Magas mangántartalmú acélöntvények: Pofa- és ütőzúzó útmutató

Magas mangántartalmú acélöntvények a zúzó- és ásványfeldolgozó ipar igásló kopóanyagai. Az ausztenites mangán acélból öntött, jellemzően 11 és 14 százalék közötti mangántartalommal, ezek az alkatrészek olyan tulajdonságok kombinációját biztosítják, amelyekkel semmilyen más, kereskedelemben kapható ötvözet nem tud megfelelni az ütésintenzív aprítási alkalmazásokhoz: első beszereléskor viszonylag puhák, mégis drámaian megkeményednek a felületen, amikor ismételt ütési terhelésnek vannak kitéve. Ez a felületi megszilárdulás működés közben, nem pedig beépítés előtt következik be, ami azt jelenti, hogy az anyag a megfelelő működési feltételek mellett az élettartama során folyamatosan regenerálja kopásálló felületét.

A közvetlen következtetés mindazok számára, akik magas mangántartalmú acélöntvényeket adnak meg, a következő: az ötvözet a standard és megfelelő anyag a pofás zúzós magas mangántartalmú acélöntvényekhez és az ütőzúzós magas mangántartalmú acélöntvényekhez, mivel mindkét zúzótípus ütési feszültségei pontosan azok, amelyek aktiválják a keményítő mechanizmust, amely az anyag kivételes kopási élettartamát adja. Alacsony ütési és túlnyomórészt abrazív kopású alkalmazásokban más anyagok teljesítménye felülmúlhatja a magas mangántartalmú acélt, de a pofás és ütőzúzókban, ahol minden zúzási ciklus jelentős nyomó- és ütőerőt kölcsönöz a kopóalkatrészeknek, jó műszaki okokból a magas mangántartalmú acélöntvények a megállapított specifikáció. Ez a cikk a kohászat, a gyártási követelmények és az alkalmazás-specifikus teljesítmény szempontjaival foglalkozik a pofa- és ütvetörő alkatrészek teljes mélységében.

A magas mangántartalmú acélkohászat: Miért fontos a munkaedzés?

Az ausztenites mangán acélt először Sir Robert Hadfield fejlesztette ki 1882-ben, és továbbra is Hadfield acél néven ismert. Meghatározó jellemzője a teljesen ausztenites mikrostruktúra, amely szobahőmérsékleten megmarad a magas széntartalom (jellemzően 1,0-1,4 százalék) és a magas mangántartalom (11-14 százalék) kombinációja révén, amelyek együttesen elnyomják a martenzites átalakulást, amely a szénacélban az ausztenitből történő hűtés során általában előfordulna. Az öntött anyag keménysége hozzávetőleg 170-210 Brinell, ami puhább, mint sok szerszámacél és ötvözött kopóacél, de ez a kezdeti puhaság kivételes szívóssággal párosul: az anyag törés nélkül képes elnyelni a nagy ütési erőket, mert az ausztenites mátrix plasztikusan deformálódik, nem reped.

A kritikus munkaedzési mechanizmus: amikor a nagy mangántartalmú acélt körülbelül 300-500 MPa-t meghaladó nyomó ütési feszültségnek teszik ki, a feszített felületen és annak közelében lévő ausztenit nyúlás által kiváltott fázisátalakulás révén martenzitté alakul, ami körülbelül 200 Brinell-ről 45050-re emeli a felületi keménységet 5500-re. Ez az átalakított felület kemény és kopásálló, míg az alatta lévő ausztenites mag szívós és törésálló marad. A gyakorlati eredmény egy olyan alkatrész, amely üzem közben strapabíró felületet hoz létre, miközben megőrzi az ütésállóságot, amely ahhoz szükséges, hogy a zúzási folyamat ütési terheléseit széttörés nélkül átvészelje.

Mangán és széntartalom fokozatok

A nagy mangántartalmú acélöntvények zúzógépekhez több szabványos minőségben készülnek, különböző mangán- és széntartalommal, a különböző aprítási feladatokhoz optimalizálva:

• Normál Mn13 fokozat (ASTM A128, B 2. osztály): Körülbelül 1,0-1,4 százalék szén és 11-14 százalék mangán. A legszélesebb körben használt minőség a pofa- és ütvetörő-betétekhez közepesen kemény és kemény kőzet alkalmazásokhoz. Jó egyensúlyt biztosít a keményedési sebesség és a szívósság között.
• Módosított Mn18 minőség (magas mangántartalom): Körülbelül 1,0-1,3 százalék szén és 16-19 százalék mangán. A magasabb mangántartalom növeli az ausztenit stabilitását, javítja a szívósságot, de enyhén csökkenti a keményedési sebességet. Előnyben részesített nagyméretű törőelemekhez, ahol nagyobb a túlzott ütés okozta törési kockázat, és a kopás élettartamát meg kell hosszabbítani a megmunkálási edzett réteg nagyobb mélységével.
• Krómozott mangán acél: Standard Mn13 összetétel 1,5-2,5% króm hozzáadásával. A króm hozzáadása bizonyos költségek mellett javítja a kopásállóságot a szívósságig, így a krómmal módosított minőségek alkalmassá teszik a nagy ütéseket és a kovás kőzetből vagy kvarcitból származó jelentős kopásállóságot igénylő törő alkalmazásokhoz.

Pofás daráló magas mangántartalmú acélöntvények: specifikáció és teljesítmény

A pofazúzó úgy működik, hogy a kőzetet egy rögzített pofalemez és egy mozgatható pofalemez (a lengőpofa) közé préseli, a két pofalemez a zúzókamra alján konvergál, a tetején pedig szétválik. A kőzet beszorul a pofák közé, és összenyomó erő hatására eltörik, amikor a lengőpofa előrehajt. A pofalemezek az elsődleges kopóalkatrészek ebben a rendszerben, és ezek a legfontosabb alkalmazási terület a magas mangántartalmú acélöntvényeknél.

Pofalemez tervezési és profilbeli szempontok

A nagypofás zúzógépek pofalemezeit a törő méretétől és az öntöde öntési képességétől függően egy darabban vagy több szakaszban öntik. A pofalemez munkafelületét bordák borítják, amelyek a nyomófeszültséget koncentrálják és elősegítik a kőzet törését. A hullámos profilt (gerincmagasság, dőlésszög és szög) a törőgyártók optimalizálják az adott kőzettípushoz és az alkalmazás méretcsökkentési arányához. A 150 MPa feletti nyomószilárdságú kemény, kompetens kőzetek (gránit, bazalt, gneisz) esetén a pofalemez kopási élettartama nagy mangántartalmú acélban jellemzően 50 000 és 200 000 tonna feldolgozott anyag között van, a kőzet koptatóképességi indexétől, a törő adagolási fokozatától és a törő üzemi paramétereitől függően.

A pofalemezek hőkezelési követelményei

Mivel az öntött magas mangántartalmú acél keményfém csapadékot tartalmaz a szemcsehatárokon, amelyek a keményedés során a keményfém kiválási hőmérséklet-tartományon keresztüli lassú lehűlésből származnak. Ezek a karbidok rideggé teszik az anyagot, és fel kell oldani az öntvény üzembe helyezése előtt. Az oldatos hőkezelési eljárás során az öntvényt 1020-1100 Celsius-fokra kellő ideig fel kell melegíteni az összes karbid feloldásához, majd gyors lehűtést vízben, hogy megőrizze a teljesen ausztenites szerkezetet. Pofás zúzós magas mangántartalmú acélöntvények, amelyeket nem kezeltek megfelelően oldatos hőkezeléssel, inkább rideg törés, mint fokozatos kopás következtében tönkremennek, gyakran a használat első óráiban egy igényes törőalkalmazásban. A hőkezelés igazolása Brinell keménységméréssel és mikroszerkezeti vizsgálattal elengedhetetlen minőségellenőrzés ennél a terméknél.

Ütőzúzó magas mangántartalmú acélöntvények: különböző igénybevételi körülmények, eltérő tervezési prioritások

Az ütvetörő a kőzetet nagy sebességű ütés hatására töri szét, nem pedig nyomóerő hatására. A vízszintes tengelyű ütődarálóban (HSI) a fúvórudakkal felszerelt forgórész nagy sebességgel forog, és nekiütközik a zúzókamrába betáplált kőzetnek, és az ütközőlemezekbe (függönyöknek vagy kötényeknek is nevezik) begyorsítja, ahol érintkezéskor eltörik. A függőleges tengelyű ütődarálóban (VSI) a kőzetet egy nagy sebességű rotorba táplálják, és centrifugálisan egy sziklával bélelt vagy üllővel bélelt külső kamrához hajtják. Az ütvetörő gépek kopóalkatrészeire gyakorolt ​​igénybevétel alapjaiban különbözik a pofás zúzókétól, nagyobb nyúlási sebességgel és eltérő irányú erőkifejtéssel.

Fúvórudak: A legkritikusabb ütőzúzó-alkatrész

A fúvórudak a vízszintes tengelyű ütőzúzók elsődleges kopóalkatrészei, amelyeket a forgórész réseiben szerelnek fel, és a rotor kerületi sebességével (jellemzően 25–45 méter/sec-es sebességgel az elsődleges ütközésmérőkben) ütköznek a bejövő kőzetbe. A fúvórúdnak egyidejűleg ellen kell állnia a kővel való érintkezésből eredő kopásnak, és el kell nyelnie a kőzetrúd-ütközések nagy energiájú lökésszerű lökéseit törés nélkül. A magas mangántartalmú acélöntvények a kemény kőzetet feldolgozó elsődleges és másodlagos ütőzúzókban a fúvórudak szabványos specifikációi, mivel a nagy sebességű ütések biztosítják a hatékony munkaedzéshez szükséges feszültségfeltételeket. A fúvórúd élettartama a kemény mészkő feldolgozása során jellemzően 200-600 tonna kőzet per kilogramm fúvórúd tömege, míg a keményebb kőzetek, például bazalt vagy gránit feldolgozása ezt 50-200 tonnára csökkentheti kilogrammonként, ami a keményebb kőzettípusok nagyobb koptatóképességét és ütési súlyosságát tükrözi.

Ütőlemezek és megszakító lemezek

Az ütőlemezek (más néven kötények vagy függönyök) megkapják a forgórészből kidobott kőzeteket, és élettartamuk során ismétlődő nagy energiájú behatásokat kell elnyelniük. Ezeket az alkatrészeket általában ütőzúzós nagy mangántartalmú acélöntvényként is szállítják, bár egyes kisebb ütésállóságú alkalmazásokban előállíthatók Cr Mo fehérvasból, amely nagyobb kopásállóságot biztosít a csökkent szívósság árán. A nagy mangántartalmú acél és a fehérvas közötti választás az ütőlemezekhez a törőgép fajlagos ütési energiaszintjétől függ: erős ütések esetén a mangán acél kiváló törési szilárdsága elengedhetetlen; ahol az ütések mérsékeltek és a kopás dominál, a fehérvas hosszabb élettartamot biztosíthat.

Magas mangántartalmú acélöntvények összehasonlítása pofa- és ütőzúzókhoz

A magas mangántartalmú acélöntvények minőség-ellenőrzési és beszerzési szempontjai

A nagy mangántartalmú acélöntvények teljesítménye a daráló alkalmazásokban nagymértékben függ az öntési és hőkezelési folyamat minőségétől, ezért a szállító kiválasztása és a beérkező ellenőrzés kritikus fontosságú. A következő minőségi kritériumokat kell meghatározni és ellenőrizni minden pofás és ütvetörő alkalmazásban használt magas mangántartalmú acélöntvényre:

1. A kémiai összetétel ellenőrzése. A spektrometriai elemzésnek meg kell erősítenie, hogy a mangántartalom a megadott tartományon belül van (11-14 százalék Mn13-nál, 16-19 százalék Mn18-nál), és hogy a szén, a szilícium, a foszfor és a kén a minőségi specifikáción belül van. A 0,07 százalék feletti foszfor és a 0,05 százalék feletti kén rideggé teszi az acélt, ezért ellenőrizni kell.
2. A hőkezelés ellenőrzése keménységvizsgálattal. A kioltott keménységnek a 170-220 Brinell tartományban kell lennie. Az ezen tartomány feletti értékek hiányos oldatkezelést (maradék karbidok) vagy az ötvözet összetételének hibáját jelzik. A 160 Brinell alatti értékek azt jelezhetik, hogy az oldat hőmérséklete túl magas volt, ami szemcsenövekedést okoz, ami csökkenti a szívósságot.
3. Méretpontosság és felületi minőség. Az öntvény méreteit a gyártó rajza alapján kell ellenőrizni, megfelelő tűréssel. A pofalemezeknek és a fúvórudaknak megfelelően illeszkedniük kell a megfelelő rögzítési rendszerükhöz, hogy biztosítsák a terhelés egyenletes eloszlását, és megakadályozzák a feszültségkoncentráció miatti idő előtti meghibásodást a rögzítési pontokon.
4. Védelem a káros öntési hibáktól. A zsugorodási porozitás, repedések és jelentős zárványok a kopófelületen vagy a rögzítési zónában elutasításra adnak okot. A felületi repedések mágneses részecske-ellenőrzéssel vagy festék behatoló vizsgálattal kimutathatók; a belső hibák ultrahangos vizsgálatot vagy radiográfiás vizsgálatot igényelnek a kritikus alkalmazásokban.

A magas mangántartalmú acélöntvények pofás és ütvetörőgépekhez egy jól megalapozott és műszakilag hitelesített kopóanyag-megoldást képviselnek, amely több mint egy évszázada szolgálja a kőbányászatot, a bányászatot és a sódergyártást. Az anyag ütési körülmények között egyedülálló önkeményedő mechanizmusa, valamint törésálló szívóssága valóban megnehezíti a javítást ezen törőtípusok speciális terhelési körülményei között. A teljes teljesítménypotenciál kiaknázásának kulcsa az adott kőzettípushoz és a törőfeladathoz megfelelő ötvözetminőség-választásban, az oldat hőkezelési követelményeinek betartásában és a szigorú beérkező minőségellenőrzésben rejlik, amely igazolja az összetétel és a hőkezelés megfelelőségét az öntvények üzembe helyezése előtt.