проверка данных
Наш клиент из США приобрел 98 молотков для дробления марганца (Mn18) для своих вертикальных дробилок цемента. Через полгода эксплуатации некоторые детали сломались и вышли из строя. Клиент хочет, чтобы мы проанализировали причину поломки и предоставили оптимизированную продукцию.
Анализ рабочего состояния
Молоток дробилки является основным компонентом молотковой дробилки, и из-за тяжелых условий работы в дробилке, сталь с высоким содержанием марганца является наиболее подходящим металлическим материалом для молотка. Головка молотка дробилки цементного клинкера в основном изготовлена из стали с высоким содержанием марганца Mn18. В процессе затвердевания молота из высокомарганцовистой стали, когда сумма внутреннего напряжения, возникающего в результате усадки при охлаждении, и термического напряжения, возникающего из-за разницы температур внутри и снаружи отливки, превышает прочность зоны, подверженной напряжению, штраф в отливке появятся трещины. Эти мелкие трещины, с одной стороны, могут быть заполнены растворенными элементами, а с другой стороны, они могут вызывать скопление включений, которые образуют прерывистые зоны в стальной матрице. Эти трещины и их внутреннее заполнение невозможно устранить при водном закалке. В тяжелых и сложных условиях работы внутри дробилки направление и интенсивность воздействия на головку молота в процессе ее работы имеют определенную хаотичность, что приводит к постоянному расширению различий в характеристиках поверхностного наклепа и особенностях микроструктуры различных частей дробилки. молот. Кроме того, существующие мелкие трещины продолжают распространяться в процессе усталостного воздействия, что в конечном итоге приводит к авариям, таким как переломы или поломки молотком, что влияет на общий срок службы.
Проверка и анализ вышедших из строя молотков дробилок с высоким содержанием марганца.
Тестирование ингредиентов
Для проверки состава были взяты различные отливки, результаты представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Химический состав сломанного молотка Mn18 | |||||||||
Позиция | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ti |
поверхностный слой | 1.42 | 0.36 | 17.62 | 0.019 | 0.014 | 1.02 | 0.07 | 0.09 | 0.48 |
часть сердца | 1.45 | 0.38 | 18.21 | 0.019 | 0.016 | 1.02 | 0.03 | 0.09 | 0.51 |
В Таблице 1 можно заметить, что существует небольшая разница в составе между центральной областью и поверхностью, что объясняется сегрегацией во время процесса затвердевания. Хром является одним из элементов, добавляемых в сравнительно больших количествах в высокомарганцевую сталь, и его роль также вполне ясна. После обработки водной закалкой хром в основном растворяется в аустенитной фазе стали с высоким содержанием марганца, увеличивая предел текучести стали и ускоряя выделение карбидов во время охлаждения, что обычно приводит к непрерывному сетчатому распределению карбидов вдоль границ зерен. Сталь с высоким содержанием марганца и добавлением хрома демонстрирует повышенную износостойкость при сильном ударном истирании, что делает ее подходящей для отливок с молотком дробилки.
Титан относится к категории важнейших восстановителей в расплавленной стали. В высокоуглеродистой стали Mn18 с высоким содержанием азота он может соединяться с C и N с образованием осадков. Если частицы с высокой температурой плавления, такие как TiN и Ti(C, N), образуются до затвердевания, они могут действовать как места неспонтанного гетерогенного зародышеобразования аустенита, увеличивая количество зерен в единице объема и, таким образом, уменьшая размер зерен. Поэтому были проведены значительные исследования и практическое применение микролегирования титаном в стали с высоким содержанием марганца. В сталь Mn18, описанную в этой статье, на начальном этапе проектирования было добавлено около 0.5% титана.
Анализ поверхности раздела трещин молотков дробилок
Судя по таблице 2, ингредиенты достигают целевого диапазона оптимизации.
После завершения отливки молоток дробилки рассекается, организация которого показана на рисунке 6.
На рис. 6 показано, что после оптимизации как состава, так и процесса структура вблизи поверхности головки молотка становится более однородной. Размер зерен находится на уровне 2, тогда как зерна в центральной области имеют уровень примерно 1, демонстрируя отчетливые выделения по границам зерен. Однако выделения представляют собой в основном блочные карбиды, а длина игольчатых карбидов в основном находится в пределах 10 мкм, что указывает на соответствующее снижение содержания углерода. Добавление Mo в сочетании с Cr снижает общее количество выделений и оптимизирует их морфологию, что способствует стабильности границ зерен. Более того, среди выделений не наблюдалось агрегирования TiN-подобных блочных включений в пластины, что позволяет предположить, что неблагоприятные эффекты таких включений находятся в пределах контролируемого диапазона.
После 18 месяцев использования в этой партии дробильных молотков не было выявлено никаких разрушений, за исключением нормального износа на концах поверхности. Это свидетельствует о значительном улучшении внутреннего и внешнего качества молотков дробилок, приводящем к стабильному продлению срока их службы.
Заключение
- Растрескивание по границе зерна в поперечном сечении является непосредственной причиной молоткового разрушения Mn18, а основной причиной является выделение карбидов зернограничной сетки, вызванное недостаточной скоростью охлаждения.
- Если содержание Ti слишком велико, большое количество квадратного TiN будет выделяться и агрегироваться на границах зерен, что также уменьшит силу сцепления границ зерен и будет способствовать растрескиванию границ зерен под действием внешних сил.
- Использование композитного легирования Cr и Mo может уменьшить выделение карбидов по границам зерен, оптимизировать морфологию карбидов и значительно уменьшить выделение игольчатых карбидов увеличенного размера.
- Такие меры, как оптимизация процесса закалки воды на основе оптимизации состава, применяются для измельчения зерен молотка Mn18, контроля общего количества и формы выделений и, в конечном итоге, продления срока службы.
На основе анализа характеристик интерфейса излома, морфологии и металлографической структуры молотков марганцевых дробилок установлено, что причинами разрушения являются растрескивание по границам зерен, избыточное содержание Ti, а также необоснованные производственные процессы. За счет снижения содержания Ti, увеличения количества элемента Mo, изменения производственного процесса и других мер оптимизируются характеристики микроструктуры, общее количество и морфология осадков молотков дробилок Mn18, а также эффективно улучшаются цикл службы и стабильность головки молота.