O aço com alto teor de manganês é amplamente utilizado na fundição de martelos de pequeno peso (normalmente menos de 90 kg). No entanto, para martelos trituradores de reciclagem de metal (normalmente pesam em torno de 200kg-500kg), o aço manganês não é adequado. Nossa fundição usa aço de baixa liga para fundir grandes martelos trituradores.
Seleção do elemento do material do martelo triturador de aço de baixa liga
O projeto de composição da liga deve considerar totalmente o cumprimento dos requisitos de desempenho da liga. O princípio do projeto é garantir temperabilidade suficiente e alta dureza e tenacidade. A tensão interna da bainita é geralmente menor do que a da martensita e a resistência ao desgaste da bainita é melhor do que a da martensita com a mesma dureza. A composição do aço de liga como o seguinte:
Elemento de carbono. O carbono é o elemento chave que afeta a microestrutura e as propriedades do aço de baixa e média liga resistente ao desgaste. Diferentes teores de carbono podem obter uma relação de correspondência diferente entre dureza e tenacidade. A liga de baixo carbono tem maior tenacidade, mas menor dureza, a liga de alto carbono tem alta dureza, mas resistência insuficiente, enquanto a liga de médio carbono tem alta dureza e boa tenacidade. A fim de obter alta tenacidade para atender às condições de serviço de peças grandes e espessas resistentes ao desgaste com grande força de impacto, a faixa de aço de baixo carbono é 0.2 ~ 0.3%.
Elemento Si. O Si desempenha principalmente um papel de reforço da solução no aço, mas um teor muito alto de Si aumentará a fragilidade do aço, de modo que seu conteúdo é de 0.2 a 0.4%.
Elemento Mn. A China é rica em recursos de manganês e de baixo preço, por isso se tornou o principal elemento aditivo do aço de baixa liga resistente ao desgaste. Por um lado, o manganês no aço desempenha o papel de reforço da solução para melhorar a resistência e a dureza do aço e, por outro lado, melhora a temperabilidade do aço. No entanto, o excesso de manganês aumentará o volume de austenita retido, de modo que o teor de manganês é determinado em 1.0-2.0%.
Elemento Cr. O Cr desempenha um papel de liderança no aço fundido de baixa liga resistente ao desgaste. O Cr pode ser parcialmente dissolvido na austenita para fortalecer a matriz sem reduzir a tenacidade, adiar a transformação da austenita sub-resfriada e aumentar a temperabilidade do aço, especialmente quando adequadamente combinado com manganês e silício, a temperabilidade pode ser muito melhorada. O Cr tem maior resistência ao revenido e pode uniformizar as propriedades da face da extremidade espessa. portanto, o teor de Cr é determinado como sendo 1.5-2.0%.
Elemento Mo. Mo pode efetivamente refinar a microestrutura fundida, melhorar a uniformidade da seção transversal, prevenir a ocorrência de fragilidade por têmpera, melhorar a estabilidade de têmpera e resistência ao impacto do aço. Os resultados mostram que a temperabilidade do aço é significativamente melhorada, e a resistência e dureza do aço podem ser melhoradas. Porém, devido ao alto preço, a quantidade de adição de Mo é controlada entre 0.1-0.3% de acordo com o tamanho e a espessura da parede das peças.
Elemento Ni. Ni é o principal elemento de liga para formar e estabilizar a austenita. A adição de uma certa quantidade de Ni pode melhorar a temperabilidade e fazer a microestrutura reter uma pequena quantidade de austenita retida em temperatura ambiente para melhorar sua tenacidade. Mas o preço do Ni é muito alto e o teor de Ni adicionado é de 0.1 a 0.3%.
Elemento Cu. O Cu não forma carbonetos e existe na matriz como uma solução sólida, o que pode melhorar a tenacidade do aço. Além disso, o Cu tem um efeito semelhante ao Ni, o que pode melhorar a temperabilidade e o potencial do eletrodo da matriz e aumentar a resistência à corrosão do aço. Isso é especialmente importante para peças resistentes ao desgaste, trabalhando em condições de retificação úmida. A adição de Cu no aço resistente ao desgaste é de 0.8-1.00%.
Elemento de rastreamento. Adicionar oligoelementos em aço de baixa liga resistente ao desgaste é um dos métodos mais eficazes para melhorar suas propriedades. Ele pode refinar a microestrutura fundida, purificar os contornos dos grãos, melhorar a morfologia e distribuição de carbonetos e inclusões e manter a tenacidade suficiente do aço resistente ao desgaste de baixa liga.
Elemento SP. Eles são elementos prejudiciais, que facilmente formam inclusões de contorno de grão no aço, aumentam a fragilidade do aço e aumentam a tendência de rachaduras das peças fundidas durante a fundição e o tratamento térmico. Portanto, P e s devem ser menores que 0.04%.
Portanto, a composição química da liga de aço resistente ao desgaste é mostrada na tabela a seguir:
Tabela: Composição Química Para Liga de Aço Resistente ao Desgaste | ||||||||
Element | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | V.RE |
Conteúdo | 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 | Raros |
Processo de Fundição
As matérias-primas foram fundidas em um forno de indução de média frequência 1 T. A liga foi preparada com sucata de aço, ferro-gusa, ferrocromo de baixo carbono, ferromanganês, ferromolibdênio, níquel eletrolítico e liga de terras raras. Após a fusão, amostras são retiradas para análise química antes do forno, e a liga é adicionada de acordo com os resultados da análise. Quando a composição e a temperatura atendem aos requisitos de vazamento, o alumínio é inserido para desoxidar; durante o processo de vazamento, Ti e V de terras raras são adicionados para modificação.
Derramamento e fundição
A fundição em molde de areia é usada no processo de moldagem. Depois que o aço fundido é descarregado do forno, ele é colocado na panela. Quando a temperatura cai para 1 450 ℃, o derramamento começa. Para fazer com que o aço fundido preencha o molde de areia rapidamente, um sistema de passagem maior (20% maior do que o aço carbono comum) deve ser adotado. A fim de melhorar o tempo de alimentação e a capacidade de alimentação do riser, o ferro frio é usado para combinar o riser e o método de aquecimento externo é adotado para obter a densa estrutura fundida. O tamanho do grande martelo triturador de vazamento é 700 mm * 400 mm * 120 mm e o peso de uma única peça é 250 kg. Depois que a peça fundida é limpa, o recozimento de alta temperatura é executado e, em seguida, o gating e o riser são cortados.
Tratamento térmico
O processo de tratamento térmico de têmpera e revenimento é adotado. A fim de evitar a fissura de têmpera no furo de instalação, o método de têmpera local é adotado. O forno de resistência tipo caixa foi usado para aquecer a fundição, a temperatura de austenitização foi (900 ± 10 ℃) e o tempo de espera foi de 5 h. A taxa de resfriamento do resfriador de vidro especial para água está entre água e óleo. É muito benéfico evitar a têmpera de trinca e deformação de têmpera, e o meio de têmpera tem baixo custo, boa segurança e praticidade. Após a têmpera, o processo de têmpera de baixa temperatura é adotado, a temperatura de têmpera é (230 ± 10) ℃ e o tempo de espera é 6 h.
Controle de qualidade
Os principais pontos críticos do aço foram medidos pelo dilatômetro óptico dt1000, e a curva de transformação isotérmica da austenita sub-resfriada foi medida pelo método da dureza metalográfica.
A partir da linha da curva TTT, podemos saber:
- Existem regiões óbvias da baía entre as curvas de transformação de ferrita de alta temperatura, perlita e bainita de média temperatura. A curva C da transformação da perlita é separada da transformação da bainita, mostrando a lei de aparecimento da curva C independente, que pertence a dois tipos de “nariz”, enquanto a região da bainita está mais próxima da curva S. Como o aço contém elementos formadores de carboneto Cr, Mo, etc., esses elementos se dissolvem em austenita durante o aquecimento, o que pode atrasar a decomposição da austenita sub-resfriada e reduzir sua taxa de decomposição. Ao mesmo tempo, eles também afetam a temperatura de decomposição da austenita sub-resfriada. Cr e Mo fazem com que a zona de transformação da perlita se mova para uma temperatura mais alta e baixe a temperatura de transformação da bainita. Desta forma, a curva de transformação de perlita e bainita é separada na curva TTT, e uma zona metaestável de austenita sub-resfriada aparece no meio, que é cerca de 500-600 ℃.
- A temperatura da ponta de ponta do aço é de cerca de 650 ℃, a faixa de temperatura de transição de ferrita é 625-750 ℃, a faixa de temperatura de transformação de perlita é 600-700 ℃ e a faixa de temperatura de transformação de bainita é 350-500 ℃.
- Na região de transformação de alta temperatura, o primeiro tempo para precipitar a ferrita é 612 s, o período de incubação mais curto da perlita é 7 270 s, e a quantidade de transformação da perlita atinge 50% em 22 860 s; o período de incubação da transformação da bainita é de cerca de 20 s a 400 ℃ e a transformação da martensita ocorre quando a temperatura está abaixo de 340 ℃. Pode-se observar que o aço possui boa temperabilidade.
Propriedade mecânica do martelo triturador de aço de baixa liga
As amostras foram retiradas do ensaio produzindo um grande corpo de martelo triturador, e uma amostra de tira de 10 mm * 10 mm * 20 mm foi cortada por corte de arame de fora para dentro, e a dureza foi medida da superfície ao centro. A posição de amostragem é mostrada na Fig. 2. # 1 e # 2 são retirados do corpo do martelo triturador e # 3 são retirados do orifício de instalação. Os resultados da medição de dureza são mostrados na Tabela 2.
Tabela 2: Dureza dos martelos trituradores | |||||||
amostras | Distância da superfície / mm | Média | Média 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 |
Pode ser visto na Tabela 2 que a dureza HRC do corpo do martelo (# 1) é maior que 48.8, enquanto a dureza do furo de montagem (# 3) é relativamente menor. O corpo do martelo é a parte principal de trabalho. A alta dureza do corpo do martelo pode garantir alta resistência ao desgaste; a baixa dureza do furo de montagem pode fornecer alta tenacidade. Desta forma, os diferentes requisitos de desempenho de diferentes peças são atendidos. A partir de uma única amostra, pode-se descobrir que a dureza da superfície é geralmente maior do que a dureza do núcleo e a faixa de flutuação da dureza não é muito grande.
Propriedades mecânicas do martelo triturador de liga | |||
item | #1 | #2 | #3 |
resistência ao impacto (J · cm * cm) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
resistência à tração / MPa | 1548 | 1369 | / |
extensibilidade /% | 8 | 6.67 | 7 |
Redução de área /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Os dados de resistência ao impacto, resistência à tração e alongamento são mostrados na Tabela 3. Pode ser visto na Tabela 3 que a resistência ao impacto do espécime Charpy em forma de U do martelo está acima de 40 J / cm2, e a maior tenacidade de o orifício de montagem é 58.58 J / cm * cm; o alongamento das amostras interceptadas é superior a 6.6% e a resistência à tração é superior a 1360 MPa. A tenacidade ao impacto do aço é maior do que a do aço de baixa liga comum (20-40 J / cm2). De modo geral, se a dureza for maior, a tenacidade diminuirá. A partir dos resultados experimentais acima, pode-se ver que esta regra está basicamente de acordo com ela.
Microestrutura
Microestrutura uma pequena amostra foi cortada da extremidade quebrada da amostra de impacto e, em seguida, a amostra metalográfica foi preparada por moagem, pré-moagem e polimento. A distribuição das inclusões foi observada na condição de não erosão, e a estrutura da matriz foi observada após ser erodida com álcool de ácido nítrico 4%. Várias estruturas típicas de martelos trituradores de liga são mostradas na Fig. 3.
A Fig. 3A mostra a morfologia e distribuição das inclusões no aço. Pode-se observar que o número e o tamanho das inclusões são relativamente pequenos, sem qualquer cavidade de retração, porosidade de retração e porosidade. A partir das figuras 3b, C, D e E, pode-se ver que tanto perto da superfície quanto perto da posição central
Os resultados mostram que a estrutura endurecida é obtida da superfície para o centro, obtendo-se temperabilidade suficiente. A microestrutura perto do centro é mais grosseira do que na superfície porque o núcleo é o local de solidificação final, a taxa de resfriamento é lenta e os grãos são fáceis de crescer.
A matriz na Fig. 3b e C é martensita ripada com distribuição uniforme. A ripa da Fig. 3b é relativamente pequena e a ripa da Fig. 3C é relativamente espessa e algumas delas estão dispostas em um ângulo de 120 °. Os resultados mostram que o aumento de martensita após a têmpera a 900 ℃ é principalmente baseado no fato de que o tamanho do grão do aço aumenta rapidamente após a têmpera a 900 ℃. As figuras 3D ee mostram martensita fina e bainita inferior com uma pequena quantidade de ferrita pequena e granular. A área branca é martensita temperada, que é relativamente resistente à corrosão do que a bainita, então a cor é mais clara; a estrutura em forma de agulha preta é bainita inferior; a mancha negra são inclusões.
Como o orifício de instalação do martelo triturador é resfriado ao ar e a temperatura de têmpera é baixa, a ferrita não pode se dissolver completamente na matriz. Portanto, uma pequena quantidade de ferrita permanece na matriz da martensita na forma de pequenos pedaços e partículas, o que leva à diminuição da dureza.
Resultados
Após a fundição, enviamos dois conjuntos de martelos trituradores para nosso cliente, um conjunto de martelos trituradores de aço resistente ao desgaste em liga e um conjunto de martelos trituradores de aço manganês. Com base no feedback do cliente, os martelos trituradores de aço resistentes ao desgaste de liga têm vida útil 1.6 vezes mais do que martelo triturador de manganês.