Дизайн низьколегованих сталевих кульових млинів

Основна функція вкладиша кульового млина - захищати млин і використовувати опуклий пік вкладиша, щоб грати в м’яч для подрібнення та подрібнення матеріалу. Тому основним режимом відмови вкладиша є абразивний знос при багаторазовому впливі невеликої енергії. За умови абразивного зносу зносостійкість безпосередньо впливає на термін служби деталей, тому дослідження зносостійкості також є важливою технічною проблемою. Цей проект пропонується для руйнування гільзи в умовах абразивного зносу, і метою є поліпшення всебічних характеристик низьколегованої сталі, зносостійкого матеріалу за цих умов.

Низьколегована сталь Вкладиші кульового млина Аналіз матеріалів

Зносостійкі низьколеговані сталеві матеріали, як правило, містять легуючі елементи, такі як кремній, марганець, хром, молібден, нікель та ін зробити матеріал кращим зносостійким.

Вуглець: Вуглець є важливим елементом, який впливає на міцність, твердість, в'язкість, загартовуваність та зносостійкість литої сталі. Якщо вміст вуглецю занадто високий, твердість високовуглецевого мартенситу, що утворюється після термічної обробки, висока, але в'язкість низька, і тріщини легко утворюються при термічній обробці; якщо вміст вуглецю занадто низький, загартовуваність і твердість виливка погані, а зносостійкість погана. Враховуючи поєднання твердості та в'язкості, у цьому матеріалі було прийнято два різні вмісти вуглецю (масова частка, однакова нижче), яка становила 0.30% - 0.35% та 0.40% - 0.45% відповідно. Вивчено вплив двох вмістів вуглецю на мікроструктуру та властивості низьколегованої сталі.

Хром: Хром - один з основних елементів зносостійких матеріалів. Його основна функція - покращити загартовуваність сталі, зміцнити матрицю розчином, поліпшити стійкість сталі до окислення та підвищити стійкість до корозії. Хром і залізо утворюють суцільний твердий розчин і утворюють різноманітні сполуки з вуглецем. Складний карбід хрому суттєво впливає на властивості сталі, особливо на поліпшення зносостійкості. Cr і Fe утворюють інтерметалідну сполуку FeCr. Хром може суттєво підвищити загартовуваність сталі, але він також має тенденцію до підвищення температурної крихкості сталі. Хром покращує тендерну крихкість сталі і зменшує мартенситну точку мс сталі. Коли хром додають у чисте залізо та сталь, міцність та твердість можна покращити за певного вмісту хрому. Враховуючи вплив хрому на мікроструктуру та властивості сталі, вміст хрому становить 1.0% ~ 1.4%. Вплив хрому на мікроструктуру та властивості сталі спостерігається експериментально.

Нікель: Нікель і вуглець не утворюють карбідів. Вони є основними легуючими елементами для формування та стабілізації аустеніту. У цьому відношенні роль поступається лише вуглецю та азоту. Нікель та залізо існують у α-фазі та γ-фазі сталі у формі взаємної розчинності, що змушує їх зміцнюватися. За рахунок уточнення розміру зерен α-фази покращуються низькотемпературні властивості, особливо в'язкість сталі. Нікель може покращити загартовуваність сталі за рахунок зниження критичної температури перетворення та швидкості дифузії елементів у сталі. Деякі фізичні властивості сталі та сплаву можна значно покращити, коли вміст нікелю високий. Вплив нікелю на в'язкість, пластичність та інші технологічні властивості сталі менше, ніж вплив інших елементів сплаву. Крім того, оскільки нікель є рідкісним елементом і важливим стратегічним матеріалом, вміст нікелю встановлюється на рівні 0.4% на основі вищезазначених факторів.

Молібден: Молібден належить до елемента замкнутої γ-фазової області. Молібден існує у фазі твердого розчину, а фаза карбіду в сталі. У карбідній фазі, коли вміст Mo низький, він утворює композитний цементит із залізом та вуглецем; коли вміст високий, він утворює свій особливий карбід. Ефект молібдену в сталі можна узагальнити як покращення загартовуваності, підвищення теплової міцності, запобігання крихкості, підвищує залишковість та примусовість, покращує корозійну стійкість сплаву в деяких середовищах та запобігає тенденції корозії до піттингу. Молібден має твердий розчин, що зміцнює ефект на ферит і покращує стійкість карбідів, тому сприятливо впливає на міцність сталі. Вплив молібдену на темперування крихкості сталі досить складний. Як одиничний елемент сплаву, Mo підвищує температуру крихкості сталі, але коли вона співіснує з іншими елементами, такими як хром і марганець, молібден зменшує або пригнічує крихкість характеру, спричинену іншими елементами. Оскільки різний вміст молібдену може по-різному впливати на властивості сталі, ми вирішили обрати вміст молібдену в експерименті як 0.25% - 0.35% та 0.45% - 0.60%.

Марганець: Марганець є хорошим розкислювачем і сірчиться. Марганець і залізо утворюють твердий розчин, який покращує твердість і міцність фериту та аустеніту в сталі; водночас це карбідоутворюючий елемент, який надходить у цементит, замінюючи деякі атоми заліза. Марганець може вдосконалювати перліт і побічно покращувати міцність перлітової сталі, знижуючи критичну температуру перетворення. Марганець також може значно знизити температуру AR1 і швидкість розкладання аустеніту сталі. Марганець має значний вплив на підвищення міцності низько- та середньовуглецевих перлітових сталей. Однак, як легуючий елемент, марганець має свої недоліки. Коли вміст Mn вищий, розмір зерен сталі має тенденцію до огрубіння і підвищується чутливість до крихкості. Виробляти білі плями в сталі легко через неправильне охолодження після виплавки, лиття та кування. Враховуючи вплив марганцю на мікроструктуру та властивості сталі, вміст марганцю становить 1.1% ～ 1.4%.

Кремній: Кремній є одним із поширених елементів сталі. Як легуючий елемент вміст кремнію в сталі не повинен бути менше 0.40%. Кремній не утворює карбіду в сталі, але існує у фериті або аустеніті у вигляді твердого розчину. Це покращує міцність твердого розчину в сталі, а його швидкість деформаційного твердіння при холодній роботі дуже сильна, поступаючись лише фосфору, але також певною мірою знижує в'язкість і пластичність сталі. Якщо вміст кремнію перевищує 3%, пластичність, в'язкість і пластичність сталі значно зменшаться. Кремній може покращити межу пружності, межу текучості, коефіцієнт текучості, втомну міцність і коефіцієнт втоми сталі. Кремній може підвищити температури відпалу, нормалізації та гарту сталі, зменшити швидкість дифузії вуглецю у фериті та підвищити стабільність відпуску сталі. Враховуючи вплив кремнію на властивості та мікроструктуру сталі, діапазон вмісту кремнію становить 1.1% - 1.4%.

Рідкісна земля: Є дві основні функції рідкісної землі в сталі, одна - очищення, а інша - легування. Re може покращити литу мікроструктуру, уточнити розмір зерен, очистити розплавлену сталь, модифікувати неметалічні включення, поліпшити їх морфологію та розподіл і відігравати роль у мікролегуванні. Покращують в'язкість і ливарні властивості (стійкість до гарячого розтріскування і плинність), покращують міцність. Однак через невизначеність способу та кількості додавання, якщо вміст рідкісних земель занадто великий, це може негативно позначитися на властивостях сталі. Отже, вміст рідкісних земель у цьому матеріалі визначено 0.04% - 0.06%.

Бор: Найвизначніша функція бору в сталі полягає в тому, що загартовуваність сталі може бути збільшена невеликою кількістю бору (0.001%). Коли вміст бору перевищує 0.007%, це призведе до гарячого крихкості сталі. Отже, вміст бору в цьому матеріалі визначається як 0.003%.

Основні елементи експериментальних матеріалів були відібрані згідно з вищезазначеним аналізом. Вміст вуглецю в зразках №1 та №2 становить 0.30% - 0.35%, а вміст молібдену - 0.25% - 0.35%; вміст вуглецю в зразках №3 та №4 становить 0.40% - 0.45%, а вміст молібдену - 0.45% - 0.60%.

Процес лиття вкладишів кульових млинів із низьколегованої сталі

У цьому експерименті для плавки використовується індукційна піч середньої частоти потужністю 50 кВт. Для зменшення окислення шихти в печі слід уникати перемішування розплавленого металу, наскільки це можливо. На пізнішому етапі виплавки блок подачі не повинен бути занадто великим і повинен бути висушений до певної температури, щоб запобігти розбризкуванню в горловині печі. Послідовність подачі - сталь брухту, чавун → нікелева пластина, феррохром, феромолібден → феросиліцій, феромарганець → рідкісноземельний феросиліцій і, нарешті, додавання алюмінію для розкислення.

Після сухого перемішування протягом 2-3 хв формуючий пісок змішували з водою та склом протягом 4-6 хв. Після виготовлення форми прес-форму затвердівають продуванням вуглекислого газу (тиск продувки 0.15-0.25 МПа, час продувки 1-2 хв). Перед заливкою піщану форму та сплав попередньо розігрівають у печі та зберігають сухими. Температура попереднього нагрівання становить близько 100 ℃.

Низьколеговані сталеві кулькові млини вкладиші термічної обробки

Властивості литих матеріалів повинні бути належним чином термічно оброблені. У фактичних робочих умовах слід отримати мартенситну структуру з високою твердістю, високою міцністю та хорошою в'язкістю, а також застосовувати процес термообробки загартування та відпустки. Неостиглий аустеніт з низьколегованої зносостійкої сталі є відносно стабільним, а швидкість охолодження масла в зоні низьких температур набагато менша, ніж води, тому масло є найбільш підходящим середовищем для гарту. Відпуск полягає у зменшенні або усуненні залишкових напружень, спричинених гартуванням, поліпшенні пластичності та в'язкості матеріалу, зменшенні його крихкості та отриманні відповідного поєднання пластичності, в'язкості та твердості. Отже, температури гартування 850, 880, 910 та 930 ℃ вибираються протягом 1 год. Температура відпуску становить 200, 230, 260 і 290 ℃, а час витримки - 2 год.

Випробування продуктивності вкладишів кульових млинів із низьколегованої сталі

Твердість зразків вимірювали за допомогою тестера твердості hr-150 Rockwell, а мікроструктуру спостерігали за допомогою металографічного мікроскопа Olympus BH-2.

З таблиці 1 видно, що значення твердості зразків №1 та №2 майже однакові, але зі збільшенням вмісту вуглецю твердість зразків №3 та №4 очевидно зростає.

Рис.1 Твердість зразка №1 при різних температурах термообробки

З рис. 1 видно, що на кожній кривій температури загартування із збільшенням температури відпуску значення твердості зразка №1 в основному демонструє тенденцію до зниження, але діапазон зниження не дуже великий, а тенденція до зниження відносно ніжний; на кривій ударної в'язкості зі збільшенням температури загартування величина зменшується, але зі збільшенням температури загартування її величина зростає. Зі збільшенням температури відпуску вміст вуглецю, вміст легуючих елементів, щільність дислокацій та число подвійних зв’язків у мартенситній матриці зменшуються, тому кількість зміцнення також зменшується, отже твердість зменшується. Зі збільшенням температури відпуску відбувається перекристалізація матриці та огрубіння та сфероїдування точки карбіду. Оскільки сфероїдизація карбіду зменшує відстань ковзання дислокації і робить відстань ковзання коротшим, дислокація не може їх скоротити, тому в'язкість демонструє тенденцію до зростання.

Рис.2 Мікроструктура литого зразка №1 та №3

З рис. 2 видно, що мікроструктура зразків №1 та №3 є перлітовою。

Рис.3 Мікроструктура зразків №1 та №3 після термічної обробки

На малюнку 3 показана металографічна структура зразка після гартування при 910 ℃ і відпуску при 230 ℃. Видно, що мікроструктурою та матрицею двох видів зразків є мартензит із планки. Мікроструктура зразка рівномірна, а розмір зерен тонкий.

З таблиці 2 видно, що зі збільшенням твердості зносостійкість зразків №1 - №4 збільшується в свою чергу. Отже, можна зробити висновок, що втрата матеріалів на знос безпосередньо пов’язана з твердістю матеріалів. Чим вища твердість, тим менша втрата ваги, тим краща зносостійкість матеріалів. Крім того, дисперсні карбіди в матриці також сприяють зносостійкості матеріалів, але ефект менший, ніж ефект твердості, через невелику кількість осаджених карбідів.

результати

• Вкладиші кульових млинів із низьколегованої сталі, що вивчаються в цій роботі, мають високу загартовуваність і високу стабільність відпуску.
• Після загартування при 850-930 ℃ і відпуску при 200-290 ℃ отримують тонко загартовану планку мартенситу, завдяки якій сталь має високу міцність, високу в'язкість і високу зносостійкість.
• Чим вища твердість, тим менша втрата ваги, тим краща зносостійкість.

Про автора:

Китайський виробник вкладишів млина, Qiming Machinery є лідером у проектуванні, виробництві та постачанні фрезерних вкладишів для переробки корисних копалин та кар’єрної промисловості. Він пропонує клієнтам комплексні рішення для зносу на заводах, що підвищують продуктивність, доступність обладнання та знижують витрати на обслуговування. Його вкладиші для млинів також перевірені на стійкість до рівня кислотності різних елементів, які можуть бути присутніми в процесі фрезерування. Більший термін служби фрези на вашому верстаті означає менше витрат і більший прибуток або прибуток для вашої компанії.