El acero con alto contenido de manganeso se usa ampliamente para fundir martillos de peso pequeño (normalmente menos de 90 kg). Sin embargo, para martillos trituradores de reciclaje de metal (normalmente pesan alrededor de 200 kg-500 kg), el acero al manganeso no es adecuado. Nuestra fundición utiliza acero de baja aleación para fundir grandes martillos trituradores.
Selección de elementos de material de martillo triturador de acero de baja aleación
El diseño de la composición de la aleación debe considerar completamente el cumplimiento de los requisitos de rendimiento de la aleación. El principio de diseño es asegurar suficiente templabilidad y alta dureza y tenacidad. La tensión interna de la bainita es generalmente menor que la de la martensita y la resistencia al desgaste de la bainita es mejor que la de la martensita con la misma dureza. La composición del acero de aleación es la siguiente:
Elemento de carbono. El carbono es el elemento clave que afecta la microestructura y las propiedades del acero resistente al desgaste de baja y media aleación. Un contenido de carbono diferente puede obtener una relación de coincidencia diferente entre dureza y tenacidad. La aleación con bajo contenido de carbono tiene mayor tenacidad pero menor dureza, la aleación con alto contenido de carbono tiene alta dureza pero una tenacidad insuficiente, mientras que la aleación de medio carbono tiene alta dureza y buena tenacidad. Con el fin de obtener una alta tenacidad para cumplir con las condiciones de servicio de piezas grandes y gruesas resistentes al desgaste con gran fuerza de impacto, el rango de acero con bajo contenido de carbono es de 0.2 ~ 0.3%.
Elemento Si. El Si juega un papel principalmente en el fortalecimiento de la solución en el acero, pero un Si demasiado alto aumentará la fragilidad del acero, por lo que su contenido es de 0.2 ~ 0.4%.
Elemento Mn. China es rica en recursos de manganeso y de bajo precio, por lo que se ha convertido en el principal elemento aditivo del acero de baja aleación resistente al desgaste. Por un lado, el manganeso en el acero juega el papel de refuerzo de la solución para mejorar la resistencia y dureza del acero y, por otro lado, mejora la templabilidad del acero. Sin embargo, el exceso de manganeso aumentará el volumen de austenita retenido, por lo que se determina que el contenido de manganeso es de 1.0 a 2.0%.
Elemento Cr. Cr juega un papel principal en el acero fundido de baja aleación resistente al desgaste. El Cr se puede disolver parcialmente en austenita para fortalecer la matriz sin reducir la tenacidad, posponer la transformación de austenita subenfriada y aumentar la templabilidad del acero, especialmente cuando se combina correctamente con manganeso y silicio, la templabilidad puede mejorarse enormemente. Cr tiene una mayor resistencia al revenido y puede hacer que las propiedades de la cara del extremo grueso sean uniformes. por lo que se determina que el contenido de Cr es 1.5-2.0%.
Elemento Mo. Mo puede refinar eficazmente la microestructura recién fundida, mejorar la uniformidad de la sección transversal, prevenir la aparición de fragilidad por temple, mejorar la estabilidad de templado y la tenacidad del acero al impacto. Los resultados muestran que la templabilidad del acero se mejora significativamente y se puede mejorar la resistencia y dureza del acero. Sin embargo, debido al alto precio, la cantidad añadida de Mo se controla entre un 0.1% y un 0.3% según el tamaño y el grosor de la pared de las piezas.
Elemento Ni. El Ni es el principal elemento de aleación para formar y estabilizar la austenita. Agregar una cierta cantidad de Ni puede mejorar la templabilidad y hacer que la microestructura retenga una pequeña cantidad de austenita retenida a temperatura ambiente para mejorar su tenacidad. Pero el precio del Ni es muy alto y el contenido de Ni añadido es del 0.1 al 0.3%.
Elemento Cu. El Cu no forma carburos y existe en la matriz como una solución sólida, lo que puede mejorar la tenacidad del acero. Además, el Cu tiene un efecto similar al Ni, que puede mejorar la templabilidad y el potencial del electrodo de la matriz, y aumentar la resistencia a la corrosión del acero. Esto es especialmente importante para las piezas resistentes al desgaste que trabajan en condiciones de esmerilado húmedo. La adición de Cu en el acero resistente al desgaste es de 0.8-1.00%.
Elemento de seguimiento. Agregar oligoelementos al acero resistente al desgaste de baja aleación es uno de los métodos más efectivos para mejorar sus propiedades. Puede refinar la microestructura recién fundida, purificar los límites de grano, mejorar la morfología y distribución de carburos e inclusiones y mantener suficiente tenacidad del acero de baja aleación resistente al desgaste.
Elemento SP. Son elementos nocivos, que forman fácilmente inclusiones de límites de grano en el acero, aumentan la fragilidad del acero y aumentan la tendencia al agrietamiento de las piezas fundidas durante la fundición y el tratamiento térmico. Por lo tanto, se requiere que Pys sean menores al 0.04%.
Por tanto, la composición química del acero aleado resistente al desgaste se muestra en la siguiente tabla:
Tabla: Composición química del acero aleado resistente al desgaste | ||||||||
Element | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | V.RE |
Contenido | 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 | Raro |
Proceso de fundición
Las materias primas se fundieron en un horno de inducción de frecuencia media de 1 T. La aleación se preparó con chatarra de acero, arrabio, ferrocromo bajo en carbono, ferromanganeso, ferromolibdeno, níquel electrolítico y aleación de tierras raras. Después de la fusión, se toman muestras para análisis químico antes del horno y se agrega la aleación de acuerdo con los resultados del análisis. Cuando la composición y la temperatura cumplen los requisitos de roscado, se inserta aluminio para desoxidar; Durante el proceso de roscado, se agregan Ti y V de tierras raras para su modificación.
Verter y fundir
La fundición con moldes de arena se utiliza en el proceso de moldeo. Después de que el acero fundido se descarga del horno, se coloca en la cuchara. Cuando la temperatura desciende a 1 ℃, comienza el vertido. Para hacer que el acero fundido llene rápidamente el molde de arena, se debe adoptar un sistema de compuerta más grande (450% más grande que el del acero al carbono ordinario). Con el fin de mejorar el tiempo de alimentación y la capacidad de alimentación del tubo ascendente, se utiliza el hierro frío para que coincida con el tubo ascendente y se adopta el método de calentamiento externo para obtener la estructura densa como fundida. El tamaño del martillo triturador grande de vertido es de 20 mm * 700 mm * 400 mm, y el peso de una sola pieza es de 120 kg. Después de limpiar la pieza fundida, se lleva a cabo un recocido a alta temperatura y luego se cortan la compuerta y la contrahuella.
Tratamiento térmico
Se adopta el proceso de tratamiento térmico de temple y revenido. Para evitar la grieta de enfriamiento en el orificio de instalación, se adopta el método de enfriamiento local. Se utilizó el horno de resistencia tipo caja para calentar la pieza fundida, la temperatura de austenización fue de (900 ± 10 ℃) y el tiempo de mantenimiento fue de 5 h. La velocidad de enfriamiento del enfriador especial de vidrio soluble es entre agua y aceite. Es muy beneficioso evitar las grietas por enfriamiento y la deformación por enfriamiento, y el medio de enfriamiento tiene un costo bajo, buena seguridad y practicidad. Después del temple, se adopta el proceso de revenido a baja temperatura, la temperatura de revenido es (230 ± 10) ℃ y el tiempo de retención es de 6 h.
Control de calidad
Los principales puntos críticos del acero se midieron con el dilatómetro óptico dt1000 y la curva de transformación isotérmica de la austenita subenfriada se midió mediante el método de dureza metalográfica.
De la línea de la curva TTT, podemos saber:
- Hay regiones de la bahía obvias entre las curvas de transformación de ferrita de alta temperatura, perlita y bainita de temperatura media. La curva C de la transformación de la perlita está separada de la de la transformación de la bainita, mostrando la ley de apariencia de la curva C independiente, que pertenece al tipo de dos "nariz", mientras que la región de la bainita está más cerca de la curva S. Debido a que el acero contiene elementos formadores de carburo Cr, Mo, etc., estos elementos se disuelven en austenita durante el calentamiento, lo que puede retrasar la descomposición de la austenita subenfriada y reducir su velocidad de descomposición. Al mismo tiempo, también afectan la temperatura de descomposición de la austenita subenfriada. Cr y Mo hacen que la zona de transformación de perlita se mueva a una temperatura más alta y baje la temperatura de transformación de bainita. De esta manera, la curva de transformación de la perlita y la bainita se separa en la curva TTT, y en el medio aparece una zona metaestable de austenita subenfriada, que es de aproximadamente 500-600 ℃.
- La temperatura de la punta de la nariz del acero es de aproximadamente 650 ℃, el rango de temperatura de transición de ferrita es 625-750 ℃, el rango de temperatura de transformación de perlita es 600-700 ℃ y el rango de temperatura de transformación de bainita es 350-500 ℃.
- En la región de transformación de alta temperatura, el tiempo más temprano para precipitar la ferrita es de 612 s, el período de incubación más corto de la perlita es de 7 270 sy la cantidad de transformación de la perlita alcanza el 50% a los 22 860 s; el período de incubación de la transformación de bainita es de aproximadamente 20 sa 400 ℃ y la transformación de martensita ocurre cuando la temperatura es inferior a 340 ℃. Puede verse que el acero tiene buena templabilidad.
Propiedad mecánica del martillo triturador de acero de baja aleación
Se tomaron muestras de la prueba y se produjo un cuerpo de martillo triturador grande, y se cortó una muestra de tira de 10 mm * 10 mm * 20 mm mediante un corte de alambre desde el exterior hacia el interior, y la dureza se midió desde la superficie hasta el centro. La posición de muestreo se muestra en la Fig. 2. Los números 1 y 2 se toman del cuerpo del martillo triturador y los números 3 se toman en el orificio de instalación. Los resultados de la medición de la dureza se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2: Dureza de los martillos trituradores | |||||||
Muestras | Distancia de la superficie / mm | Normal | Promedio total | ||||
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 |
Se puede ver en la Tabla 2 que la dureza HRC del cuerpo del martillo (# 1) es mayor que 48.8, mientras que la dureza del orificio de montaje (# 3) es relativamente menor. El cuerpo del martillo es la parte principal de trabajo. La alta dureza del cuerpo del martillo puede garantizar una alta resistencia al desgaste; la baja dureza del orificio de montaje puede proporcionar una alta tenacidad. De esta manera, se cumplen los diferentes requisitos de rendimiento de diferentes piezas. A partir de una sola muestra, se puede encontrar que la dureza de la superficie es generalmente más alta que la dureza del núcleo y que el rango de fluctuación de la dureza no es muy grande.
Propiedades mecánicas del martillo triturador de aleación | |||
Asunto | #1 | #2 | #3 |
tenacidad al impacto (J · cm * cm) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
resistencia a la tracción / MPa | 1548 | 1369 | / |
extensibilidad /% | 8 | 6.67 | 7 |
Reducción del área /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Los datos de tenacidad al impacto, resistencia a la tracción y alargamiento se muestran en la Tabla 3. Puede verse en la Tabla 3 que la tenacidad al impacto de la muestra Charpy en forma de U del martillo es superior a 40 J / cm2, y la tenacidad más alta de el orificio de montaje es de 58.58 J / cm * cm; el alargamiento de las muestras interceptadas es superior al 6.6% y la resistencia a la tracción es superior a 1360 MPa. La tenacidad al impacto del acero es superior a la del acero de baja aleación ordinario (20-40 J / cm2). En términos generales, si la dureza es mayor, la tenacidad disminuirá. De los resultados experimentales anteriores, se puede ver que esta regla está básicamente en línea con ella.
Microestructura
Se cortó una pequeña muestra de microestructura del extremo roto de la muestra de impacto, y luego se preparó la muestra metalográfica mediante esmerilado, pre-molido y pulido. La distribución de las inclusiones se observó bajo la condición de no erosión, y la estructura de la matriz se observó después de haber sido erosionada con alcohol ácido nítrico al 4%. En la figura 3 se muestran varias estructuras típicas de martillos trituradores de aleación.
La Fig. 3A muestra la morfología y distribución de inclusiones en el acero. Puede verse que el número y tamaño de las inclusiones son relativamente pequeños, sin cavidad de contracción, porosidad de contracción ni porosidad. En las figuras 3b, C, D y E, se puede ver que tanto la posición cerca de la superficie como cerca del centro
Los resultados muestran que la estructura endurecida se obtiene de la superficie al centro y se obtiene suficiente templabilidad. La microestructura cerca del centro es más gruesa que la de la superficie porque el núcleo es el sitio de solidificación final, la velocidad de enfriamiento es lenta y los granos son fáciles de cultivar.
La matriz en la Fig. 3b y C es martensita de listones con distribución uniforme. El listón de la figura 3b es relativamente pequeño y el listón de la figura 3C es relativamente grueso y algunos de ellos están dispuestos en un ángulo de 120 °. Los resultados muestran que el aumento de martensita después del enfriamiento a 900 se basa principalmente en el hecho de que el tamaño de grano del acero aumenta rápidamente después del enfriamiento a 900 ℃. Las Fig. 3D ye muestran martensita fina y bainita inferior con una pequeña cantidad de ferrita pequeña y granular. El área blanca es martensita templada, que es relativamente resistente a la corrosión que la bainita, por lo que el color es más claro; la estructura negra en forma de aguja es de bainita inferior; la mancha negra son inclusiones.
Debido a que el orificio de instalación del martillo triturador se enfría al aire y la temperatura de enfriamiento es baja, la ferrita no puede disolverse completamente en la matriz. Por tanto, una pequeña cantidad de ferrita permanece en la matriz de martensita en forma de pequeñas piezas y partículas, lo que conduce a la disminución de la dureza.
Resultados
Después de la fundición, enviamos dos juegos de martillos trituradores a nuestro cliente, un juego de martillos trituradores de acero de aleación resistente al desgaste, un juego de martillos trituradores de acero al manganeso. Según los comentarios de los clientes, los martillos trituradores de acero de aleación resistente al desgaste tienen una vida útil 1.6 veces mayor que martillo triturador de manganeso.