Højt manganstål anvendes i vid udstrækning til støbning af små hamre (normalt mindre end 90 kg). Imidlertid er manganstål ikke egnet til hammere til genbrug af metal (normalt ca. 200 kg - 500 kg). Vores støberi bruger lavlegeret stål til støbning af store shredderhamre.
Valg af stållegulator med lav legering af hammermateriale
Legeringens sammensætningsdesign skal overveje fuldt ud at opfylde legeringens ydelseskrav. Designprincippet er at sikre tilstrækkelig hærdbarhed og høj hårdhed og sejhed. Den indre belastning af bainit er generelt lavere end for martensit, og slidmodstanden for bainit er bedre end martensit med samme hårdhed. Sammensætningen af legeret stål som følger:
Kulstofelement. Kulstof er nøgleelementet, der påvirker mikrostrukturen og egenskaberne ved slidstærkt stål med lav og medium legering. Forskelligt kulstofindhold kan opnå et andet matchende forhold mellem hårdhed og sejhed. Legering med lavt kulstofindhold har højere sejhed, men lavere hårdhed, legering med højt kulstofindhold har høj hårdhed, men utilstrækkelig sejhed, mens medium kulstoflegering har høj hårdhed og god sejhed. For at opnå høj sejhed til at imødekomme servicevilkårene for store og tykke slidbestandige dele med stor slagkraft er området med kulstofstål 0.2 ~ 0.3%.
Si Element. Si spiller hovedsagelig en rolle som løsningsstyrkning i stål, men for høj Si vil øge skørheden af stål, så dets indhold er 0.2 ~ 0.4%.
Mn element. Kina er rig på manganressourcer og lav i pris, så det er blevet det vigtigste additivelement af slidstærkt stål med lav legering. På den ene side spiller mangan i stålet rollen som løsningsstyrkning for at forbedre stålets styrke og hårdhed, og på den anden side forbedrer det stålets hærdbarhed. Imidlertid vil overdreven mangan øge det tilbageholdte austenitvolumen, så manganindholdet bestemmes til at være 1.0-2.0%.
Cr element. Cr spiller en førende rolle i slidbestandigt støbt stål med lav legering. Cr kan delvist opløses i austenit for at styrke matrixen uden at reducere sejheden, udskyde transformationen af underafkølet austenit og øge stålets hærdbarhed, især når den kombineres korrekt med mangan og silicium, kan hærdbarheden forbedres betydeligt. Cr har højere modstandsdygtighed over for hærdning og kan gøre egenskaberne af den tykke ende ansigt ensartet. så bestemmes Cr-indholdet til 1.5-2.0%.
Mo Element. Mo kan effektivt forfine den støbte mikrostruktur, forbedre ensartetheden af tværsnittet, forhindre forekomsten af temperamentskørhed, forbedre hærdningsstabiliteten og slagstyrken af stål. Resultaterne viser, at hærdbarheden af stål forbedres betydeligt, og stålets styrke og hårdhed kan forbedres. På grund af den høje pris kontrolleres tillægsmængden af Mo imidlertid mellem 0.1-0.3% i henhold til størrelsen og vægtykkelsen af delene.
Ni Element. Ni er det vigtigste legeringselement til dannelse og stabilisering af austenit. Tilsætning af en vis mængde Ni kan forbedre hærdbarheden og få mikrostrukturen til at bevare en lille mængde tilbageholdt austenit ved stuetemperatur for at forbedre dens sejhed. Men prisen på Ni er meget høj, og indholdet af tilsat Ni er 0.1 - 0.3%.
Cu -element. Cu danner ikke carbider og findes i matricen som en fast opløsning, som kan forbedre stålets sejhed. Derudover har Cu en lignende virkning som Ni, hvilket kan forbedre hærdbarheden og elektrodepotentialet i matrixen og øge stålets korrosionsbestandighed. Dette er især vigtigt for slidstærke dele, der arbejder under våde slibningsforhold. Tilsætningen af Cu i slidstærkt stål er 0.8-1.00%.
Sporstof. Tilføjelse af sporelementer i slidstærkt stål med lavt legering er en af de mest effektive metoder til at forbedre dets egenskaber. Det kan forfine støbt mikrostruktur, rense korngrænser, forbedre morfologien og fordelingen af carbider og indeslutninger og opretholde tilstrækkelig sejhed af slidstærkt stål med lav legering.
SP Element. De er skadelige elementer, der let danner korngrænseindeslutninger i stål, øger stålets skørhed og øger støbningens revnedannelse under støbning og varmebehandling. Derfor kræves det, at P og s er mindre end 0.04%.
Så den kemiske sammensætning af slidbestandigt legeret stål er vist i følgende tabel:
Tabel: Kemisk sammensætning til slidbestandigt stål i legeringer | ||||||||
Element | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | V.RE |
Indhold | 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 | Sjælden |
Smeltningsproces
Råmaterialerne blev smeltet i en 1 T induktionsovn med medium frekvens. Legeringen blev fremstillet af skrotstål, svinejern, ferrochrom med lavt kulstofindhold, ferromangan, ferromolybdæn, elektrolytisk nikkel og sjælden jordlegering. Efter smeltning tages prøver til kemisk analyse før ovnen, og legeringen tilsættes i henhold til analyseresultaterne. Når sammensætningen og temperaturen opfylder kravene til aftapning, indsættes aluminium for at afgifte; under tappeprocessen tilsættes sjældne jordarter Ti og V til modifikation.
Hældning & støbning
Sandstøbningsstøbning bruges i støbeprocessen. Når det smeltede stål er udledt fra ovnen, anbringes det i skovlen. Når temperaturen falder til 1 450 ℃, begynder hældningen. For at få det smeltede stål til at fylde sandformen hurtigt, bør der anvendes et større gatesystem (20% større end almindeligt kulstofstål). For at forbedre stigerørens fodringstid og fodringsevne anvendes det kolde jern til at matche stigrøret, og den eksterne opvarmningsmetode vedtages for at opnå den tætte støbte struktur. Størrelsen på den hældende store makuleringshammer er 700 mm * 400 mm * 120 mm, og vægten af et enkelt stykke er 250 kg. Efter at støbningen er renset, udføres hærdning ved høj temperatur, og derefter skæres porten og stigrøret.
Varmebehandling
Sluknings- og hærdningsbehandlingsprocessen vedtages. For at forhindre slukkende revne ved installationshullet vedtages den lokale slukningsmetode. Kassetypenes modstandsovne blev brugt til at opvarme støbningen, den austeniserende temperatur var (900 ± 10 ℃), og holdetiden var 5 timer. Kølehastigheden for den specielle vandglasdæmper er mellem vand og olie. Det er meget gavnligt at forhindre slukkende revner og slukkende deformationer, og slukkemediet har lave omkostninger, god sikkerhed og gennemførlighed. Efter slukning vedtages tempereringsprocessen ved lav temperatur, tempereringstemperaturen er (230 ± 10) ℃ og holdetiden er 6 timer.
Kvalitetskontrol
De vigtigste kritiske punkter i stål blev målt ved hjælp af optisk dilatometer dt1000, og den isotermiske transformationskurve for underafkølet austenit blev målt ved den metallografiske hårdhedsmetode.
Fra TTT-kurvelinjen kan vi vide:
- Der er tydelige bugteregioner mellem transformationskurverne for højtemperaturferrit, perlit og medium temperatur bainit. C-kurven for perlittransformation er adskilt fra den for bainittransformation, hvilket viser udseendeloven for uafhængig C-kurve, som hører til to "næse" -typen, mens bainitområdet er tættere på S-kurven. Da stålet indeholder karbiddannende elementer Cr, Mo osv., Opløses disse elementer i austenit under opvarmning, hvilket kan forsinke nedbrydningen af underafkølet austenit og reducere dets nedbrydningshastighed. På samme tid påvirker de også nedbrydningstemperaturen for underkølet austenit. Cr og Mo får perletransformationszonen til at bevæge sig til en højere temperatur og sænke bainittransformationstemperaturen. På denne måde adskilles transformationskurven for perlit og bainit i TTT-kurven, og en underafkølet austenitmetastabil zone vises i midten, hvilket er ca. 500-600 ℃.
- Næsetipstemperaturen på stålet er omkring 650 ℃, ferritovergangstemperaturområdet er 625-750 ℃, perlittransformationstemperaturområdet er 600-700 ℃, og bainit-transformationstemperaturområdet er 350-500 ℃.
- I transformationsområdet ved høj temperatur er den tidligste tid til at udfælde ferrit 612 s, den korteste inkubationsperiode for perlit er 7 270 s, og transformationsmængden af perlit når 50% ved 22 860 s; inkubationsperioden for bainit-transformation er ca. 20 s ved 400 ℃ og martensit-transformation finder sted, når temperaturen er under 340 ℃. Det kan ses, at stålet har god hærdbarhed.
Hammer mekanisk egenskab med lavt legeringsstål
Prøver blev taget fra forsøget produceret en stor shredderhammerlegeme, og en 10 mm * 10 mm * 20 mm strimmelprøve blev skåret ved trådskæring udefra og indefra, og hårdheden blev målt fra overfladen til midten. Prøveudtagningspositionen er vist i fig. 2. # 1 og # 2 tages fra shredderhammerlegemet, og # 3 tages ved installationshullet. Resultaterne af hårdhedsmålingen er vist i tabel 2.
Tabel 2: Shredderhammernes hårdhed | |||||||
Prøver | Afstand fra overflade / mm | Gennemsnit | Samlet gennemsnit | ||||
5 | 15 | 25 | 35 | 45 | |||
#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 |
Det kan ses fra tabel 2, at hårdhed HRC af hammerlegemet (# 1) er større end 48.8, mens hårdheden af monteringshullet (# 3) er relativt lavere. Hammerlegemet er den vigtigste arbejdsdel. Hammerlegemets høje hårdhed kan sikre høj slidstyrke; monteringshullets lave hårdhed kan give høj sejhed. På denne måde er de forskellige ydelseskrav for forskellige dele opfyldt. Fra en enkelt prøve kan det konstateres, at overfladehårdheden generelt er højere end kernehårdheden, og hårdhedsudsvingningsområdet ikke er meget stort.
Mekaniske egenskaber ved legeringshammeren | |||
Vare | #1 | #2 | #3 |
slagfasthed (J · cm * cm) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
trækstyrke / MPa | 1548 | 1369 | / |
strækbarhed /% | 8 | 6.67 | 7 |
Reduktion af areal /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Dataene for slagfasthed, trækstyrke og forlængelse er vist i tabel 3. Det kan ses af tabel 3, at slagstyrken for den U-formede Charpy-prøve af hammeren er over 40 J / cm2 og den højeste sejhed af monteringshullet er 58.58 J / cm * cm; forlængelsen af de opfangede prøver er mere end 6.6%, og trækstyrken er mere end 1360 MPa. Stålets slagstyrke er højere end det almindelige lavlegerede stål (20-40 J / cm2). Generelt set vil hårdheden blive mindre, hvis hårdheden er højere. Fra ovenstående eksperimentelle resultater kan det ses, at denne regel dybest set er i tråd med den.
mikrostruktur
Mikrostruktur en lille prøve blev skåret fra den ødelagte ende af stødprøven, og derefter blev den metallografiske prøve fremstillet ved formaling, formaling og polering. Fordelingen af indeslutninger blev observeret under betingelse af ingen erosion, og matrixstrukturen blev observeret efter erodering med 4% salpetersyrealkohol. Flere typiske strukturer af legeringshammere er vist i fig. 3.
Fig. 3A viser morfologien og fordelingen af indeslutninger i stålet. Det kan ses, at antallet og størrelsen af indeslutninger er relativt små uden krympekavitet, krympeporøsitet og porøsitet. Fra figur 3b, C, D og E kan det ses, at både nær overflade og nær centerposition
Resultaterne viser, at den hærdede struktur opnås fra overfladen til midten, og at der opnås tilstrækkelig hærdbarhed. Mikrostrukturen nær centrum er grovere end den ved overfladen, fordi kernen er det endelige størkningssted, kølehastigheden er langsom og kornene er lette at dyrke.
Matrixen i fig. 3b og C er lath martensit med ensartet fordeling. Listerne i fig. 3b er relativt små, og listerne i fig. 3C er relativt tykke, og nogle af dem er arrangeret i en vinkel på 120 °. Resultaterne viser, at stigningen i martensit efter quenching ved 900 ℃ hovedsagelig er baseret på det faktum, at stålets kornstørrelse stiger hurtigt efter quenching ved 900 ℃. Fig. 3D og e viser fin martensit og nedre bainit med en lille mængde lille og granulær ferrit. Det hvide område er standset martensit, som er relativt korrosionsbestandigt end bainit, så farven er lysere; den sorte nållignende struktur er lavere bainit; den sorte plet er indeslutninger.
Da shredderhammerens installationshul afkøles i luft og slukketemperaturen er lav, kan ferritet ikke opløses helt i matricen. Derfor forbliver en lille mængde ferrit i martensitmatrixen i form af små stykker og partikler, hvilket fører til faldet i hårdhed.
Resultater
Efter støbning sendte vi to sæt shredderhamre til vores kunde, et sæt slidbestandige hammerlegeringer i legering, et sæt shredderhamre af manganstål. Baseret på kundefeedback har den slidbestandige stål shredderhamre i legering levetiden 1.6 gange mere end hammer til mangan shredder.