Fundição de Aço Manganês

Fundição de fundição de aço manganês

A Qiming Machinery é uma das famosas fundições de aço manganês na China. Existem mais de 12,000 toneladas de peças de desgaste de fundição de aço manganês que são fundidas em nossa fundição. Essas peças de desgaste de fundição de aço manganês incluem:

• Peças de desgaste do triturador
• Peças de desgaste para trituradores
• Bandeja Alimentadora de Avental
• Forros de moinho
• Outras peças de desgaste de manganês

Todas as peças de desgaste fundidas de aço manganês da Qiming Machinery são apoiadas pelo sistema de controle de qualidade ISO9001: 2015. Em comparação com outras fundições de aço manganês, a Qiming Machinery tem as seguintes vantagens:

• Peso de fundição disponível de 5kg a 12000kg;
• Três linhas de produção podem ser usadas. A linha de produção de fundição em areia perdeu a linha de produção de fundição de espuma e a linha de produção de fundição de método V;
• Nossa fundição passou pelo sistema de controle de qualidade ISO9001: 2018;
• Qualidade estável com preço adequado;
• Engenheiros profissionais fornecem desenhos de medidas e serviços de produtos de design.

Produtos

O que é aço manganês?

O aço manganês, também chamado de aço Hadfield ou mangalloy, é uma liga de aço que contém 12-14% de manganês. Reconhecido por sua alta resistência ao impacto e resistência à abrasão em seu estado endurecido, o aço é frequentemente descrito como o aço endurecível definitivo.

História

• No ano de 1882, Roberto Hadfield aço manganês creat Mn14;
• Em meados do século 20, a USA Climax projeta aço de manganês médio;
• Em meados do século 20 até agora, são desenvolvidos aços com alto teor de manganês e super alto manganês.

Na China, é o padrão GB / T 5680-2010.

Nos EUA, é o padrão ASTM A128.

A capacidade do aço manganês de endurecer devido à carga de impacto, juntamente com sua excepcional tenacidade, o tornam a melhor escolha de material de desgaste para muitas aplicações exigentes. Portanto, o aço manganês é amplamente utilizado em peças de desgaste da indústria.

• Peças de desgaste do britador, que incluem placa de mandíbula, mantas de britador de cone, revestimentos de tigela de britador de cone, mantas de britador giratórias e alguma placa de bochecha;
• Peças de desgaste de pás de mineração, que incluem trackpads;
• Peças de desgaste do triturador, que incluem martelo triturador, grelhas trituradoras e bigornas trituradoras;

Elementos diferentes têm funções e efeitos diferentes nas peças de desgaste da fundição de aço manganês.

Elemento Carbono. O carbono é um dos dois elementos mais importantes nos aços manganês, juntamente com o manganês. Os aços manganês são uma solução supersaturada de carbono. Para a maioria dos aços manganês padrão, o carbono e o manganês estão em uma proporção aproximada de Mn/C = 10. Esses aços, portanto, são tipicamente compostos por 12% de Mn e 1.2% de C. Essa proporção foi estabelecida principalmente pelas limitações da fabricação de aço na época, e a proporção fixa não tem significado real. O aumento do teor de carbono eleva a resistência ao escoamento e reduz a ductilidade. Veja a figura a seguir para os efeitos do aumento do teor de carbono nas propriedades do aço com 13% de manganês.

Efeito do carbono nas propriedades de tração do aço manganês

A maioria dos aços manganês é usada em abrasão por goivagem e situações de desgaste de alto impacto, de modo que os fabricantes tentam maximizar o conteúdo de carbono. Limites práticos existem e como o conteúdo de carbono excede 1.3% de rachaduras e carbonetos de contorno de grão não dissolvidos se tornam mais prevalentes. As classes premium de aços manganês, aqueles com alto teor de manganês, empurraram o limite superior de carbono bem além de 1.3%.

Elemento Manganês. O manganês é um estabilizador da austenita e torna possível esta família de ligas. Ele diminui a temperatura de transformação da austenita em ferrita e, portanto, ajuda a manter uma estrutura totalmente austenítica à temperatura ambiente. Ligas com 13% de Mn e 1.1% de C têm temperaturas de início de transformação martensítica abaixo de -190°C (-328°F). O limite inferior para o teor de manganês em aço manganês austenítico comum é próximo de 10%. Níveis crescentes de manganês tendem a aumentar a solubilidade de nitrogênio e hidrogênio no aço. Existem ligas premium com teores mais elevados de carbono e elementos de liga adicionais, com níveis de manganês entre 16% e 25%. Essas ligas são propriedade exclusiva de seus fabricantes.

Elemento silício. O teor de silício especificado no aço de alto manganês é de 0.3% a 0.8%. O silício reduz a solubilidade do carbono na austenita, promove a precipitação de carbonetos e reduz a resistência ao desgaste e a tenacidade ao impacto do aço. Portanto, o teor de silício deve ser controlado no limite inferior especificado.

Elemento Fósforo. O teor especificado para aço com alto teor de manganês é P ≤ 0.7%. Durante a fundição do aço com alto teor de manganês, devido ao alto teor de fósforo no ferromanganês, o teor de fósforo no aço geralmente é elevado. Como o fósforo reduz a resistência ao impacto do aço e facilita a fissuração da peça fundida, o teor de fósforo no aço deve ser reduzido ao máximo.

Elemento Enxofre. A especificação do aço com alto teor de manganês exige S ≤ 0.05%. Devido ao alto teor de manganês, a maior parte do enxofre e do manganês presentes no aço se combinam para formar sulfeto de manganês (MNS), que entra na escória. Portanto, o teor de enxofre no aço costuma ser baixo (geralmente não superior a 0.03%). Consequentemente, o efeito nocivo do enxofre no aço com alto teor de manganês é maior do que o do fósforo.

Elemento Cromo. O cromo é utilizado para aumentar a resistência à tração e a resistência ao escoamento dos aços manganês. Adições de até 3.0% são frequentemente utilizadas. O cromo aumenta a dureza após recozimento em solução e diminui a tenacidade do aço manganês. O cromo não aumenta o nível máximo de dureza por trabalho a frio nem a taxa de endurecimento por deformação. Aços com cromo requerem temperaturas de tratamento térmico mais elevadas, pois os carbonetos de cromo são mais difíceis de dissolver em solução. Em algumas aplicações, o cromo pode ser benéfico, mas em muitas outras, não há benefício em adicionar cromo ao aço manganês.

Elemento Molibdênio. A adição de molibdênio aos aços manganês resulta em diversas alterações. Primeiramente, a temperatura de início da transformação martensítica é reduzida, o que estabiliza ainda mais a austenita e retarda a precipitação de carbonetos. Em seguida, a adição de molibdênio altera a morfologia dos carbonetos que se formam durante o reaquecimento após o tratamento de solubilização do material. Filmes de carbonetos aciculares normalmente se formam nos contornos de grão, mas, após a adição de molibdênio, os carbonetos que precipitam coalescem e se dispersam pelos grãos. O resultado dessas alterações é o aumento da tenacidade do aço pela adição de molibdênio. Outro benefício da adição de molibdênio é a melhoria das propriedades mecânicas do aço fundido. Isso pode ser uma vantagem real durante a produção de peças fundidas. Em aços com maior teor de carbono, o molibdênio aumenta a tendência à fusão incipiente, portanto, deve-se ter cuidado para evitar esse fenômeno, pois as propriedades mecânicas resultantes serão severamente prejudicadas.

Elemento Níquel. O níquel é um forte estabilizador da austenita. Ele pode prevenir transformações e a precipitação de carbonetos, mesmo em taxas de resfriamento reduzidas durante a têmpera. Isso torna o níquel um aditivo útil em produtos com grandes dimensões. O aumento do teor de níquel está associado ao aumento da tenacidade, a uma ligeira queda na resistência à tração e não afeta o limite de escoamento. O níquel também é usado em materiais de adição para soldagem de aços manganês, permitindo que o material depositado fique livre de carbonetos. É comum que esses materiais apresentem níveis mais baixos de carbono, juntamente com níveis elevados de níquel, para produzir o resultado desejado.

Elemento Alumínio. O alumínio é usado para desoxidar o aço manganês, o que pode prevenir poros e outros defeitos causados ​​por gases. Normalmente, adiciona-se 3 libras por tonelada na panela de fundição. O aumento do teor de alumínio diminui as propriedades mecânicas do aço manganês, ao mesmo tempo que aumenta a fragilidade e a fissuração a quente. Na prática, é aconselhável manter os resíduos de alumínio relativamente baixos para a maioria dos tipos de aço manganês.

Elemento Titânio. O titânio pode ser usado para desoxidar o aço manganês. Além disso, o titânio pode sequestrar o nitrogênio gasoso presente nos nitretos de titânio. Esses nitretos são compostos estáveis ​​em temperaturas de fabricação de aço. Uma vez sequestrado, o nitrogênio não está mais disponível para causar porosidade nas peças fundidas. O titânio também pode ser usado para refinar o tamanho do grão, mas o efeito é mínimo em seções mais espessas.

Características de desempenho

O aço manganês padrão é Mn13. Após o tratamento antidesgaste, a superfície do material pode atingir 500-550 de dureza Brinell, continuar a manter a flexibilidade interna, minimizar o atrito da superfície, pode ser soldada com aço de alto manganês ou materiais semelhantes, pode ser cortada por tocha de acetileno, não magnética, etc.

Parâmetro técnico

Refino: para melhorar a qualidade do aço fundido, o processo de refino secundário tem sido cada vez mais utilizado. Desde a década de 1980, ele também vem sendo empregado na produção de aço com alto teor de manganês. Após o refino, as inclusões são reduzidas, a distribuição é melhorada e a resistência mecânica aumenta de 657 MPa para 834 MPa, podendo a resistência ao desgaste ser aumentada em até 30%.

Fundição por suspensão: a temperatura de vazamento influencia significativamente as propriedades do aço de alto manganês. Os fabricantes geralmente dispõem de fornos de grande capacidade, longos tempos de vazamento e controle de temperatura complexo. Apesar das diversas medidas adotadas, a presença de grãos grosseiros não pode ser evitada. Estudos têm demonstrado que a adição contínua de 2% a 3% de pó de ferro (com tamanho de partícula de 0.15 a 0.3 µm) ou de uma mistura de pó de ferromanganês e pó de ferro ao aço fundido durante o vazamento resulta em um resfriamento interno, aumentando o núcleo de cristalização, melhorando as propriedades do aço de alto manganês e elevando sua resistência ao desgaste em 30% a 50%. No entanto, é fundamental atentar para a redução da fluidez do aço após a adição do pó.

Liga superficial: para melhorar a resistência ao desgaste e economizar elementos de liga, o método de adição de liga na superfície pode atingir esse objetivo. As medidas específicas incluem a aplicação de revestimento de liga na superfície do molde, a aspersão de pó de ferro-manganês ou de lâminas de ferro fundido com liga, a fusão e soldagem desses materiais após o vazamento do aço fundido, o que melhora o desempenho superficial das peças fundidas. Atualmente, o eletrodo contendo cromo é usado para soldagem de revestimento em aço com alto teor de manganês para melhorar o desempenho superficial das peças fundidas. Alta resistência ao desgaste; o revestimento com pó de cromo em bloco também apresenta excelente efeito.

Endurecimento por explosão: o endurecimento do aço de alto manganês por laminação e jateamento não é o método ideal. A alta pressão de 3 × 10⁷ kPa, produzida pela explosão em um curtíssimo período de tempo, faz com que a superfície do aço de alto manganês forme uma camada endurecida de 40 a 50 mm. A dureza dessa camada endurecida atinge HB 300 a HB 500, podendo dobrar o limite de escoamento e aumentar a resistência ao desgaste em 50%. Este método é o mais eficaz para o aço de alto manganês padrão.

Tratamento de têmpera em água após fundição: após a solidificação do aço de alto manganês, o calor residual é utilizado para o tratamento de têmpera em água acima de 960 °C, o que pode reduzir a descarbonetação superficial, encurtar o ciclo de produção e economizar energia. Este método pode ser utilizado para peças fundidas de pequeno e médio porte com espessura de parede adequada. A fábrica de máquinas de cimento de Tangshan utilizou este método na fundição de uma placa de revestimento de aço de alto manganês com molde metálico, mas a temperatura da água de entrada deve ser cuidadosamente controlada.

Endurecimento por precipitação: após o tratamento de têmpera em água do aço manganês padrão, não é adequado reaquecê-lo. Após a adição de elementos de liga, o tratamento térmico de endurecimento por precipitação pode ser usado para fortalecer a matriz do aço manganês, e carbonetos granulares dispersos são distribuídos na matriz para melhorar a resistência ao desgaste.

Para a condição de desgaste abrasivo de impacto fraco:

o aço com alto teor de manganês não pode trabalhar basicamente no endurecimento. Devido à pequena força de impacto e à baixa exigência de tenacidade do material, materiais com alta dureza original podem ser selecionados, como transporte aéreo e tubulação de transmissão hidráulica, que pode ser feita de pedra fundida de basalto. Para o segundo e terceiro silos do moinho de cimento, o meio de moagem é pequeno e a força de impacto é pequena, então os materiais frágeis resistentes ao desgaste, como ferro fundido com baixo teor de cromo, ferro fundido com alto teor de cromo e até mesmo ferro fundido branco podem ser selecionados. A vida útil do aço manganês pode ser aumentada de 1 a 4 vezes.

Para condições de desgaste abrasivo de baixo impacto:

Embora o aço com alto teor de manganês possa produzir endurecimento por trabalho, sua dureza é muito baixa. Devido à força de baixo impacto, podem ser selecionados aço com alto teor de carbono e alto manganês, aço com manganês médio, aço bainítico, aço martensita de baixa liga e ferro dúctil bainita. Por exemplo, para a placa de revestimento (silo No.1) do moinho grande, a vida útil da liga de aço martensítico zg42crmnsi2mo pode ser aumentada em 2-3 vezes sem deformação. Principalmente agora, o meio de moagem na moagem de cimento populariza gradativamente o uso de bola fundida de alto cromo, que não condiz bem com a dureza da placa de revestimento de aço manganês, o que acelera a deformação da placa de revestimento e reduz a vida útil, o que mostra a necessidade de substituir o aço com alto teor de manganês. Ao triturar o material com dureza Proctor f ≤ 12, a vida útil da placa de britagem de mandíbula 400 × 600 feita de aço martensítico de liga média pode ser aumentada em 20% ～ 50%, e as sobras de ferro no material triturado podem ser sugadas para melhorar a pureza do material, o que é benéfico para aumentar a brancura do cimento branco e reduzir a pequena cavidade de óxido de ferro do tijolo de sílica. Além disso, o pequeno martelo triturador pode ser feito de aço com uma certa tenacidade de 12 kg.

Para condições de desgaste abrasivo de médio impacto:

Por exemplo, quando a energia de impacto é 4J, é equivalente a esmagar o minério com F = 12-14. O aço martensítico e o aço com alto manganês modificado com melhor tenacidade podem ser selecionados para a placa de engrenagem, e sua resistência ao desgaste é aumentada em 20% - 100% em comparação com o aço com alto manganês. Também usamos placas dentais de aço fundido com alto teor de manganês e aço fundido com alto cromo para esmagar granito. A vida útil do aço manganês é aumentada em 2.5 vezes.

Para condições de desgaste abrasivo de forte impacto:

quando a energia de impacto é maior que 5J e a dureza do minério é f = 16-19, a segurança ou resistência ao desgaste do aço martensítico como placa de dente ou placa de revestimento não é suficiente, e o material da série de aço com alto teor de manganês ainda é necessário. Por exemplo, a resistência ao desgaste do britador de cone de φ 200 é cerca de 50% maior do que a do aço com alto manganês padrão, usando aço com alto manganês modificado com cromo e titânio para esmagar f = 17-19 minérios. Ao triturar f = 12-14 minérios, a resistência ao desgaste aumenta em 70% - 100%, o que significa que a lacuna de resistência ao desgaste entre os dois é reduzida no caso de forte desgaste por impacto. É possível que na condição de um forte impacto, suas taxas de endurecimento por trabalho sejam semelhantes. A dureza original do aço com alto manganês modificado é maior, e a dureza da superfície do aço com alto manganês modificado permanece alta, atingindo cerca de hv700, enquanto que a do aço com alto manganês padrão é mais do que hv600 após o endurecimento, mas a diferença de dureza é menor do que sob o impacto moderado, resultando na diferença de resistência ao desgaste também reduzida. Aço manganês ultra-alto pode ser usado para garantir a operação normal de alguns martelos de grande porte sob forte impacto. Quando a dureza do minério f ≤ 14, a vida útil do aço martensítico de baixa liga é cerca de 50% maior do que a do aço padrão com alto manganês. Para minério com dureza f> 14, o aço padrão com alto manganês ainda é usado na China. A produção e o uso de aço com alto manganês modificado são afetados devido ao alto custo da matéria-prima, processo de produção complexo e requisitos rígidos. Em países estrangeiros, o aço martensítico é a primeira escolha de material de revestimento e, em seguida, o revestimento de borracha é amplamente utilizado. Sua vida útil pode ser aumentada em 1-5 vezes em comparação com o aço de alto manganês padrão, e o consumo de energia, o consumo de bolas, o ruído do moinho e a intensidade do trabalho durante a manutenção também são reduzidos. A indústria de produtos de borracha da China está desenvolvendo este produto.

As propriedades exclusivas de resistência ao desgaste do aço manganês também o tornam muito difícil de usinar, na melhor das hipóteses. Nos primórdios da produção de aço manganês, pensava-se que não era usinável e usava-se retificação para dar forma às peças. Agora, com ferramentas de corte modernas, é possível tornear, furar e moer aços manganês. Aço manganês
não usina como outros aços e normalmente requer ferramentas feitas com um ângulo de saída negativo. Além disso, velocidades de superfície relativamente baixas com grandes profundidades de corte produzem os melhores resultados. Esse arranjo produz altas forças de corte e o equipamento e as ferramentas devem ser robustos para suportar essas forças. Qualquer vibração do ferramental pode adicionar ao endurecimento do trabalho da superfície sendo usinada. A maioria dos cortes normalmente é feita sem qualquer tipo de lubrificação. Durante a usinagem de manganês, é importante remover continuamente a zona endurecida por trabalho com o próximo corte. Pequenos cortes de acabamento ou vibração da ferramenta causarão a dureza para construir e fazer
a superfície restante virtualmente não usinável.

Idealmente, os aços manganês tratados termicamente terão uma microestrutura austenítica de granulação fina totalmente homogeneizada. O tamanho do grão é uma função da temperatura de vazamento e o tratamento térmico normalmente não influencia o tamanho do grão. Alguns tentaram desenvolver estratégias de tratamento térmico que primeiro transformassem a estrutura em uma estrutura perlítica, que permitiria o refinamento do grão no tratamento térmico final. Essas estratégias não foram amplamente aceitas ou implementadas por vários motivos. Um dos motivos é que esses ciclos se tornam caros devido às altas temperaturas do forno e aos longos tempos de espera necessários. Além disso, a liga frequentemente não era significativamente melhorada por esses ciclos.

O ciclo de tratamento térmico típico para a maioria dos aços manganês consiste em um recozimento em solução seguido por uma têmpera em água. Este ciclo pode começar à temperatura ambiente ou a uma temperatura elevada dependendo da temperatura inicial das peças fundidas. A temperatura inicial no forno de tratamento térmico é ajustada para ser próxima à temperatura de fundição e então é aumentada em uma taxa lenta a moderada até que a temperatura de imersão seja atingida. As temperaturas de imersão são tipicamente altas para facilitar a dissolução de qualquer carboneto que possa estar presente. As temperaturas em ou perto de 2000 ° F são normalmente usadas para atingir o efeito de homogeneização desejado. A composição química da liga definirá a temperatura de imersão.

Fundições de aço manganês requerem uma rápida têmpera em água após a imersão em alta temperatura. Esta têmpera deve ocorrer imediatamente após as peças fundidas serem removidas do forno de tratamento térmico. A taxa dessa têmpera precisa ser alta o suficiente para evitar qualquer precipitação de carbonetos. A Figura 8 mostra a microestrutura do aço manganês devidamente temperado. Uma têmpera lenta pode reduzir drasticamente a tenacidade do material. Na condição temperada, as peças fundidas de aço manganês podem ser finalmente processadas com poucos cuidados especiais.

O único item a evitar com fundições de aço manganês tratado termicamente é o reaquecimento acima de 500 ° F. Temperaturas iguais ou acima deste nível causarão a precipitação de carbonetos aciculares, o que pode reduzir drasticamente a tenacidade. Este efeito é o tempo e a temperatura baseados em tempos mais longos e temperaturas mais altas, ambos causando maiores perdas de tenacidade.