L'acier à haute teneur en manganèse est largement utilisé dans la coulée de marteaux de petit poids (normalement moins de 90 kg). Cependant, pour les marteaux broyeurs à recyclage de métaux (poids normalement d'environ 200 kg à 500 kg), l'acier au manganèse n'est pas adapté. Notre fonderie utilise de l'acier faiblement allié pour la coulée de gros marteaux broyeurs.
Sélection d'élément matériel de marteau de déchiqueteur d'acier faiblement allié
La conception de la composition de l'alliage doit pleinement tenir compte des exigences de performance de l'alliage. Le principe de conception est d'assurer une trempabilité suffisante et une dureté et une ténacité élevées. La contrainte interne de la bainite est généralement inférieure à celle de la martensite, et la résistance à l'usure de la bainite est meilleure que celle de la martensite à la même dureté. La composition de l'acier allié comme suit:
Élément de carbone. Le carbone est l'élément clé affectant la microstructure et les propriétés de l'acier résistant à l'usure faiblement et moyennement allié. Une teneur en carbone différente peut obtenir une relation de correspondance différente entre la dureté et la ténacité. L'alliage à faible teneur en carbone a une ténacité plus élevée mais une dureté inférieure, un alliage à haute teneur en carbone a une dureté élevée mais une ténacité insuffisante, tandis qu'un alliage de carbone moyen a une dureté élevée et une bonne ténacité. Afin d'obtenir une ténacité élevée pour répondre aux conditions de service de pièces grandes et épaisses résistantes à l'usure avec une grande force d'impact, la gamme d'acier à faible teneur en carbone est de 0.2 à 0.3%.
Élément Si. Si joue principalement un rôle de renforcement de la solution dans l'acier, mais un Si trop élevé augmentera la fragilité de l'acier, de sorte que sa teneur est de 0.2 ~ 0.4%.
Élément Mn. La Chine est riche en ressources de manganèse et à bas prix, elle est donc devenue le principal élément additif de l'acier faiblement allié résistant à l'usure. D'une part, le manganèse dans l'acier joue le rôle de renforcement de la solution pour améliorer la résistance et la dureté de l'acier, et d'autre part, il améliore la trempabilité de l'acier. Cependant, un excès de manganèse augmentera le volume d'austénite retenu, de sorte que la teneur en manganèse est déterminée comme étant de 1.0 à 2.0%.
Élément Cr. Le Cr joue un rôle de premier plan dans l'acier moulé faiblement allié et résistant à l'usure. Le Cr peut être partiellement dissous dans l'austénite pour renforcer la matrice sans réduire la ténacité, reporter la transformation de l'austénite sous-refroidie et augmenter la trempabilité de l'acier, en particulier lorsqu'il est correctement combiné avec du manganèse et du silicium, la trempabilité peut être grandement améliorée. Le Cr a une résistance au revenu plus élevée et peut uniformiser les propriétés de la face d'extrémité épaisse. donc la teneur en Cr est déterminée comme étant de 1.5 à 2.0%.
Élément Mo. Mo peut affiner efficacement la microstructure telle que coulée, améliorer l'uniformité de la section transversale, empêcher l'apparition de fragilité de revenu, améliorer la stabilité de revenu et la ténacité de l'acier. Les résultats montrent que la trempabilité de l'acier est considérablement améliorée et que la résistance et la dureté de l'acier peuvent être améliorées. Cependant, en raison du prix élevé, la quantité ajoutée de Mo est contrôlée entre 0.1 et 0.3% en fonction de la taille et de l'épaisseur de paroi des pièces.
Élément Ni. Ni est le principal élément d'alliage pour former et stabiliser l'austénite. L'ajout d'une certaine quantité de Ni peut améliorer la trempabilité et amener la microstructure à conserver une petite quantité d'austénite retenue à température ambiante pour améliorer sa ténacité. Mais le prix du Ni est très élevé et la teneur en Ni ajouté est de 0.1 à 0.3%.
Élément Cu. Le Cu ne forme pas de carbures et existe dans la matrice sous forme de solution solide, ce qui peut améliorer la ténacité de l'acier. De plus, le Cu a un effet similaire au Ni, ce qui peut améliorer la trempabilité et le potentiel d'électrode de la matrice, et augmenter la résistance à la corrosion de l'acier. Ceci est particulièrement important pour les pièces résistantes à l'usure travaillant dans des conditions de meulage humides. L'ajout de Cu dans l'acier résistant à l'usure est de 0.8 à 1.00%.
Oligo-élément. L'ajout d'oligo-éléments dans un acier faiblement allié résistant à l'usure est l'une des méthodes les plus efficaces pour améliorer ses propriétés. Il peut affiner la microstructure telle que coulée, purifier les joints de grains, améliorer la morphologie et la distribution des carbures et des inclusions et maintenir une ténacité suffisante de l'acier faiblement allié résistant à l'usure.
Élément SP. Ce sont des éléments nocifs, qui forment facilement des inclusions aux joints de grains dans l'acier, augmentent la fragilité de l'acier et augmentent la tendance à la fissuration des pièces moulées pendant la coulée et le traitement thermique. Par conséquent, P et s doivent être inférieurs à 0.04%.
Ainsi, la composition chimique de l'acier allié résistant à l'usure est indiquée dans le tableau suivant:
Tableau: Composition chimique de l'acier résistant à l'usure en alliage | ||||||||
Élément | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | V.RE |
Contenu | 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 | Bleu |
Processus de fusion
Les matières premières ont été fondues dans un four à induction à moyenne fréquence de 1 T. L'alliage a été préparé à partir de ferraille, de fonte brute, de ferrochrome à faible teneur en carbone, de ferromanganèse, de ferromolybdène, de nickel électrolytique et d'alliage de terres rares. Après la fusion, des échantillons sont prélevés pour analyse chimique avant le four, et l'alliage est ajouté en fonction des résultats d'analyse. Lorsque la composition et la température répondent aux exigences du taraudage, l'aluminium est inséré pour désoxyder; pendant le processus de prélèvement, des terres rares Ti et V sont ajoutées pour modification.
Coulée et coulée
Le moulage au sable est utilisé dans le processus de moulage. Une fois que l'acier fondu est déchargé du four, il est placé dans la poche. Lorsque la température descend à 1 450 ℃, la coulée commence. Afin de permettre à l'acier fondu de remplir rapidement le moule en sable, un système de porte plus grand (20% plus grand que celui de l'acier au carbone ordinaire) doit être adopté. Afin d'améliorer le temps d'alimentation et la capacité d'alimentation de la colonne montante, le fer froid est utilisé pour correspondre à la colonne montante et la méthode de chauffage externe est adoptée pour obtenir la structure dense en fonte. La taille du grand marteau broyeur verseur est de 700 mm * 400 mm * 120 mm et le poids d'une seule pièce est de 250 kg. Une fois la pièce moulée nettoyée, un recuit à haute température est effectué, puis la grille et la colonne montante sont coupées.
Traitement thermique
Le processus de traitement thermique de trempe et de revenu est adopté. Afin d'éviter la fissure de trempe au niveau du trou d'installation, la méthode de trempe locale est adoptée. Le four à résistance de type caisson a été utilisé pour chauffer la pièce moulée, la température d'austénitisation était de (900 ± 10 ° C) et le temps de maintien était de 5 h. Le taux de refroidissement du quenchant spécial pour verre à eau se situe entre l'eau et l'huile. Il est très avantageux d'empêcher les fissures de trempe et la déformation de trempe, et le milieu de trempe a un faible coût, une bonne sécurité et une praticabilité. Après la trempe, le processus de revenu à basse température est adopté, la température de revenu est de (230 ± 10) ℃ et le temps de maintien est de 6 h.
Contrôle de qualité
Les principaux points critiques de l'acier ont été mesurés par le dilatomètre optique dt1000, et la courbe de transformation isotherme de l'austénite sous-refroidie a été mesurée par la méthode de dureté métallographique.
À partir de la ligne de courbe TTT, nous pouvons savoir:
- Il existe des régions de Bay évidentes entre les courbes de transformation de la ferrite à haute température, de la perlite et de la bainite à température moyenne. La courbe C de la transformation de la perlite est séparée de celle de la transformation bainitique, montrant la loi d'apparence de la courbe C indépendante, qui appartient à deux types de «nez», tandis que la région bainite est plus proche de la courbe S. Du fait que l'acier contient des éléments de formation de carbure Cr, Mo, etc., ces éléments se dissolvent en austénite pendant le chauffage, ce qui peut retarder la décomposition de l'austénite sous-refroidie et réduire sa vitesse de décomposition. Dans le même temps, ils affectent également la température de décomposition de l'austénite sous-refroidie. Cr et Mo font passer la zone de transformation de la perlite à une température plus élevée et abaissent la température de transformation de la bainite. De cette manière, la courbe de transformation de la perlite et de la bainite est séparée dans la courbe TTT, et une zone métastable d'austénite sous-refroidie apparaît au milieu, qui est d'environ 500 à 600 ℃.
- La température de la pointe du nez de l'acier est d'environ 650 ℃, la plage de température de transition de ferrite est de 625 à 750 ℃, la plage de température de transformation de la perlite est de 600 à 700 ℃ et la plage de température de transformation de bainite est de 350 à 500 ℃.
- Dans la région de transformation à haute température, le temps le plus tôt pour précipiter la ferrite est de 612 s, la période d'incubation la plus courte de la perlite est de 7 270 s et la quantité de transformation de la perlite atteint 50% à 22 860 s; la période d'incubation de la transformation bainitique est d'environ 20 s à 400 ℃ et la transformation martensitique se produit lorsque la température est inférieure à 340 ℃. On constate que l'acier a une bonne trempabilité.
Propriété mécanique de marteau de broyeur d'acier faiblement allié
Des échantillons ont été prélevés lors de l'essai et ont produit un grand corps de marteau de déchiqueteuse, et un échantillon de bande de 10 mm * 10 mm * 20 mm a été coupé par découpage au fil de l'extérieur vers l'intérieur, et la dureté a été mesurée de la surface au centre. La position d'échantillonnage est illustrée à la Fig. 2. #1 et #2 proviennent du corps du marteau de déchiquetage et #3 sont prélevés au niveau du trou d'installation. Les résultats de la mesure de dureté sont présentés dans le tableau 2.
Tableau 2: Dureté des marteaux broyeurs | |||||||
Échantillons | Distance de la surface / mm | Moyen | Moyenne totale | ||||
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 |
On peut voir à partir du tableau 2 que la dureté HRC du corps du marteau (# 1) est supérieure à 48.8, tandis que la dureté du trou de montage (# 3) est relativement inférieure. Le corps du marteau est la principale pièce de travail. La dureté élevée du corps du marteau peut assurer une résistance élevée à l'usure; la faible dureté du trou de montage peut fournir une ténacité élevée. De cette manière, les différentes exigences de performance des différentes pièces sont satisfaites. A partir d'un seul échantillon, on peut trouver que la dureté de surface est généralement supérieure à la dureté du noyau et que la plage de fluctuation de dureté n'est pas très large.
Propriétés mécaniques du marteau broyeur en alliage | |||
Produit | #1 | #2 | #3 |
résistance aux chocs (J · cm * cm) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
résistance à la traction / MPa | 1548 | 1369 | / |
extensibilité /% | 8 | 6.67 | 7 |
Réduction de la superficie /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Les données de ténacité à l'impact, de résistance à la traction et d'allongement sont présentées dans le tableau 3. On peut voir à partir du tableau 3 que la ténacité à l'impact de l'éprouvette Charpy en forme de U du marteau est supérieure à 40 J / cm2, et la ténacité la plus élevée de le trou de montage est de 58.58 J / cm * cm; l'allongement des échantillons interceptés est supérieur à 6.6% et la résistance à la traction est supérieure à 1360 MPa. La ténacité de l'acier aux chocs est supérieure à celle de l'acier faiblement allié ordinaire (20-40 J / cm2). D'une manière générale, si la dureté est plus élevée, la ténacité diminuera. D'après les résultats expérimentaux ci-dessus, on peut voir que cette règle est fondamentalement conforme à elle.
Microstructure
Microstructure, un petit échantillon a été découpé à partir de l'extrémité cassée de l'échantillon d'impact, puis l'échantillon métallographique a été préparé par meulage, pré-broyage et polissage. La distribution des inclusions a été observée en l'absence d'érosion, et la structure de la matrice a été observée après avoir été érodée avec de l'alcool nitrique à 4%. Plusieurs structures typiques de marteaux broyeurs en alliage sont illustrées à la figure 3.
La figure 3A montre la morphologie et la distribution des inclusions dans l'acier. On peut voir que le nombre et la taille des inclusions sont relativement petits, sans aucune cavité de retrait, porosité de retrait et porosité. À partir des figures 3b, C, D et E, on peut voir que la position proche de la surface et proche du centre
Les résultats montrent que la structure durcie est obtenue de la surface au centre, et une trempabilité suffisante est obtenue. La microstructure près du centre est plus grossière que celle de la surface car le noyau est le site de solidification final, la vitesse de refroidissement est lente et les grains sont faciles à croître.
La matrice des figures 3b et C est une martensite à lattes avec une distribution uniforme. La latte de la figure 3b est relativement petite et la latte de la figure 3C est relativement épaisse, et certaines d'entre elles sont disposées à un angle de 120 °. Les résultats montrent que l'augmentation de la martensite après trempe à 900 ℃ est principalement basée sur le fait que la granulométrie de l'acier augmente rapidement après trempe à 900 ℃. Les figures 3D et e montrent de la martensite fine et de la bainite inférieure avec une petite quantité de ferrite petite et granulaire. La zone blanche est de la martensite trempée, qui est relativement résistante à la corrosion que la bainite, de sorte que la couleur est plus claire; la structure en forme d'aiguille noire est une bainite inférieure; la tache noire est constituée d'inclusions.
Du fait que le trou d'installation du marteau broyeur est refroidi à l'air et que la température de trempe est basse, la ferrite ne peut pas se dissoudre complètement dans la matrice. Par conséquent, une petite quantité de ferrite reste dans la matrice de martensite sous forme de petits morceaux et de particules, ce qui entraîne une diminution de la dureté.
Résultats
Après la coulée, nous avons envoyé deux jeux de marteaux broyeurs à notre client, un jeu de marteaux broyeurs en acier allié résistant à l'usure, un jeu de marteaux broyeurs en acier au manganèse. Sur la base des commentaires des clients, les marteaux de déchiquetage en alliage d'acier résistant à l'usure ont une durée de vie 1.6 fois supérieure à marteau broyeur de manganèse.