Сталь с высоким содержанием марганца широко используется при литье молотов небольшого веса (обычно менее 90 кг). Однако для измельчителей металла (обычно весом около 200-500 кг) марганцевая сталь не подходит. В нашем литейном производстве для отливки больших измельчителей используется низколегированная сталь.
Выбор материала отбойного молотка из низколегированной стали
При разработке состава сплава необходимо полностью учитывать его эксплуатационные характеристики. Принцип конструкции - обеспечить достаточную закаливаемость, высокую твердость и ударную вязкость. Внутреннее напряжение бейнита обычно ниже, чем у мартенсита, а износостойкость бейнита лучше, чем у мартенсита при той же твердости. Состав легированной стали следующий:
Углеродный элемент. Углерод - ключевой элемент, влияющий на микроструктуру и свойства низколегированной и среднелегированной износостойкой стали. Различное содержание углерода может иметь различное соответствие между твердостью и ударной вязкостью. Низкоуглеродистый сплав имеет более высокую ударную вязкость, но более низкую твердость, высокоуглеродистый сплав имеет высокую твердость, но недостаточную вязкость, а среднеуглеродистый сплав имеет высокую твердость и хорошую ударную вязкость. Для получения высокой ударной вязкости, соответствующей условиям эксплуатации крупных и толстых износостойких деталей с большой ударной силой, диапазон низкоуглеродистой стали составляет 0.2 ~ 0.3%.
Си элемент. Si в основном играет роль упрочняющего раствора в стали, но слишком высокое содержание Si увеличивает хрупкость стали, поэтому его содержание составляет 0.2 ~ 0.4%.
Mn Элемент. Китай богат ресурсами марганца и дешев, поэтому он стал основным добавочным элементом низколегированной износостойкой стали. С одной стороны, марганец в стали играет роль упрочняющего раствора для повышения прочности и твердости стали, а с другой стороны, он улучшает прокаливаемость стали. Однако избыток марганца увеличивает объем остаточного аустенита, поэтому содержание марганца определено на уровне 1.0–2.0%.
Cr Элемент. Cr играет ведущую роль в низколегированной износостойкой литой стали. Cr может быть частично растворен в аустените для упрочнения матрицы без снижения ударной вязкости, отсрочки превращения переохлажденного аустенита и повышения закаливаемости стали, особенно при правильном сочетании с марганцем и кремнием способность к упрочнению может быть значительно улучшена. Cr имеет более высокое сопротивление отпуску и может сделать свойства толстой торцевой поверхности однородными. Таким образом, содержание Cr составляет 1.5-2.0%.
Элемент Мо. Мо может эффективно улучшить микроструктуру после литья, улучшить однородность поперечного сечения, предотвратить возникновение отпускной хрупкости, улучшить стабильность при отпуске и ударную вязкость стали. Результаты показывают, что закаливаемость стали значительно улучшается, а прочность и твердость стали могут быть улучшены. Однако из-за высокой цены количество добавляемого Мо регулируется в пределах 0.1-0.3% в зависимости от размера и толщины стенок деталей.
Элемент Ni. Ni является основным элементом сплава для образования и стабилизации аустенита. Добавление определенного количества Ni может улучшить закаливаемость и заставить микроструктуру сохранить небольшое количество остаточного аустенита при комнатной температуре, что повысит его ударную вязкость. Но цена на Ni очень высока, а содержание добавляемого Ni составляет 0.1-0.3%.
Элемент Cu. Cu не образует карбидов и существует в матрице в виде твердого раствора, который может улучшить ударную вязкость стали. Кроме того, Cu имеет эффект, аналогичный Ni, который может улучшить прокаливаемость и электродный потенциал матрицы, а также повысить коррозионную стойкость стали. Это особенно важно для износостойких деталей, работающих в условиях мокрого шлифования. Добавка Cu в износостойкую сталь составляет 0.8-1.00%.
Элемент трассировки. Добавление микроэлементов в низколегированную износостойкую сталь - один из наиболее эффективных методов улучшения ее свойств. Он может улучшить микроструктуру после литья, очистить границы зерен, улучшить морфологию и распределение карбидов и включений, а также сохранить достаточную ударную вязкость низколегированной износостойкой стали.
SP Element. Это вредные элементы, которые легко образуют в стали межзеренные включения, увеличивают хрупкость стали и повышают склонность отливок к растрескиванию во время литья и термообработки. Следовательно, P и s должны быть меньше 0.04%.
Таким образом, химический состав легированной износостойкой стали представлен в следующей таблице:
Таблица: Химический состав легированной износостойкой стали | ||||||||
Элемент | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | В.РЕ |
Содержание | 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 | Обычные детали |
Процесс плавки
Сырье плавили в индукционной печи средней частоты 1 Тл. Сплав был приготовлен из стального лома, чугуна, низкоуглеродистого феррохрома, ферромарганца, ферромолибдена, электролитического никеля и редкоземельного сплава. После плавления перед печью берут пробы на химический анализ, и по результатам анализа добавляют сплав. Когда состав и температура соответствуют требованиям к выпуску, алюминий вводится для раскисления; в процессе выпуска для модификации добавляются редкоземельные элементы Ti и V.
Заливка и литье
В процессе формования используется литье в песчаные формы. После выгрузки жидкой стали из печи ее помещают в ковш. Когда температура опускается до 1 450 ℃, начинается розлив. Чтобы расплавленная сталь быстро заполняла песчаную форму, следует использовать более крупную систему вентилей (на 20% больше, чем у обычной углеродистой стали). Чтобы улучшить время подачи и подающую способность стояка, холодный чугун используется для согласования с стояком, а метод внешнего нагрева принят для получения плотной литой конструкции. Размер разливочного большого измельчителя-молота составляет 700 мм * 400 мм * 120 мм, а вес одной детали - 250 кг. После очистки отливки проводят высокотемпературный отжиг, а затем вырезают литник и стояк.
Термическая обработка
Применяется процесс термической обработки закалки и отпуска. Чтобы предотвратить образование трещин при закалке в монтажном отверстии, применяется метод локальной закалки. Для нагрева отливки использовали коробчатую печь сопротивления, температура аустенизации составляла (900 ± 10 ℃), а время выдержки составляло 5 часов. Скорость охлаждения специального средства для закалки жидкого стекла находится между водой и маслом. Очень полезно предотвратить закалочную трещину и закалочную деформацию, а закалочная среда имеет низкую стоимость, хорошую безопасность и практичность. После закалки применяется процесс низкотемпературного отпуска, температура отпуска составляет (230 ± 10) ℃, а время выдержки составляет 6 часов.
Контроль качества
Основные критические точки стали были измерены оптическим дилатометром dt1000, а кривая изотермического превращения переохлажденного аустенита была измерена методом металлографической твердости.
По кривой кривой TTT мы можем узнать:
- Между кривыми превращения высокотемпературного феррита, перлита и среднетемпературного бейнита видны явные области залива. C-кривая перлитного превращения отделена от кривой бейнитного превращения, показывая закон появления независимой C-кривой, которая принадлежит к типу двух «носов», тогда как область бейнита ближе к S-кривой. Поскольку сталь содержит карбидообразующие элементы Cr, Mo и т. Д., Эти элементы растворяются в аустените во время нагрева, что может замедлить разложение переохлажденного аустенита и снизить скорость его разложения. В то же время они также влияют на температуру разложения переохлажденного аустенита. Cr и Mo заставляют зону превращения перлита двигаться к более высокой температуре и понижают температуру превращения бейнита. Таким образом, кривая превращения перлита и бейнита разделяется на кривой TTT, и в середине появляется метастабильная зона переохлажденного аустенита, которая составляет около 500-600 ℃.
- Температура кончика стали составляет около 650 ℃, диапазон температур перехода феррита составляет 625-750 ℃, диапазон температур превращения перлита составляет 600-700 ℃, а диапазон температур превращения бейнита составляет 350-500 ℃.
- В области высокотемпературного превращения самое раннее время для осаждения феррита составляет 612 с, самый короткий период инкубации перлита составляет 7 270 с, а степень превращения перлита достигает 50% при 22 860 с; инкубационный период бейнитного превращения составляет около 20 с при 400 ℃, а мартенситное превращение происходит при температуре ниже 340 ℃. Видно, что сталь имеет хорошую закаливаемость.
Механические свойства измельчителя из низколегированной стали
Были взяты образцы из опытного изготовления большого корпуса молоткового измельчителя, и образец полосы размером 10 мм * 10 мм * 20 мм был разрезан проволочной резкой снаружи внутрь, и твердость была измерена от поверхности к центру. Положение отбора проб показано на рис. 2. №1 и №2 снимаются с корпуса молоткового измельчителя, а №3 - от установочного отверстия. Результаты измерения твердости приведены в таблице 2.
Таблица 2: твердость молотков измельчителя | |||||||
образцы | Расстояние от поверхности / мм | Средняя | Итого Среднее | ||||
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 |
Из таблицы 2 видно, что твердость HRC корпуса молотка (№1) больше 48.8, а твердость установочного отверстия (№3) относительно ниже. Корпус молота - основная рабочая часть. Высокая твердость корпуса молота обеспечивает высокую износостойкость; низкая твердость монтажного отверстия может обеспечить высокую ударную вязкость. Таким образом соблюдаются различные требования к характеристикам различных деталей. На одном образце можно обнаружить, что твердость поверхности обычно выше, чем твердость сердцевины, а диапазон колебаний твердости не очень велик.
Механические свойства измельчителя из сплава | |||
Товар | #1 | #2 | #3 |
ударная вязкость (Дж · см * см) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
предел прочности на разрыв / МПа | 1548 | 1369 | / |
расширяемость /% | 8 | 6.67 | 7 |
Уменьшение площади /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Данные по ударной вязкости, прочности на разрыв и удлинению показаны в таблице 3. Из таблицы 3 видно, что ударная вязкость U-образного образца молота по Шарпи составляет более 40 Дж / см2, а максимальная ударная вязкость монтажное отверстие 58.58 Дж / см * см; удлинение перехваченных образцов составляет более 6.6%, а предел прочности при растяжении - более 1360 МПа. Ударная вязкость стали выше, чем у обычной низколегированной стали (20-40 Дж / см2). Вообще говоря, чем выше твердость, тем меньше вязкость. Из приведенных выше экспериментальных результатов видно, что это правило в основном ему соответствует.
микроструктура
Микроструктура Небольшой образец был вырезан из сломанного конца ударного образца, а затем металлографический образец был подготовлен путем шлифования, предварительного шлифования и полировки. Распределение включений наблюдали в условиях отсутствия эрозии, а структуру матрицы наблюдали после эрозии 4% -ным спиртом азотной кислоты. Несколько типичных конструкций измельчителей из сплавов показаны на рис.3.
На рис. 3А показана морфология и распределение включений в стали. Видно, что количество и размер включений относительно малы, без усадочной полости, усадочной пористости и пористости. Из рисунков 3b, C, D и E видно, что как приповерхностное, так и близкое к центру положение
Результаты показывают, что затвердевшая структура получается от поверхности к центру, и достигается достаточная способность к упрочнению. Микроструктура около центра крупнее, чем на поверхности, поскольку ядро является местом окончательного затвердевания, скорость охлаждения низкая и зерна легко растут.
Матрица на рис. 3b и C представляет собой реечный мартенсит с равномерным распределением. Рейка на рис. 3b относительно небольшая, рейка на рис. 3С относительно толстая, и некоторые из них расположены под углом 120 °. Результаты показывают, что увеличение количества мартенсита после закалки при 900 ℃ в основном основано на том факте, что размер зерна стали быстро увеличивается после закалки при 900 ℃. Рис. 3D и e показывают мелкий мартенсит и нижний бейнит с небольшим количеством мелкого и зернистого феррита. Белая область - это закаленный мартенсит, который относительно устойчив к коррозии, чем бейнит, поэтому цвет светлее; черная игольчатая структура - нижний бейнит; черное пятно - вкрапления.
Поскольку установочное отверстие измельчителя-молота охлаждается на воздухе, а температура закалки низкая, феррит не может полностью раствориться в матрице. Следовательно, небольшое количество феррита остается в матрице мартенсита в виде мелких кусочков и частиц, что приводит к снижению твердости.
Итоги
После литья мы отправили нашему заказчику два комплекта измельчителей, один набор измельчителей из легированной стали, износостойкой стали, один набор измельчителей из марганцевой стали. По отзывам клиентов, срок службы измельчителей из легированной износостойкой стали в 1.6 раза больше, чем у измельчителей. молоток для измельчения марганца.