Beim Gießen von Hämmern mit geringem Gewicht (normalerweise unter 90 kg) wird häufig Manganstahl verwendet. Für Metallrecycling-Schredderhämmer (normalerweise mit einem Gewicht von etwa 200 bis 500 kg) ist Manganstahl jedoch nicht geeignet. Unsere Gießerei verwendet niedriglegierten Stahl zum Gießen großer Schredderhämmer.
Auswahl von Materialelementen aus niedriglegiertem Stahlschredderhammer
Bei der Konstruktion der Legierungszusammensetzung müssen die Leistungsanforderungen der Legierung vollständig berücksichtigt werden. Das Konstruktionsprinzip besteht darin, eine ausreichende Härtbarkeit sowie eine hohe Härte und Zähigkeit sicherzustellen. Die innere Spannung von Bainit ist im Allgemeinen geringer als die von Martensit, und die Verschleißfestigkeit von Bainit ist bei gleicher Härte besser als die von Martensit. Die Zusammensetzung des legierten Stahls ist wie folgt:
Kohlenstoffelement. Kohlenstoff ist das Schlüsselelement, das die Mikrostruktur und die Eigenschaften von verschleißfestem Stahl mit niedriger und mittlerer Legierung beeinflusst. Unterschiedlicher Kohlenstoffgehalt kann eine unterschiedliche passende Beziehung zwischen Härte und Zähigkeit erhalten. Eine kohlenstoffarme Legierung hat eine höhere Zähigkeit, aber eine geringere Härte, eine kohlenstoffarme Legierung hat eine hohe Härte, aber eine unzureichende Zähigkeit, während eine mittelkohlenstoffhaltige Legierung eine hohe Härte und eine gute Zähigkeit aufweist. Um eine hohe Zähigkeit zu erhalten, um die Betriebsbedingungen von großen und dicken verschleißfesten Teilen mit großer Schlagkraft zu erfüllen, beträgt der Bereich von kohlenstoffarmem Stahl 0.2 bis 0.3%.
Si-Element. Si spielt hauptsächlich eine Rolle bei der Lösungsverfestigung in Stahl, aber zu hohes Si erhöht die Sprödigkeit von Stahl, so dass sein Gehalt 0.2 bis 0.4% beträgt.
Mn-Element. China ist reich an Manganressourcen und preisgünstig. Daher ist es das Hauptadditivelement für niedriglegierten verschleißfesten Stahl. Einerseits spielt Mangan im Stahl die Rolle der Lösungsverstärkung, um die Festigkeit und Härte des Stahls zu verbessern, und andererseits verbessert es die Härtbarkeit des Stahls. Übermäßiges Mangan erhöht jedoch das Restaustenitvolumen, so dass der Mangangehalt zu 1.0 bis 2.0% bestimmt wird.
Cr-Element. Cr spielt eine führende Rolle bei niedriglegiertem verschleißfestem Gussstahl. Cr kann teilweise in Austenit gelöst werden, um die Matrix zu verstärken, ohne die Zähigkeit zu verringern, die Umwandlung von unterkühltem Austenit zu verschieben und die Härtbarkeit von Stahl zu erhöhen, insbesondere wenn es richtig mit Mangan und Silizium kombiniert wird, kann die Härtbarkeit stark verbessert werden. Cr hat eine höhere Anlaufbeständigkeit und kann die Eigenschaften einer dicken Stirnfläche gleichmäßig machen. so wird der Cr-Gehalt zu 1.5-2.0% bestimmt.
Mo-Element. Mo kann die Mikrostruktur im Gusszustand effektiv verfeinern, die Gleichmäßigkeit des Querschnitts verbessern, das Auftreten von Sprödigkeit beim Tempern verhindern, die Temperierstabilität verbessern und die Schlagzähigkeit von Stahl verbessern. Die Ergebnisse zeigen, dass die Härtbarkeit von Stahl signifikant verbessert wird und die Festigkeit und Härte des Stahls verbessert werden kann. Aufgrund des hohen Preises wird die Zugabemenge von Mo jedoch je nach Größe und Wandstärke der Teile zwischen 0.1 und 0.3% geregelt.
Ni-Element. Ni ist das Hauptlegierungselement zur Bildung und Stabilisierung von Austenit. Das Hinzufügen einer bestimmten Menge Ni kann die Härtbarkeit verbessern und die Mikrostruktur dazu bringen, eine kleine Menge zurückgehaltenen Austenits bei Raumtemperatur zurückzuhalten, um ihre Zähigkeit zu verbessern. Der Preis für Ni ist jedoch sehr hoch und der Gehalt an zugesetztem Ni beträgt 0.1 bis 0.3%.
Cu-Element. Cu bildet keine Carbide und liegt in der Matrix als feste Lösung vor, die die Zähigkeit von Stahl verbessern kann. Darüber hinaus hat Cu eine ähnliche Wirkung wie Ni, was die Härtbarkeit und das Elektrodenpotential der Matrix verbessern und die Korrosionsbeständigkeit von Stahl erhöhen kann. Dies ist besonders wichtig für verschleißfeste Teile, die unter Nassschleifbedingungen arbeiten. Der Zusatz von Cu in verschleißfestem Stahl beträgt 0.8-1.00%.
Spurenelement. Das Hinzufügen von Spurenelementen zu verschleißfestem Stahl mit geringer Legierung ist eine der effektivsten Methoden zur Verbesserung seiner Eigenschaften. Es kann die Mikrostruktur im Gusszustand verfeinern, Korngrenzen reinigen, die Morphologie und Verteilung von Carbiden und Einschlüssen verbessern und eine ausreichende Zähigkeit von niedriglegiertem verschleißfestem Stahl aufrechterhalten.
SP-Element. Sie sind schädliche Elemente, die leicht Korngrenzeneinschlüsse in Stahl bilden, die Sprödigkeit von Stahl erhöhen und die Rissneigung von Gussteilen während des Gießens und der Wärmebehandlung erhöhen. Daher müssen P und s weniger als 0.04% betragen.
Die chemische Zusammensetzung für legierungsverschleißfesten Stahl ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Tabelle: Chemische Zusammensetzung für legierungsverschleißfesten Stahl | ||||||||
Element | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | V.RE. |
Inhalt | 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 | Selten |
Schmelzprozess
Die Rohstoffe wurden in einem 1 T-Mittelfrequenz-Induktionsofen geschmolzen. Die Legierung wurde aus Stahlschrott, Roheisen, kohlenstoffarmem Ferrochrom, Ferromangan, Ferromolybdän, elektrolytischem Nickel und einer Seltenerdlegierung hergestellt. Nach dem Schmelzen werden vor dem Ofen Proben zur chemischen Analyse entnommen und die Legierung gemäß den Analyseergebnissen zugegeben. Wenn die Zusammensetzung und die Temperatur die Anforderungen des Gewindeschneidens erfüllen, wird Aluminium zur Desoxidation eingesetzt; Während des Gewindeschneidvorgangs werden Seltenerd-Ti und -V zur Modifikation hinzugefügt.
Gießen & Gießen
Beim Formen wird Sandformguss verwendet. Nachdem die Stahlschmelze aus dem Ofen entladen wurde, wird sie in die Pfanne gegeben. Wenn die Temperatur auf 1 450 ° C abfällt, beginnt das Gießen. Damit der geschmolzene Stahl die Sandform schnell füllt, sollte ein größeres Angusssystem (20% größer als das von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl) verwendet werden. Um die Vorschubzeit und die Vorschubfähigkeit des Steigrohrs zu verbessern, wird das kalte Eisen passend zum Steigrohr verwendet und das externe Heizverfahren angewendet, um die dichte Gussstruktur zu erhalten. Die Größe des gießenden großen Zerkleinerungshammers beträgt 700 mm * 400 mm * 120 mm, und das Gewicht eines einzelnen Stücks beträgt 250 kg. Nach dem Reinigen des Gussstücks wird ein Hochtemperaturglühen durchgeführt, und dann werden das Tor und das Steigrohr geschnitten.
Wärmebehandlung
Das Abschreck- und Anlasswärmebehandlungsverfahren wird angewendet. Um den Abschreckriss am Installationsloch zu verhindern, wird das lokale Abschreckverfahren angewendet. Der kastenförmige Widerstandsofen wurde zum Erhitzen des Gussstücks verwendet, die Austenitisierungstemperatur betrug (900 ± 10 ° C) und die Haltezeit betrug 5 h. Die Abkühlrate des speziellen Wasserglaslöschmittels liegt zwischen Wasser und Öl. Es ist sehr vorteilhaft, einen Abschreckriss und eine Abschreckverformung zu verhindern, und das Abschreckmedium weist geringe Kosten, gute Sicherheit und Praktikabilität auf. Nach dem Abschrecken wird der Niedertemperatur-Anlassprozess angewendet, die Anlasstemperatur beträgt (230 ± 10) ℃ und die Haltezeit beträgt 6 h.
Qualitätskontrolle
Die wichtigsten kritischen Punkte von Stahl wurden mit dem optischen Dilatometer dt1000 gemessen, und die isotherme Transformationskurve von unterkühltem Austenit wurde mit der metallografischen Härte gemessen.
Aus der TTT-Kurvenlinie können wir Folgendes erkennen:
- Es gibt offensichtliche Bay-Regionen zwischen den Transformationskurven von Hochtemperaturferrit, Perlit und Mitteltemperaturbainit. Die C-Kurve der Perlittransformation ist von der der Bainittransformation getrennt und zeigt das Erscheinungsgesetz der unabhängigen C-Kurve, die zu zwei "Nasen" -Typen gehört, während der Bainitbereich näher an der S-Kurve liegt. Da der Stahl karbidbildende Elemente Cr, Mo usw. enthält, lösen sich diese Elemente beim Erhitzen in Austenit auf, was die Zersetzung von unterkühltem Austenit verzögern und seine Zersetzungsrate verringern kann. Gleichzeitig beeinflussen sie auch die Zersetzungstemperatur von unterkühltem Austenit. Cr und Mo bewirken, dass sich die Perlitumwandlungszone auf eine höhere Temperatur bewegt und die Bainitumwandlungstemperatur senkt. Auf diese Weise wird die Transformationskurve von Perlit und Bainit in der TTT-Kurve getrennt, und in der Mitte erscheint eine unterkühlte austenitmetastabile Zone, die etwa 500-600 is beträgt.
- Die Nasenspitzentemperatur des Stahls beträgt etwa 650 ° C, der Ferritübergangstemperaturbereich beträgt 625–750 ° C, der Perlitumwandlungstemperaturbereich beträgt 600–700 ° C und der Bainitumwandlungstemperaturbereich beträgt 350–500 ° C.
- Im Hochtemperatur-Transformationsbereich beträgt die früheste Zeit zur Ausfällung von Ferrit 612 s, die kürzeste Inkubationszeit von Perlit beträgt 7 270 s und die Transformationsmenge von Perlit erreicht 50% bei 22 860 s; Die Inkubationszeit der Bainitumwandlung beträgt etwa 20 s bei 400 ° C und die Martensitumwandlung erfolgt, wenn die Temperatur unter 340 ° C liegt. Es ist ersichtlich, dass der Stahl eine gute Härtbarkeit aufweist.
Mechanische Eigenschaft von Schredderhammer aus niedriglegiertem Stahl
Es wurden Proben aus dem Versuch genommen, einen großen Schredderhammerkörper herzustellen, und eine Streifenprobe von 10 mm × 10 mm × 20 mm wurde durch Drahtschneiden von außen nach innen geschnitten und die Härte wurde von der Oberfläche zur Mitte gemessen. Die Probenahmeposition ist in Abb. 2 gezeigt. #1 und #2 werden vom Schredderhammerkörper genommen und #3 werden von der Installationsöffnung genommen. Die Ergebnisse der Härtemessung sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2: Härte der Schredderhämmer | |||||||
Muster | Abstand von der Oberfläche / mm | Durchschnittlich | Gesamtdurchschnitt | ||||
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 |
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Härte HRC des Hammerkörpers (Nr. 1) größer als 48.8 ist, während die Härte des Befestigungslochs (Nr. 3) relativ geringer ist. Der Hammerkörper ist das Hauptarbeitsteil. Die hohe Härte des Hammerkörpers kann eine hohe Verschleißfestigkeit gewährleisten; Die geringe Härte des Befestigungslochs kann für eine hohe Zähigkeit sorgen. Auf diese Weise werden die unterschiedlichen Leistungsanforderungen verschiedener Teile erfüllt. Aus einer einzelnen Probe kann festgestellt werden, dass die Oberflächenhärte im Allgemeinen höher als die Kernhärte ist und der Schwankungsbereich der Härte nicht sehr groß ist.
Mechanische Eigenschaften des Legierungszerkleinerungshammers | |||
Artikel | #1 | #2 | #3 |
Schlagzähigkeit (J · cm * cm) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
Zugfestigkeit / MPa | 1548 | 1369 | / |
Erweiterbarkeit /% | 8 | 6.67 | 7 |
Verringerung der Fläche /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Die Daten der Schlagzähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung sind in Tabelle 3 gezeigt. Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die Schlagzähigkeit der U-förmigen Charpy-Probe des Hammers über 40 J / cm² liegt und die höchste Zähigkeit von das Befestigungsloch beträgt 2 J / cm * cm; Die Dehnung der abgefangenen Proben beträgt mehr als 58.58% und die Zugfestigkeit mehr als 6.6 MPa. Die Schlagzähigkeit des Stahls ist höher als die des gewöhnlichen niedriglegierten Stahls (1360-20 J / cm²). Im Allgemeinen nimmt die Zähigkeit ab, wenn die Härte höher ist. Aus den obigen experimentellen Ergebnissen ist ersichtlich, dass diese Regel im Wesentlichen mit dieser übereinstimmt.
Mikrostruktur
Mikrostruktur Eine kleine Probe wurde aus dem gebrochenen Ende der Schlagprobe geschnitten, und dann wurde die metallografische Probe durch Schleifen, Vorschleifen und Polieren hergestellt. Die Verteilung der Einschlüsse wurde unter der Bedingung ohne Erosion beobachtet, und die Matrixstruktur wurde beobachtet, nachdem sie mit 4% Salpetersäurealkohol erodiert worden war. Einige typische Strukturen von Legierungszerkleinerungshämmern sind in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 3A zeigt die Morphologie und Verteilung der Einschlüsse im Stahl. Es ist ersichtlich, dass die Anzahl und Größe der Einschlüsse relativ gering sind, ohne Schrumpfhohlraum, Schrumpfporosität und Porosität. Aus den 3b, C, D und E ist ersichtlich, dass sowohl oberflächennahe als auch nahe Mittelposition
Die Ergebnisse zeigen, dass die gehärtete Struktur von der Oberfläche bis zur Mitte erhalten wird und eine ausreichende Härtbarkeit erhalten wird. Die Mikrostruktur in der Nähe des Zentrums ist gröber als die an der Oberfläche, da der Kern die endgültige Erstarrungsstelle ist, die Abkühlgeschwindigkeit langsam ist und die Körner leicht zu wachsen sind.
Die Matrix in Fig. 3b und C ist Lattenmartensit mit gleichmäßiger Verteilung. Die Leiste in Fig. 3b ist relativ klein und die Leiste in Fig. 3C ist relativ dick, und einige von ihnen sind in einem Winkel von 120º angeordnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zunahme von Martensit nach dem Abschrecken bei 900 ° C hauptsächlich auf der Tatsache beruht, dass die Korngröße des Stahls nach dem Abschrecken bei 900 ° C schnell zunimmt. Fig. 3D und e zeigen feinen Martensit und unteren Bainit mit einer kleinen Menge kleinen und körnigen Ferrits. Der weiße Bereich besteht aus abgeschrecktem Martensit, der relativ korrosionsbeständig als Bainit ist, sodass die Farbe heller ist. die schwarze nadelartige Struktur ist unteres Bainit; Der schwarze Fleck ist Einschlüsse.
Da das Installationsloch des Zerkleinerungshammers an der Luft gekühlt wird und die Abschrecktemperatur niedrig ist, kann sich der Ferrit nicht vollständig in der Matrix auflösen. Daher verbleibt eine kleine Menge Ferrit in Form kleiner Stücke und Partikel in der Martensitmatrix, was zu einer Abnahme der Härte führt.
Die Ergebnisse
Nach dem Gießen haben wir zwei Sätze Schredderhämmer an unseren Kunden geschickt, einen Satz Schredderhämmer aus legiertem verschleißfestem Stahl und einen Satz Schredderhämmer aus Manganstahl. Basierend auf Kundenfeedback haben die verschleißfesten Schredderhämmer aus legiertem Stahl eine 1.6-mal längere Lebensdauer als Mangan-Schredderhammer.