revenido e pode uniformizar o desempenho da face da extremidade espessa. Portanto, seu conteúdo é de 1.5 a 2.0%.
Elemento de molibdênio. O molibdênio no aço pode efetivamente refinar a estrutura fundida, melhorar a uniformidade da seção, prevenir a ocorrência de fragilidade por têmpera, melhorar a estabilidade de têmpera do aço, melhorar a tenacidade ao impacto, aumentar significativamente a temperabilidade do aço e aumentar o resistência do aço, então seu conteúdo é de 0.1 a 0.3%.
Elemento de níquel. O níquel é o principal elemento de liga que forma e estabiliza a austenita. Adicionar uma certa quantidade de Ni pode melhorar a temperabilidade e fazer com que a estrutura retenha uma pequena quantidade de austenita retida em temperatura ambiente para melhorar sua tenacidade. Seu conteúdo é de 0.1 a 0.3%.
Elemento de cobre. O cobre não forma carbonetos e existe na matriz em um estado de solução sólida, o que pode melhorar a tenacidade do aço. Além disso, o Cu também tem função semelhante ao Ni, o que pode melhorar a temperabilidade e o potencial do eletrodo do substrato, além de aumentar a resistência à corrosão do aço. Isso é especialmente importante para peças resistentes ao desgaste que funcionam em condições de retificação úmida. A adição de Cu em ligas de aço é de 0.8 a 1.00%.
Vestigios. Adicionar oligoelementos ao aço resistente ao desgaste de baixa liga é uma das maneiras mais eficazes de melhorar seu desempenho. Ele pode refinar a estrutura fundida, purificar os contornos dos grãos, melhorar a morfologia e a distribuição de carbonetos e inclusões e fazer com que o aço resistente ao desgaste de baixa liga mantenha tenacidade suficiente.
Elemento de enxofre e fósforo. Enxofre e fósforo são elementos prejudiciais, que facilmente formam inclusões de contorno de grão no aço, aumentam a fragilidade do aço e aumentam a tendência de rachaduras das peças fundidas durante a fundição e o tratamento térmico. Portanto, tanto P quanto S devem ser menores que 0.04%.

Portanto, a composição química dos martelos de aço de liga conforme a tabela a seguir:

Composição química dos martelos de liga de aço (%)
Element	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	Cu	V, Ré	P	S
Conteúdo	0.2-0.3	0.2-0.4	1.0-2.0	1.5-2.0	0.1-0.3	0.1-0.3	0.8-1.0	traçar	<0.04	<0.04

Processo de produção

O processo de produção de martelos de aço-liga de 250 kg inclui processo de fusão, processo de fundição, processo de tratamento térmico e teste de desempenho.

Processo de fusão

O aço de liga foi fundido em um forno de indução de frequência intermediária 1t, e as ligas foram preparadas com matérias-primas como sucata de aço, ferro-gusa, ferrocromo de baixo carbono, ferromanganês, ferromolibdênio, níquel eletrolítico e ligas de terras raras. Após a fusão, amostras são retiradas para análise química na frente do forno e ligas são adicionadas de acordo com os resultados da análise. Quando a composição e a temperatura atingem os requisitos do forno, o alumínio é inserido e desoxidado; durante o processo de vazamento, Ti e V de terras raras são adicionados para modificação.

Processo de fundição

O processo de moldagem adota a fundição em areia. Depois que o aço fundido sair do forno, deixe-o parado na concha e, quando a temperatura cair para 1450 graus Celsius, comece a derramar. Para fazer com que o aço fundido preencha o molde de areia rapidamente, um sistema de passagem maior (20% maior do que o aço carbono comum) deve ser usado. Um método de solidificação sequencial é adotado, com ferro frio combinado com o riser, e um método de aquecimento externo é adotado no riser para melhorar o tempo de alimentação e a capacidade de alimentação do riser para obter uma estrutura fundida densa. O tamanho do grande martelo de aço-liga para vazamento é 700 mmx400 mmx120 mm e o peso de uma única peça é de 250 kg. Depois que a peça fundida é limpa, ela é recozida em alta temperatura e, em seguida, o tubo de vazamento é cortado.

Tratamento térmico

O processo de têmpera + revenido tratamento térmico é adotado, e para evitar a têmpera nos orifícios de montagem, a têmpera parcial é adotada. Um forno de resistência do tipo caixa é usado para aquecer as peças fundidas, a temperatura de austenitização é (900 ± 10) graus Celsius e a preservação do calor é de 5 h. Usando um líquido especial de extinção de vidro para água, a taxa de resfriamento fica entre a água e o óleo. Isso é muito benéfico para evitar rachaduras e deformação de têmpera, e este meio de têmpera tem baixo custo, segurança e praticidade. Após a têmpera, um processo de têmpera de baixa temperatura é usado, a temperatura de têmpera é (230 ± 10) graus Celsius e a preservação do calor é de 6 h.

Teste de performance

Medição de resistência. De acordo com as disposições do padrão nacional GB / T 22951994, a amostra de impacto tem um entalhe Charpy U padrão. Meça a energia de impacto da fratura da amostra na máquina de teste de resistência ao impacto do pêndulo JB5 e meça o tamanho da fratura por impacto da amostra com um micrômetro.
Medição de dureza. HR6150D O testador de dureza Rockwell é usado para medir a dureza Rockwell da amostra de acordo com o padrão nacional GB / T 23071991. A fim de testar a dureza da amostra, o valor de dureza da amostra de 10 mm * 10 mm * 120 mm tirada pelo EDM é medido em intervalos de 10 mm de uma extremidade à outra ao longo da direção do comprimento.
Medição de alongamento. De acordo com o padrão nacional GB / T 22881987 “Teste de tração de metal”, uma máquina de teste de tração de 5 t é usada, o comprimento de referência é 30 mm e a velocidade de tração padrão normal é 0.1 mm / s.

Resultados Experimentais e Análise

1. A curva TTT de liga de aço

A curva TTT do aço de liga é a seguinte imagem:

A curva TTT do aço de liga

Da curva TTT:

Há uma área de baía clara entre as curvas de transformação de ferrita de alta temperatura, perlita e bainita de média temperatura. A curva C que causa a transformação da perlita e a curva C da transformação da bainita são separadas uma da outra, apresentando o aparecimento de curvas C independentes, pertencentes ao tipo de dois “nariz”, e a região da bainita está mais próxima da curva S . Como esse aço contém elementos formadores de carboneto Cr, Mo, etc., esses elementos se dissolvem em austenita quando aquecidos, o que pode atrasar a decomposição da austenita super-resfriada e reduzir a taxa de decomposição. Ao mesmo tempo, eles também afetam a temperatura de decomposição da austenita sub-resfriada. Cr, Mo, etc. fazem com que a zona de transformação da perlita se mova para uma temperatura mais alta e diminua a temperatura de transformação da bainita. Desta forma, a curva de transformação da perlita e bainita está na curva TTT. Separação, há uma zona metaestável de austenita super-resfriada na parte do meio, que está entre 500 ℃ e 600 ℃.
A temperatura da ponta do nariz deste aço é cerca de 650 ℃, a zona de temperatura de transformação de ferrite é 625 ℃ -750 ℃, a zona de temperatura de transformação de perlita é 600 ℃ -700 ℃ e a zona de temperatura de transformação de bainita é 350 ℃ -500 ℃.
Na ponta do nariz a 650 ℃ na zona de transição de alta temperatura, o primeiro tempo de precipitação da ferrita é 612 s, o período de incubação mais curto da perlita é 7 270 s, e a 22 860 s, a quantidade de transformação da perlita chega a 50 %; aos 400s, o período de incubação para transformação em bainita é de cerca de 20 s; a 340 ° C, ocorre a transformação da martensita. Pode-se observar que este aço possui boa temperabilidade.

2. Propriedades mecânicas

Amostras são retiradas do corpo de martelos de aço de liga produzido experimentalmente e uma amostra de 10 mm * 10 mm * 120 mm de comprimento é cortada de fora para dentro com um corte linear, e a dureza é medida da superfície ao centro. As amostras 1 # e 2 # são amostradas da parte do corpo do martelo e as amostras 3 # são amostradas no orifício de montagem. Os resultados da medição de dureza são mostrados na tabela.

A dureza dos martelos de liga de aço
Amostra	Distância da superfície / mm					Média	Média Total
Amostra	5	15	25	35	45	Média	Média Total
1#	52	54.5	54.3	50	52	52.6	48.5
2#	54	48.2	47.3	48.5	46.2	48.8
3#	46	43.5	43.5	44.4	42.5	44

A partir da tabela de dureza, podemos saber:

A dureza HRC da parte do corpo do martelo (1 #) é maior que 48.8, enquanto a dureza da parte do orifício de montagem (3 #) é relativamente menor. O corpo do martelo é a principal parte de trabalho. A alta dureza do corpo do martelo pode garantir alta resistência ao desgaste; a baixa dureza do furo de montagem pode fornecer alta tenacidade. Isso satisfaz os diferentes requisitos de desempenho de diferentes partes. Se você olhar para uma única amostra, poderá descobrir que a dureza da superfície é geralmente maior do que a dureza do núcleo e a faixa de flutuação da dureza não é muito grande.

Propriedades mecânicas de martelos de liga de aço
item	1#	2#	3#
Resistência ao impacto / J * cm²	40.13	46.9	58.58
Resistência à tração / MPa	1548	1369	1350
% De alongamento	8	6.67	7
% De encolhimento	3.88	15	7.09

Os dados de resistência ao impacto, resistência à tração e alongamento das amostras são mostrados na tabela acima. Pode-se ver na tabela que a tenacidade ao impacto da falta em forma de U do martelo de espécimes Charpy está acima de 40 J / cm², e a tenacidade do orifício de montagem é a mais alta com 58.58 J / cm²; o alongamento das amostras interceptadas é> 6.6% e a resistência à tração está acima de 1360 MPa. Sua tenacidade plástica é mais combinada e é maior do que a tenacidade ao impacto (20-40 J / cm²) do aço comum de baixa liga. De modo geral, se a dureza for maior, a tenacidade diminuirá. Pode ser visto a partir dos resultados experimentais acima que esta lei está basicamente em linha.

Teste de Desgaste

Com o objetivo de estudar a resistência ao desgaste desta liga de aço, o ensaio de desgaste foi realizado na máquina de desgaste abrasivo com carga dinâmica MLD-10. As amostras de desgaste por impacto deste teste são feitas em amostras paralelepipédicas retangulares de 10 mm * 10 mm * 25 mm, e as amostras são colocadas em um sistema de desgaste abrasivo de três corpos, e martelos de aço manganês usado como uma amostra comparativa, todos sob as mesmas condições realizam teste de desgaste.

A energia de impacto é de 0.2 kg / m
O tempo de impacto é 1 hora
O número de impactos é 100 vezes / min
O tamanho da partícula da areia de quartzo usada é 8-10 mesh, e a taxa de fluxo é 120 kg / h

Para eliminar a influência do estado original da amostra nos resultados do ensaio de abrasão, triturar previamente a amostra meia hora antes do ensaio, limpar com acetona e pesar após a secagem; em seguida, use-o formalmente por 1 hora, lave, seque e pese; antes e depois do desgaste A diferença de qualidade é a quantidade absoluta de desgaste. O teste de abrasão foi repetido duas vezes. Pese a balança de precisão DT-100 e tire a média de 2 perdas de peso. Os resultados são mostrados na tabela abaixo:

Resultados do teste de desgaste
Item de amostra	Primeira vez	Roupa de segunda vez	Perda de peso média	Durabilidade	Coeficiente de desgaste relativo
Mn13	0.48063	0.40724	0.44394	2.25256	1.0
1#	0.32879	0.24499	0.28689	3.48566	1.55
2#	0.30906	0.34610	0.32758	3.05269	1.36
3#	0.46364	0.32143	0.39254	2.54751	1.13

Pode-se ver na tabela que, nas mesmas condições de desgaste, a resistência ao desgaste da peça de trabalho dos martelos de liga de aço é aumentada em mais de 1.55 vezes em comparação com os martelos de aço com alto teor de manganês comuns.

O aço com alto teor de manganês tem sido amplamente utilizado sob cargas de alto impacto. Sua excelente resistência ao desgaste se deve ao seu forte endurecimento por trabalho e excelente tenacidade proporcionada pela estrutura austenítica. Neste teste, a fraca resistência ao desgaste deve-se principalmente à pequena energia de impacto do teste e ao efeito insignificante de endurecimento por trabalho.

Para o aço, a ordem de influência da estrutura da matriz na resistência ao desgaste é: ferrita, perlita, bainita e martensita aumentam gradualmente. Como a martensita tem a dureza mais alta, a maior resistência ao desgaste pertence à martensita e à martensita temperada. Mas se a dureza for a mesma, a bainita inferior da transformação isotérmica é muito melhor do que a martensita temperada. A estrutura da matriz da amostra 1 # é principalmente martensita, com alta dureza e boa resistência ao desgaste.

A resistência ao desgaste dos martelos de liga de aço é obviamente diferente em diferentes posições. Isso porque quando o material é submetido a desgaste abrasivo por impacto, a taxa de desgaste é composta por duas partes, uma é o desgaste causado pelo mecanismo de corte e depende principalmente da dureza do material; Uma parte é o desgaste causado pelo mecanismo de fadiga, refletindo a tenacidade do material. Portanto, o desgaste por impacto está relacionado à dureza e tenacidade do material. A amostra 3 # tem a maior tenacidade, mas sua dureza é significativamente reduzida, o que reduz a resistência ao desgaste. 1 # amostra tem a melhor dureza, tenacidade média, melhor desempenho abrangente e melhor resistência ao desgaste. Em suma, na condição de desgaste abrasivo por impacto, para se obter alta resistência ao desgaste do aço, ele deve ter uma boa combinação de alta dureza e alta tenacidade.