Високомарганцева сталь широко використовується для лиття маломолотих молотків (зазвичай менше 90 кг). Однак для металевих молотків-подрібнювачів (зазвичай вага становить близько 200 кг-500 кг) марганцева сталь не підходить. Наша ливарня використовує низьколеговану сталь для лиття великих подрібнювачів.
Вибір елемента матеріалу молотка з низьколегованої сталі
Конструкція складу сплаву повинна повністю враховувати відповідність вимогам до експлуатаційних характеристик сплаву. Принцип конструкції полягає у забезпеченні достатньої загартовуваності та високої твердості та в'язкості. Внутрішня напруга байніту, як правило, нижча, ніж у мартенситу, а зносостійкість бейніту краща, ніж у мартенситу при тій же твердості. Склад легованої сталі наступний:
Вуглецевий елемент. Вуглець є ключовим елементом, що впливає на мікроструктуру та властивості низько- та середньолегованої зносостійкої сталі. Різний вміст вуглецю може призвести до різного співвідношення твердості та в’язкості. Низьковуглецевий сплав має вищу в'язкість, але меншу твердість, високовуглецевий сплав має високу твердість, але недостатню в'язкість, тоді як середньовуглецевий сплав має високу твердість і хорошу в'язкість. Для того, щоб отримати високу в'язкість, щоб відповідати умовам експлуатації великих і товстих зносостійких деталей з великою ударною силою, діапазон низьковуглецевої сталі становить 0.2 ~ 0.3%.
Si елемент. Si в основному відіграє роль зміцнення розчину в сталі, але занадто високий Si збільшує крихкість сталі, тому його вміст становить 0.2 ~ 0.4%.
Mn Елемент. Китай багатий ресурсами марганцю і низькою ціною, тому він став основним елементом добавки до низьколегованої зносостійкої сталі. З одного боку, марганець у сталі виконує роль зміцнення розчину для поліпшення міцності та твердості сталі, а з іншого боку, покращує загартовуваність сталі. Однак надлишок марганцю збільшить збережений обсяг аустеніту, тому вміст марганцю визначається як 1.0-2.0%.
Cr-елемент. Cr відіграє провідну роль у низьколегованій зносостійкій литій сталі. Cr може бути частково розчинений в аустеніті, щоб зміцнити матрицю без зменшення в'язкості, відкласти трансформацію недостатньо охолодженого аустеніту та підвищити загартовуваність сталі, особливо при правильному поєднанні з марганцем та кремнієм, загартовуваність можна значно покращити. Cr має вищу стійкість до відпуску і може зробити властивості товстого торця рівномірними. тому вміст Cr визначається 1.5-2.0%.
Мо Елемент. Mo може ефективно вдосконалити литу мікроструктуру, поліпшити рівномірність поперечного перерізу, запобігти появі крихкості відпуску, поліпшити стабільність відпуску та ударну в'язкість сталі. Результати показують, що загартовуваність сталі значно покращується, а міцність і твердість сталі можуть бути покращені. Однак через високу ціну кількість додавання Mo контролюється в межах 0.1-0.3% відповідно до розміру та товщини стінок деталей.
Елемент Ni. Ni є основним елементом сплаву для утворення та стабілізації аустеніту. Додавання певної кількості Ni може поліпшити загартовуваність і зробити так, щоб мікроструктура зберігала невелику кількість затриманого аустеніту при кімнатній температурі для поліпшення його в'язкості. Але ціна Ni дуже висока, а вміст доданого Ni становить 0.1- 0.3%.
Елемент Cu. Cu не утворює карбідів і існує в матриці у вигляді твердого розчину, який може поліпшити в'язкість сталі. Крім того, Cu має подібний ефект до Ni, що може покращити загартовуваність і електродний потенціал матриці, а також підвищити корозійну стійкість сталі. Це особливо важливо для зносостійких деталей, що працюють в умовах вологого помелу. Додавання Cu в зносостійкій сталі становить 0.8-1.00%.
Мікроелемент. Додавання мікроелементів у низьколеговану зносостійку сталь є одним з найефективніших методів поліпшення її властивостей. Він може вдосконалювати литу мікроструктуру, очищати межі зерен, покращувати морфологію та розподіл карбідів та включень та підтримувати достатню в'язкість низьколегованої зносостійкої сталі.
Елемент ІП. Вони є шкідливими елементами, які легко утворюють в сталі граничні включення зерен, підвищують крихкість сталі та підвищують тенденцію до розтріскування виливків під час лиття та термічної обробки. Отже, P і s повинні бути менше 0.04%.
Отже, хімічний склад легованої зносостійкої сталі наведено в наступній таблиці:
Таблиця: Хімічний склад легованої зносостійкої сталі | ||||||||
Елемент | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | Cu | В.РЕ |
зміст | 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 | Рідкісний |
Процес виплавки
Сировину плавили в індукційній печі середньої частоти 1 Т. Сплав готували з металобрухту, чавуну, ферохрому з низьким вмістом вуглецю, феромарганцю, феромолібдену, електролітичного нікелю та рідкісноземельних сплавів. Після плавлення відбирають зразки для хімічного аналізу перед піччю і сплав додають за результатами аналізу. Коли склад і температура відповідають вимогам відведення, алюміній вставляється для деоксидування; під час процесу різання для модифікації додають рідкісноземельні Ti і V.
Лиття та лиття
У процесі лиття використовується лиття з піщаної форми. Після виходу розплавленої сталі з печі її поміщають в ківш. Коли температура опускається до 1 ℃, починається заливка. Для того, щоб розплавлена сталь швидко заповнювала піщану форму, слід застосувати більшу систему затворів (на 450% більшу, ніж у звичайної вуглецевої сталі). Для того, щоб покращити час подачі та здатність подачі стояка, для підбору стояка використовується холодне залізо, а для отримання щільної литої конструкції застосовується метод зовнішнього нагрівання. Розмір молота для подрібнення великого подрібнювача становить 20 мм * 700 мм * 400 мм, а вага цільної частини - 120 кг. Після очищення виливки проводять високотемпературний відпал, а потім обрізають ворота і стояк.
Термічна обробка
Прийнято процес термообробки та гарту. Для запобігання гартувальної тріщини на монтажному отворі застосовується локальний метод гарту. Коробчату піч опору використовували для нагрівання виливки, температура аустенізації становила (900 ± 10 ℃), а час витримки - 5 год. Швидкість охолодження спеціального гасителя водного скла знаходиться між водою та маслом. Дуже корисно запобігати гартуванню тріщин і деформаціям гарту, а середовище гартування має низьку вартість, хорошу безпеку та практичність. Після гартування застосовується процес низькотемпературного відпуску, температура відпуску становить (230 ± 10) ℃ і час витримки 6 год.
Контроль якості
Основні критичні точки сталі вимірювали оптичним дилатометром dt1000, а криву ізотермічного перетворення недоохолодженого аустеніту вимірювали методом металографічної твердості.
З лінії кривої TTT ми можемо знати:
- Між кривими перетворення високотемпературного фериту, перліту та бейніту із середньою температурою є очевидні райони затоки. Крива С перлітового перетворення відокремлена від кривої трансформації бейніту, показуючи закон зовнішнього вигляду незалежної С-кривої, яка належить до двох типів «носа», тоді як область бейніту знаходиться ближче до кривої S. Оскільки сталь містить елементи карбіду, що утворюють Cr, Mo та ін., Ці елементи при нагріванні розчиняються в аустеніті, що може затримати розкладання недостатньо охолодженого аустеніту та зменшити швидкість його розкладання. Водночас вони також впливають на температуру розкладання недостатньо охолодженого аустеніту. Cr і Mo змушують зону перетворення перліту переходити до більш високої температури та знижувати температуру перетворення бейніту. Таким чином, крива перетворення перліту та бейніту відокремлюється на кривій ТТТ, а в середині з’являється метаостабільна зона переохолодженого аустеніту, яка становить приблизно 500-600 ℃.
- Температура кінчика носа сталі становить близько 650 ℃, діапазон температур переходу фериту становить 625-750 ℃, діапазон температур перетворення перліту становить 600-700 ℃, а діапазон температур перетворення бейнітів становить 350-500 ℃.
- В області високотемпературної трансформації найраніший час осадження фериту становить 612 с, найкоротший інкубаційний період перліту - 7 270 с, а кількість перетворення перліту досягає 50% за 22 860 с; інкубаційний період перетворення бейніту становить близько 20 с при 400 ℃, а перетворення мартенситу відбувається, коли температура нижче 340 ℃. Видно, що сталь має хорошу загартовуваність.
Механічні властивості подрібнювача з низьколегованої сталі
Зразки, відібрані з випробування, виготовляли з великого корпусу молота подрібнювача, а зразок смужки 10 мм * 10 мм * 20 мм вирізали дротом ззовні всередину, а твердість вимірювали від поверхні до центру. Положення відбору проб показано на рис. 2. №1 та №2 взяті з корпусу молота подрібнювача, а №3 взяті у монтажному отворі. Результати вимірювання твердості наведені в таблиці 2.
Таблиця 2: Твердість подрібнювачів | |||||||
зразки | Відстань від поверхні / мм | середній | Загальна середня | ||||
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 |
З таблиці 2 видно, що твердість HRC корпусу молота (№1) перевищує 48.8, тоді як твердість монтажного отвору (№3) порівняно нижча. Корпус молотка - основна робоча частина. Висока твердість корпусу молотка може забезпечити високу зносостійкість; низька твердість монтажного отвору може забезпечити високу в'язкість. Таким чином задовольняються різні вимоги до експлуатаційних характеристик різних деталей. З одного зразка можна встановити, що поверхнева твердість, як правило, вища, ніж твердість серцевини, а діапазон коливань твердості не дуже великий.
Механічні властивості молота для подрібнення сплавів | |||
пункт | #1 | #2 | #3 |
ударна в'язкість (Дж · см * см) | 40.13 | 46.9 | 58.58 |
межа міцності на розрив / МПа | 1548 | 1369 | / |
розширюваність /% | 8 | 6.67 | 7 |
Скорочення площі /% | 3.88 | 15 | 7.09 |
Дані ударної в'язкості, міцності на розрив та подовження наведені в таблиці 3. З таблиці 3 видно, що ударна в'язкість U-образного зразка Шарпі молота перевищує 40 Дж / см2, а найвища в'язкість монтажний отвір становить 58.58 Дж / см * см; подовження перехоплених зразків становить понад 6.6%, а міцність на розрив - більше 1360 МПа. Ударна в'язкість сталі вища, ніж у звичайної низьколегованої сталі (20-40 Дж / см2). Взагалі кажучи, якщо твердість вища, в'язкість зменшиться. З наведених вище експериментальних результатів видно, що це правило в основному відповідає йому.
Мікроструктура
Мікроструктуру невеликий зразок вирізали із зламаного кінця ударного зразка, а потім металографічний зразок готували шліфуванням, попереднім шліфуванням та поліруванням. Розподіл включень спостерігався за умови відсутності ерозії, а структура матриці спостерігалася після розмивання 4% -ним спиртом азотної кислоти. Кілька типових конструкцій молотків для подрібнення сплавів показано на рис.3.
3А показує морфологію та розподіл включень у сталі. Видно, що кількість і розмір включень порівняно невеликі, без порожнини усадки, пористості усадки та пористості. З малюнків 3b, C, D та E видно, що положення як біля поверхні, так і поблизу центру
Результати показують, що затверділу структуру отримують від поверхні до центру і отримують достатню загартовуваність. Мікроструктура поблизу центру грубіша, ніж на поверхні, оскільки серцевина є кінцевим місцем затвердіння, швидкість охолодження повільна, а зерна легко вирощувати.
Матриця на рис. 3б і С являє собою мартенсит з рівномірного розподілу. Планка на рис. 3b порівняно невелика, а планка на рис. 3C порівняно товста, і деякі з них розташовані під кутом 120 °. Результати показують, що збільшення мартенситу після гартування при 900 ℃ в основному базується на тому, що розмір зерен сталі швидко зростає після загартування при 900 ℃. Рис. 3D та e показують дрібний мартенсит та нижній бейніт з невеликою кількістю дрібного та гранульованого фериту. Біла зона - загартований мартенсит, який відносно корозійно стійкий, ніж бейніт, тому колір світліший; чорна голкоподібна структура - нижній бейніт; чорна пляма - це включення.
Оскільки монтажний отвір молотка подрібнювача охолоджується на повітрі, а температура гарту низька, ферит не може повністю розчинитися в матриці. Тому в мартенситній матриці залишається невелика кількість фериту у вигляді дрібних шматочків і частинок, що призводить до зменшення твердості.
результати
Після лиття ми надіслали нашим клієнтам два набори подрібнювальних молотків, один набір легованих зносостійких сталевих подрібнювачів, один набір подрібнювачів з марганцевої сталі. Грунтуючись на відгуках покупців, леговані зносостійкі сталеві подрібнювачі протягують життя в 1.6 рази більше, ніж молоток для подрібнення марганцю.