Jaké typy oceli/slitin se používají v odlitcích odolných proti opotřebení?

Rodiny slitin jádra používané v odlitcích odolných proti opotřebení

Slévárny vybírají slitinový systém založený na dominantním mechanismu opotřebení, kterému bude díl čelit, a poté upraví chemii a tepelné zpracování pro jemné doladění tvrdosti, houževnatosti a korozního chování. Níže uvedená tabulka shrnuje skupiny slitin nejčastěji specifikované pro odlitky odolné proti opotřebení.

Odlitky z bílého železa s vysokým obsahem chromu

Bílé železo s vysokým obsahem chromu je referenčním materiálem pro čistě abrazivní opotřebení, protože jeho mikrostruktura obsahuje husté karbidy chrómu M7C3 zapuštěné v martenzitické matrici. Obsah chrómu mezi 15 a 26 procenty vytváří karbidy, které odolávají vydlabání z písku, rudy nebo cementového kameniva mnohem lépe než obyčejná uhlíková ocel. Brusné válce a vložky bubnů jsou často odlévány z této slitiny, protože karbidová síť udržuje opotřebitelné povrchy neporušené po tisíce provozních hodin. Tepelné zpracování prostřednictvím destabilizace a temperování se používá k přeměně zadrženého austenitu na martenzit, který zvyšuje tvrdost povrchu, aniž by byl odlitek dostatečně křehký, aby praskl při běžném provozním zatížení.

Ni-tvrdé litinové odlitky

Ni-Tvrdé železo přidává nikl k potlačení tvorby měkkého perlitu během ochlazování, což umožňuje matrici transformovat přímo na martenzit i v tlustých úsecích. To dává odlitkům Ni-Hard příznivou rovnováhu mezi tvrdostí, náklady na odlévání a obrobitelností ve srovnání s železem s vysokým obsahem chromu. Lopatky míchaček betonu jsou běžnou aplikací Ni-Hard, protože materiál snáší smíšené otěry a lehké nárazy kameniva, písku a cementové pasty. Typy materiálů, jako je AS2027 NiCr4, jsou široce specifikovány, protože kombinují životnost při opotřebení s rozměrovou konzistencí potřebnou pro šroubované náhradní díly.

Odlitky z vysoce manganové oceli

Ocel s vysokým obsahem manganu, známá také jako Hadfieldova ocel, se chová odlišně od dvou výše uvedených rodin želez. Ve stavu po odlití je relativně měkký a houževnatý, ale opakovaný náraz způsobuje deformační zpevnění povrchové vrstvy prostřednictvím deformačního zdvojování, čímž se zvyšuje tvrdost povrchu, zatímco jádro zůstává tvárné. Průmyslová data naznačují, že tento mechanismus může poskytnout zhruba 25násobné zvýšení odolnosti proti opotřebení ve srovnání s neošetřenou uhlíkovou ocelí, jakmile je povrch zcela mechanicky zpevněn. Díky tomu je ocel s vysokým obsahem manganu standardní volbou pro čelisti drtičů, kladiva a nárazové desky, kde je dominantním způsobem selhání náhlé rázové zatížení, nikoli postupná abraze.

Přizpůsobení výběru slitiny mechanismu opotřebení

Volba slitiny čistě na základě čísel tvrdosti může vést k předčasnému praskání nebo nadměrným nákladům. Spolehlivějším přístupem je nejprve klasifikovat provozní prostředí, poté sladit rodinu slitin a v případě potřeby povrchovou úpravu.

Proces odlévání a jeho vliv na výkon slitiny

Složení slitiny určuje teoretickou životnost odlitku při opotřebení, ale zda je tento potenciál realizován, určuje proces odlévání. Odstředivé lití se často používá u válcových opotřebitelných dílů, jako jsou mlecí válce a válce, protože rotační tuhnutí nabaluje hustší kov směrem k vnější stěně, kde nejvíce záleží na odolnosti proti opotřebení, zatímco pórovitost a lehčí vměstky migrují směrem k otvoru. Statické lití do písku zůstává běžné u nepravidelných tvarů, jako jsou míchací lopatky a vodicí desky, kde přesný licí koš nebo skořepinová forma řídí rozměrovou přesnost dílů, které musí pasovat do stávajícího zařízení bez přepracování. Řízené rychlosti ochlazování po lití jsou stejně důležité, protože rychlé nebo nerovnoměrné ochlazování může zachytit zadržený austenit v železe s vysokým obsahem chrómu, takže odlitek zůstane měkčí, než je jeho konstrukční tvrdost, dokud není aplikováno správné destabilizační tepelné zpracování.

Sortiment odlitků odolných proti opotřebení

Následující komponenty ilustrují, jak jsou různé rodiny slitin aplikovány na zařízení pro mletí, míchání a řízení průtoku, od mlecích válců s vysokým obsahem chromu až po lopatky mixéru Ni-Hard.

Mlecí válce Slitina s vysokým obsahem chrómu

Brusné sudy Slitina s vysokým obsahem chrómu

Disk plynového ventilu 42CrMo ocel

Deska vedení toku 42CrMo ocel

Nože mixéru Ni-tvrdá litina

Ověřování kvality odlitků odolných proti opotřebení

Protože výkon slitiny silně závisí na mikrostruktuře, nemůže samotná vizuální kontrola potvrdit odolnost proti opotřebení. Spolehliví dodavatelé ověřují odlitky kombinací metod.

Údržba a opravy opotřebovaných slitinových odlitků

Prodloužení životnosti odlitku odolného proti opotřebení obvykle stojí méně než úplná výměna za předpokladu, že způsob opravy odpovídá slitině a rozsahu poškození.

• Povrchové opláštění: Plazmový nástřik nebo laserové plátování regeneruje tvrdou povrchovou vrstvu na opotřebovaných místech a obnovuje rozměrovou přesnost.
• Oprava svařování: Nízkovodíkové alkalické tyče s předehříváním a pomalým chlazením, udržující teplotu sváru blízko 250 až 300 stupňů Celsia, zachovávají vlastnosti vytvrzování základního materiálu.
• Obrábění a leštění: Drobné opotřebení se odstraní soustružením nebo broušením a následným tepelným zpracováním pro obnovení původní tvrdosti.
• Přímá výměna: Díly s rázovými prasklinami nebo velkoplošným odlupováním se místo přepracování nahrazují rovnou, čímž se zabrání degradaci mikrostruktury, kterou může způsobit opakované tepelné zpracování.

Mimo odolnost proti opotřebení: Komponenty pece pro vysoké teploty

Řada zařízení, která provozují zařízení odolná proti opotřebení, také provozuje linky tepelného zpracování, takže stojí za zmínku související slitinové odlitky používané v těchto systémech. Sálavé tepelné trubky, pecní válečky a pecní válečky pro kontinuální pecní linky jsou typicky odlévány do žáruvzdorných Cr-Ni slitin spíše než z otěrových slitin popsaných výše, protože jejich hlavním problémem je oxidace a tečení při vysoké teplotě spíše než abraze. Přípravky pro tepelné zpracování, svařovací přípravky pro tepelné zpracování, základní podnosy pro tepelné zpracování a koše na přesné odlévání nesou obrobky pecí a musí odolávat tepelné únavě během opakovaných cyklů. Komponenty, jako je lopatka ventilátoru Ipsen, pilíře pece, kolejnice a válečky pece AFC, tlačná hlava AFC, válec nístěje pro litou článkovou pásovou pec a řetězová deska pro pec na lití řetězu doplňují upínací a dopravní systém uvnitř kontinuálních pecí. Tam, kde se tyto systémy také setkávají s otěrem částic, jako například v nakládacích zónách, se často k ochraně podkladové struktury přidávají vložky odolné proti opotřebení z vysoce chrómu nebo slitiny Ni-Hard.

Výběr dodavatele odlitků odolných proti opotřebení

Kromě výběru slitiny ovlivňují konzistenci napříč výrobními šaržemi zkušenosti dodavatele. Slévárny, které řídí chemii taveniny, cykly tepelného zpracování a kontrolu po odlití, mají tendenci dodávat odlitky s předvídatelnější životností. Vyžádání materiálových certifikátů, zpráv o zkouškách tvrdosti a případně záznamů o nedestruktivních zkouškách před velkými objednávkami pomáhá potvrdit, že dodaná slitina odpovídá specifikaci, spíše než se spoléhat pouze na názvy jmenovitých tříd.