Jakie rodzaje stali/stopów stosuje się w odlewach odpornych na zużycie?

Rodziny stopów rdzeni stosowanych w odlewach odpornych na zużycie

Odlewnie wybierają system stopów w oparciu o dominujący mechanizm zużycia, z jakim spotyka się dana część, a następnie dostosowują skład chemiczny i obróbkę cieplną w celu dokładnego dostosowania twardości, wytrzymałości i zachowania korozyjnego. Poniższa tabela podsumowuje grupy stopów najczęściej określane dla odlewów odpornych na zużycie.

Odlewy z białego żeliwa o wysokiej zawartości chromu

Żelazo białe o wysokiej zawartości chromu jest materiałem odniesienia dla zużycia czysto ściernego, ponieważ jego mikrostruktura zawiera gęste węgliki chromu M7C3 osadzone w osnowie martenzytycznej. Zawartość chromu od 15 do 26 procent daje węgliki odporne na żłobienie z piasku, rudy lub kruszywa cementowego znacznie lepiej niż zwykła stal węglowa. Cylindry szlifierskie i tuleje bębnów są często odlewane z tego stopu, ponieważ siatka węglikowa utrzymuje powierzchnie ścieralne w nienaruszonym stanie przez tysiące godzin pracy. Obróbkę cieplną poprzez destabilizację i odpuszczanie stosuje się w celu przekształcenia austenitu szczątkowego w martenzyt, który podnosi twardość powierzchni, nie powodując, że odlew jest na tyle kruchy, aby pękał pod normalnymi obciążeniami eksploatacyjnymi.

Odlewy z żeliwa Ni-twardego

Żelazo Ni-Hard dodaje nikiel, aby zapobiec tworzeniu się miękkiego perlitu podczas chłodzenia, umożliwiając bezpośrednie przekształcenie osnowy w martenzyt nawet w grubych przekrojach. Daje to odlewom Ni-Hard korzystną równowagę pomiędzy twardością, kosztem odlewu i obrabialnością w porównaniu z żelazem o wysokiej zawartości chromu. Łopatki betoniarki są powszechnym zastosowaniem Ni-Hard, ponieważ materiał toleruje mieszane ścieranie i lekkie uderzenia kruszywa, piasku i pasty cementowej. Gatunki materiałów, takie jak AS2027 NiCr4, są szeroko stosowane, ponieważ łączą trwałość ze spójnością wymiarową wymaganą w przypadku przykręcanych części zamiennych.

Odlewy ze stali wysokomanganowej

Stal wysokomanganowa, znana również jako stal Hadfielda, zachowuje się inaczej niż dwie powyższe rodziny żelaza. W stanie po odlaniu jest stosunkowo miękki i wytrzymały, ale powtarzające się uderzenia powodują utwardzenie warstwy powierzchniowej w wyniku bliźniaczego odkształcenia, zwiększając twardość powierzchni, podczas gdy rdzeń pozostaje plastyczny. Dane branżowe wskazują, że ten mechanizm może zapewnić około 25-krotny wzrost odporności na zużycie w porównaniu z nieobrobioną stalą węglową, gdy powierzchnia jest w pełni utwardzona. To sprawia, że ​​stal wysokomanganowa jest standardowym wyborem na szczęki kruszarki, młoty i płyty udarowe, gdzie dominującym rodzajem awarii jest nagłe obciążenie udarowe, a nie stopniowe ścieranie.

Dopasowanie wyboru stopu do mechanizmu zużycia

Wybór stopu wyłącznie na podstawie wartości twardości może prowadzić do przedwczesnego pękania lub nadmiernych kosztów. Bardziej niezawodnym podejściem jest najpierw sklasyfikowanie środowiska operacyjnego, następnie dopasowanie rodziny stopów i, w razie potrzeby, obróbka powierzchni.

Proces odlewania i jego wpływ na wydajność stopu

Skład stopu określa teoretyczną trwałość odlewu, ale proces odlewania określa, czy ten potencjał zostanie wykorzystany. Odlewanie odśrodkowe jest często stosowane w przypadku cylindrycznych części eksploatacyjnych, takich jak bębny i walce szlifierskie, ponieważ krzepnięcie obrotowe powoduje, że gęstszy metal gromadzi się w kierunku zewnętrznej ściany, gdzie odporność na zużycie ma największe znaczenie, podczas gdy porowatość i lżejsze wtrącenia migrują w kierunku otworu. Statyczne odlewanie piaskowe pozostaje powszechne w przypadku nieregularnych kształtów, takich jak łopatki mieszalnika i płyty prowadzące, gdzie precyzyjny kosz odlewniczy lub forma skorupowa kontroluje dokładność wymiarową części, które muszą pasować do istniejącego sprzętu bez przeróbek. Kontrolowane szybkości chłodzenia po odlaniu są równie ważne, ponieważ szybkie lub nierównomierne chłodzenie może uwięzić austenit szczątkowy w żelazie o wysokiej zawartości chromu, pozostawiając odlew bardziej miękki niż jego twardość obliczeniowa, do czasu zastosowania odpowiedniej obróbki cieplnej destabilizującej.

Gama produktów z odlewów odpornych na zużycie

Poniższe komponenty ilustrują zastosowanie różnych rodzin stopów w sprzęcie do mielenia, mieszania i kontroli przepływu, od cylindrów mielących o wysokiej zawartości chromu po ostrza mieszalników Ni-Hard.

Cylindry szlifierskie Stop o wysokiej zawartości chromu

Beczki do mielenia Stop o wysokiej zawartości chromu

Dysk zaworu gazowego Stal 42CrMo

Płyta prowadząca przepływ Stal 42CrMo

Ostrza zużywające się miksera Żeliwo Ni-twarde

Weryfikacja jakości odlewów odpornych na zużycie

Ponieważ wydajność stopu zależy w dużym stopniu od mikrostruktury, sama kontrola wzrokowa nie może potwierdzić odporności na zużycie. Wiarygodni dostawcy weryfikują odlewy za pomocą kombinacji metod.

Konserwacja i naprawa zużytych odlewów stopowych

Przedłużenie żywotności odlewu odpornego na zużycie kosztuje zwykle mniej niż pełna wymiana, pod warunkiem, że sposób naprawy jest dostosowany do stopu i rozmiaru uszkodzeń.

• Okładzina powierzchniowa: Natryskiwanie plazmowe lub napawanie laserowe regeneruje twardą warstwę wierzchnią w miejscach zużytych i przywraca dokładność wymiarową.
• Naprawa spawalnicza: Pręty alkaliczne o niskiej zawartości wodoru z podgrzewaniem wstępnym i powolnym chłodzeniem, utrzymujące temperaturę spoiny w okolicach 250 do 300 stopni Celsjusza, zachowują właściwości utwardzania materiału podstawowego.
• Obróbka i polerowanie: Drobne zużycie usuwa się poprzez toczenie lub szlifowanie, a następnie ponowne nagrzewanie w celu przywrócenia pierwotnej twardości.
• Bezpośredni zamiennik: Części z pęknięciami uderzeniowymi lub odpryskami na dużej powierzchni są wymieniane od razu, a nie poddawane ponownej obróbce, co pozwala uniknąć degradacji mikrostruktury, jaką może powodować wielokrotna obróbka cieplna.

Poza odpornością na zużycie: elementy pieca wysokotemperaturowego

W wielu zakładach obsługujących urządzenia odporne na zużycie znajdują się także linie do obróbki cieplnej, dlatego warto zwrócić uwagę na powiązane z nimi odlewy stopowe stosowane w tych instalacjach. Promiennikowe rury grzejne, rolki pieca i rolki pieca do ciągłych linii pieca są zwykle odlewane z żaroodpornych stopów Cr-Ni, a nie ze stopów zużywalnych opisanych powyżej, ponieważ ich głównym wyzwaniem jest utlenianie i pełzanie w wysokiej temperaturze, a nie ścieranie. Osprzęt do obróbki cieplnej, osprzęt do obróbki cieplnej spawania, tace podstawy do obróbki cieplnej i kosze do precyzyjnego odlewania przenoszą przedmioty przez piec i muszą być odporne na zmęczenie cieplne w powtarzających się cyklach. Komponenty takie jak łopatka wentylatora Ipsen, filary pieca, szyny i rolki pieca AFC, głowica popychacza AFC, walec paleniskowy do pieca taśmowego z ogniwami odlewniczymi i płyta łańcuchowa do pieca do odlewania łańcuchowego uzupełniają osprzęt i system przenoszenia wewnątrz pieców ciągłych. Tam, gdzie w tych systemach występuje również ścieranie cząstek, np. w strefach obciążenia, często dodaje się odporne na zużycie wykładziny ze stopu o wysokiej zawartości chromu lub Ni-Hard, aby chronić leżącą pod spodem konstrukcję.

Wybór dostawcy odlewów odpornych na zużycie

Poza wyborem stopu, doświadczenie dostawcy wpływa na spójność wszystkich partii produkcyjnych. Odlewnie kontrolujące skład chemiczny stopu, cykle obróbki cieplnej i kontrolę po odlaniu zwykle dostarczają odlewy o bardziej przewidywalnej żywotności. Żądanie certyfikatów materiałowych, raportów z testów twardości oraz, w stosownych przypadkach, protokołów badań nieniszczących przed dużymi zamówieniami pomaga potwierdzić, że dostarczony stop odpowiada specyfikacji, zamiast polegać wyłącznie na nazwach nominalnych gatunków.