L'acciaio ad alto contenuto di manganese è ampiamente utilizzato nella fusione di martelli di piccolo peso (normalmente meno di 90 kg). Tuttavia, per i martelli trituratori a riciclo metallico (normalmente di peso compreso tra 200 kg e 500 kg), l'acciaio al manganese non è adatto. La nostra fonderia utilizza acciai bassolegati per la colata di grandi martelli trituratori.
Selezione dell'elemento materiale del martello trituratore in acciaio a bassa lega
Il progetto della composizione della lega deve considerare pienamente la soddisfazione dei requisiti di prestazione della lega. Il principio di progettazione è garantire una temprabilità sufficiente e un'elevata durezza e tenacità. Lo stress interno della bainite è generalmente inferiore a quello della martensite e la resistenza all'usura della bainite è migliore di quella della martensite a parità di durezza. La composizione dell'acciaio legato come la seguente:
Elemento in carbonio. Il carbonio è l'elemento chiave che influenza la microstruttura e le proprietà dell'acciaio resistente all'usura a bassa e media lega. Un diverso contenuto di carbonio può ottenere un diverso rapporto di corrispondenza tra durezza e tenacità. La lega a basso tenore di carbonio ha una durezza maggiore ma una durezza inferiore, la lega ad alto tenore di carbonio ha un'elevata durezza ma una tenacità insufficiente, mentre la lega a medio tenore di carbonio ha un'elevata durezza e una buona tenacità. Per ottenere un'elevata tenacità per soddisfare le condizioni di servizio di parti resistenti all'usura grandi e spesse con una grande forza di impatto, la gamma di acciai a basso tenore di carbonio è 0.2 ~ 0.3%.
Si elemento. Si svolge principalmente un ruolo di rafforzamento della soluzione nell'acciaio, ma un Si troppo alto aumenterà la fragilità dell'acciaio, quindi il suo contenuto è dello 0.2 ~ 0.4%.
Mn elemento. La Cina è ricca di risorse di manganese e ha un prezzo basso, quindi è diventata il principale elemento additivo dell'acciaio resistente all'usura a bassa lega. Da un lato, il manganese nell'acciaio svolge il ruolo di rinforzo in soluzione per migliorare la resistenza e la durezza dell'acciaio e, dall'altro, migliora la temprabilità dell'acciaio. Tuttavia, una quantità eccessiva di manganese aumenterà il volume di austenite trattenuto, quindi il contenuto di manganese è dell'1.0-2.0%.
Elemento Cr. Il Cr gioca un ruolo di primo piano nell'acciaio fuso resistente all'usura a bassa lega. Il Cr può essere parzialmente sciolto in austenite per rinforzare la matrice senza ridurne la tenacità, posticipare la trasformazione dell'austenite sottoraffreddata e aumentare la temprabilità dell'acciaio, soprattutto se opportunamente combinato con manganese e silicio, la temprabilità può essere notevolmente migliorata. Il Cr ha una maggiore resistenza alla tempra e può uniformare le proprietà della faccia spessa. quindi il contenuto di Cr è determinato essere 1.5-2.0%.
Elemento Mo. Mo può affinare efficacemente la microstruttura come colata, migliorare l'uniformità della sezione trasversale, prevenire il verificarsi di fragilità da tempra, migliorare la stabilità alla tempra e la tenacità all'urto dell'acciaio. I risultati mostrano che la temprabilità dell'acciaio è notevolmente migliorata e la resistenza e la durezza dell'acciaio possono essere migliorate. Tuttavia, a causa del prezzo elevato, la quantità aggiunta di Mo è controllata tra lo 0.1 e lo 0.3% in base alle dimensioni e allo spessore delle pareti delle parti.
Elemento Ni. Il Ni è l'elemento di lega principale per formare e stabilizzare l'austenite. L'aggiunta di una certa quantità di Ni può migliorare la temprabilità e fare in modo che la microstruttura trattiene una piccola quantità di austenite trattenuta a temperatura ambiente per migliorarne la tenacità. Ma il prezzo del Ni è molto alto e il contenuto di Ni aggiunto è dello 0.1-0.3%.
Elemento Cu. Il rame non forma carburi ed esiste nella matrice come una soluzione solida, che può migliorare la tenacità dell'acciaio. Inoltre, il Cu ha un effetto simile al Ni, che può migliorare la temprabilità e il potenziale dell'elettrodo della matrice e aumentare la resistenza alla corrosione dell'acciaio. Ciò è particolarmente importante per le parti resistenti all'usura che lavorano in condizioni di molatura a umido. L'aggiunta di Cu nell'acciaio resistente all'usura è dello 0.8-1.00%.
Oligoelemento. L'aggiunta di oligoelementi all'acciaio resistente all'usura a bassa lega è uno dei metodi più efficaci per migliorarne le proprietà. Può affinare la microstruttura come colata, purificare i bordi del grano, migliorare la morfologia e la distribuzione di carburi e inclusioni e mantenere una sufficiente tenacità dell'acciaio resistente all'usura a bassa lega.
Elemento SP. Sono elementi dannosi, che formano facilmente inclusioni al bordo del grano nell'acciaio, aumentano la fragilità dell'acciaio e aumentano la tendenza alla fessurazione dei getti durante la fusione e il trattamento termico. Pertanto, P e s devono essere inferiori allo 0.04%.
Quindi la composizione chimica per l'acciaio legato resistente all'usura è mostrata nella seguente tabella:
Tabella: composizione chimica per acciaio resistente all'usura in lega | ||||||||
elemento | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | V.RE |
Contenuti | 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 |
Processo di fusione
Le materie prime sono state fuse in un forno ad induzione a media frequenza da 1 T. La lega è stata preparata da rottami di acciaio, ghisa, ferrocromo a basso tenore di carbonio, ferromanganese, ferromolibdeno, nichel elettrolitico e leghe di terre rare. Dopo la fusione, i campioni vengono prelevati per l'analisi chimica prima del forno e la lega viene aggiunta in base ai risultati dell'analisi. Quando la composizione e la temperatura soddisfano i requisiti della spillatura, l'alluminio viene inserito per disossidare; durante il processo di intercettazione, le terre rare Ti e V vengono aggiunte per la modifica.
Versare e colare
La colata in sabbia viene utilizzata nel processo di stampaggio. Dopo che l'acciaio fuso è stato scaricato dal forno, viene posto nella siviera. Quando la temperatura scende a 1 450 ℃, inizia la colata. Per fare in modo che l'acciaio fuso riempia rapidamente lo stampo in sabbia, è necessario adottare un sistema di gate più grande (20% più grande di quello del normale acciaio al carbonio). Al fine di migliorare il tempo di alimentazione e la capacità di alimentazione del riser, viene utilizzato il ferro freddo in tinta con il riser e viene adottato il metodo del riscaldamento esterno per ottenere la struttura densa come colata. La dimensione del martello trituratore grande è 700 mm * 400 mm * 120 mm e il peso di un singolo pezzo è 250 kg. Dopo che la fusione è stata pulita, viene eseguita la ricottura ad alta temperatura, quindi il cancello e il montante vengono tagliati.
Trattamento termico
Viene adottato il processo di trattamento termico di tempra e rinvenimento. Al fine di prevenire la crepa da tempra nel foro di installazione, viene adottato il metodo di tempra locale. Il forno a resistenza a scatola è stato utilizzato per riscaldare la colata, la temperatura di austenitizzazione era (900 ± 10 ℃) e il tempo di permanenza era di 5 ore. La velocità di raffreddamento dello speciale quenchant del bicchiere d'acqua è tra acqua e olio. È molto vantaggioso prevenire la cricca da tempra e la deformazione da tempra e il mezzo di tempra ha un basso costo, una buona sicurezza e praticabilità. Dopo la tempra, viene adottato il processo di rinvenimento a bassa temperatura, la temperatura di rinvenimento è (230 ± 10) ℃ e il tempo di tenuta è di 6 ore.
Controllo di qualità
I principali punti critici dell'acciaio sono stati misurati con il dilatometro ottico dt1000 e la curva di trasformazione isotermica dell'austenite sottoraffreddata è stata misurata con il metodo della durezza metallografica.
Dalla linea della curva TTT possiamo sapere:
- Ci sono ovvie regioni della baia tra le curve di trasformazione di ferrite ad alta temperatura, perlite e bainite a temperatura media. La curva C della trasformazione della perlite è separata da quella della trasformazione della bainite, mostrando la legge di apparenza della curva C indipendente, che appartiene al tipo a due “naso”, mentre la regione della bainite è più vicina alla curva S. Poiché l'acciaio contiene elementi formanti carburo Cr, Mo, ecc., Questi elementi si dissolvono in austenite durante il riscaldamento, il che può ritardare la decomposizione dell'austenite sottoraffreddata e ridurne la velocità di decomposizione. Allo stesso tempo, influenzano anche la temperatura di decomposizione dell'austenite sottoraffreddata. Cr e Mo fanno spostare la zona di trasformazione della perlite a una temperatura più alta e abbassare la temperatura di trasformazione della bainite. In questo modo, la curva di trasformazione di perlite e bainite viene separata nella curva TTT e al centro appare una zona metastabile sottoraffreddata di austenite, che è di circa 500-600 ℃.
- La temperatura della punta del naso dell'acciaio è di circa 650 ℃, l'intervallo di temperatura di transizione della ferrite è 625-750 ℃, l'intervallo di temperatura di trasformazione della perlite è 600-700 ℃ e l'intervallo di temperatura di trasformazione della bainite è 350-500 ℃.
- Nella regione di trasformazione ad alta temperatura, il tempo più breve per precipitare la ferrite è di 612 s, il periodo di incubazione più breve della perlite è di 7 270 s e la quantità di trasformazione della perlite raggiunge il 50% a 22 860 s; il periodo di incubazione della trasformazione della bainite è di circa 20 sa 400 ℃ e la trasformazione della martensite si verifica quando la temperatura è inferiore a 340 ℃. Si può vedere che l'acciaio ha una buona temprabilità.
Proprietà meccanica del martello trituratore in acciaio a bassa lega
Sono stati prelevati campioni dalla prova che ha prodotto un grande corpo di martello trituratore e un campione di striscia da 10 mm * 10 mm * 20 mm è stato tagliato mediante taglio a filo dall'esterno verso l'interno e la durezza è stata misurata dalla superficie al centro. La posizione di campionamento è mostrata in Fig. 2. N. 1 e N. 2 sono presi dal corpo del martello trituratore e N. 3 sono presi dal foro di installazione. I risultati della misurazione della durezza sono mostrati nella Tabella 2.
Tabella 2: Durezza dei martelli trituratori | |||||||
Campioni | Distanza dalla superficie / mm | Media | Media 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 |
Si può vedere dalla tabella 2 che la durezza HRC del corpo del martello (# 1) è maggiore di 48.8, mentre la durezza del foro di montaggio (# 3) è relativamente inferiore. Il corpo del martello è la parte principale di lavoro. L'elevata durezza del corpo del martello può garantire un'elevata resistenza all'usura; la bassa durezza del foro di montaggio può fornire un'elevata tenacità. In questo modo, vengono soddisfatti i diversi requisiti di prestazione delle diverse parti. Da un singolo campione, si può riscontrare che la durezza superficiale è generalmente superiore alla durezza del nucleo e l'intervallo di fluttuazione della durezza non è molto ampio.
Proprietà meccaniche del martello trituratore in lega | |||
Articolo | #1 | #2 | #3 |
resistenza all'impatto (J · cm * cm) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
resistenza alla trazione / MPa | 1548 | 1369 | / |
estensibilità / % | 8 | 6.67 | 7 |
Riduzione di area /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
I dati di resistenza all'urto, resistenza alla trazione e allungamento sono mostrati nella Tabella 3. Dalla Tabella 3 si può vedere che la resistenza all'impatto del campione Charpy a forma di U del martello è superiore a 40 J / cm2 e la tenacità massima di il foro di montaggio è 58.58 J / cm * cm; l'allungamento dei campioni intercettati è superiore al 6.6% e la resistenza alla trazione è superiore a 1360 MPa. La tenacità dell'acciaio è superiore a quella dell'acciaio ordinario debolmente legato (20-40 J / cm2). In generale, se la durezza è maggiore, la tenacità diminuirà. Dai risultati sperimentali di cui sopra, si può vedere che questa regola è sostanzialmente in linea con essa.
microstruttura
Microstruttura un piccolo campione è stato tagliato dall'estremità rotta del campione di impatto, quindi il campione metallografico è stato preparato mediante molatura, pre-molatura e lucidatura. La distribuzione delle inclusioni è stata osservata in condizioni di assenza di erosione e la struttura della matrice è stata osservata dopo essere stata erosa con alcol acido nitrico al 4%. Diverse strutture tipiche dei martelli trituratori in lega sono mostrate in Fig.3.
La Fig. 3A mostra la morfologia e la distribuzione delle inclusioni nell'acciaio. Si può vedere che il numero e la dimensione delle inclusioni sono relativamente piccoli, senza alcuna cavità da ritiro, porosità da ritiro e porosità. Dalle figure 3b, C, D ed E, si può vedere sia la posizione vicino alla superficie che quella vicino al centro
I risultati mostrano che la struttura indurita si ottiene dalla superficie al centro e si ottiene una temprabilità sufficiente. La microstruttura vicino al centro è più grossolana di quella in superficie perché il nucleo è il sito di solidificazione finale, la velocità di raffreddamento è lenta ei grani sono facili da coltivare.
La matrice in Fig. 3b e C è assicella martensitica con distribuzione uniforme. Il listello in Fig. 3b è relativamente piccolo, e il listello in Fig. 3C è relativamente spesso, e alcuni di essi sono disposti con un angolo di 120 °. I risultati mostrano che l'aumento della martensite dopo la tempra a 900 ° C si basa principalmente sul fatto che la granulometria dell'acciaio aumenta rapidamente dopo la tempra a 900 ° C. Le Fig. 3D ed e mostrano la martensite fine e la bainite inferiore con una piccola quantità di ferrite piccola e granulare. L'area bianca è martensite spenta, che è relativamente resistente alla corrosione della bainite, quindi il colore è più chiaro; la struttura aghiforme nera è la bainite inferiore; la macchia nera è inclusioni.
Poiché il foro di installazione del martello trituratore è raffreddato ad aria e la temperatura di tempra è bassa, la ferrite non può dissolversi completamente nella matrice. Pertanto, una piccola quantità di ferrite rimane nella matrice martensitica sotto forma di piccoli pezzi e particelle, il che porta alla diminuzione della durezza.
Risultati
Dopo la fusione, abbiamo inviato due set di martelli trituratori al nostro cliente, un set di martelli trituratori in acciaio resistente all'usura in lega, un set di martelli trituratori in acciaio al manganese. Sulla base del feedback dei clienti, i martelli trituratori in lega di acciaio resistente all'usura hanno una durata di 1.6 volte superiore a martello trituratore al manganese.