Korkeamangaanipitoiset teräsvalut: Leuka- ja iskumurskaimen opas

Korkea-mangaaniteräsvalut ovat murskaus- ja mineraalienkäsittelyteollisuuden työhevosten kulutusmateriaaleja. Nämä komponentit on valettu austeniittisesta mangaaniteräksestä, jonka mangaanipitoisuus on tyypillisesti 11–14 prosenttia, ja ne tarjoavat yhdistelmän ominaisuuksia, joita mikään muu kaupallisesti saatavilla oleva metalliseos ei voi verrata iskuja vaativiin murskaussovelluksiin: ne ovat suhteellisen pehmeitä ensimmäisellä kerralla asennettuna, mutta ne kovettuvat dramaattisesti pinnalla, kun niihin kohdistuu toistuva iskukuormitus. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä työkarkaisu tai muunnosjännitys. Tämä pinnan kovettuminen tapahtuu käytön aikana eikä ennen asennusta, mikä tarkoittaa, että materiaali uudistaa jatkuvasti kovaa kulutuspintaaan koko käyttöiän ajan oikeissa käyttöolosuhteissa.

Suora johtopäätös kaikille, jotka määrittävät korkeamangaanipitoisia teräsvaluja, on tämä: seos on vakio ja oikea materiaali leukamurskaimen korkeamangaaniteräsvaluihin ja iskkurimurskaimen korkeamangaaniteräsvaluihin, koska molempien murskaintyyppien iskujännitysolosuhteet aktivoivat juuri työkarkaisumekanismin, joka antaa materiaalille poikkeuksellisen kulumisiän. Alhaisen iskun ja pääosin hankaavan kulumisen sovelluksissa muut materiaalit voivat ylittää korkean mangaanipitoisen teräksen, mutta leuka- ja iskumurskaimissa, joissa jokainen murskausjakso tuottaa huomattavan puristus- ja iskuvoiman kuluviin osiin, korkean mangaanipitoisen teräksen valukappaleet ovat vakiintunut vaatimus hyvästä teknisestä syystä. Tämä artikkeli kattaa kokonaan leuka- ja iskumurskaimen komponenttien metallurgian, valmistusvaatimukset ja sovelluskohtaiset suorituskykynäkökohdat.

Runsasmangaanipitoisen teräksen metallurgia: miksi työn kovettamisella on väliä

Sir Robert Hadfield kehitti austeniittisen mangaaniteräksen ensimmäisen kerran vuonna 1882, ja se tunnetaan edelleen kaupallisesti Hadfield-teräksenä. Sen määrittelevä ominaisuus on täysin austeniittinen mikrorakenne, joka säilyy huoneenlämmössä korkean hiilipitoisuuden (tyypillisesti 1,0-1,4 prosenttia) ja korkean mangaanipitoisuuden (11-14 prosenttia) yhdistelmän ansiosta, jotka yhdessä estävät martensiittista muutosta, joka normaalisti tapahtuisi hiiliteräksessä jäähdytettäessä austeniitista. Valumateriaalin kovuus on noin 170-210 Brinell, joka on pehmeämpi kuin monet työkaluteräkset ja seosteräkset, mutta tähän alkupehmeyteen liittyy poikkeuksellinen sitkeys: materiaali voi ottaa vastaan ​​suuria iskuvoimia murtumatta, koska austeniittisen matriisi muotoutuu plastisesti eikä halkeile.

Kriittinen työkarkaisumekanismi: kun korkeaan mangaaniteräkseen kohdistuu noin 300 - 500 MPa ylittävä puristusiskujännitys, austeniitti jännittyneessä pinnassa ja sen lähellä muuttuu martensiitiksi jännityksen aiheuttaman faasimuutoksen kautta, mikä nostaa pinnan kovuuden noin 200 Brinellistä 45050 Brinelliin. Tämä muunnettu pinta on kova ja kulutusta kestävä, kun taas alla oleva austeniittinen ydin pysyy sitkeänä ja murtumankestävänä. Käytännön lopputuloksena on komponentti, joka kehittää kovaa kulutuspintaa käytössä säilyttäen samalla iskunkestävyyden, joka on välttämätön murskausprosessin iskukuormituksen kestämiseksi rikkoutumatta.

Mangaani- ja hiilipitoisuusluokat

Runsasmangaanipitoisia teräsvaluja murskainsovelluksiin valmistetaan useissa vakiolaaduissa eri mangaani- ja hiilipitoisuuksilla, jotka on optimoitu erilaisiin murskaustehtäviin:

• Normaali Mn13-laatu (ASTM A128 Grade B 2): Noin 1,0-1,4 prosenttia hiiltä ja 11-14 prosenttia mangaania. Yleisimmin käytetty laatu leuka- ja iskumurskaimien vuorauksiin keskikovissa ja kovissa kiviaineissa. Tarjoaa hyvän tasapainon työn kovettumisasteen ja sitkeyden välillä.
• Modifioitu Mn18-laatu (korkea mangaani): Noin 1,0-1,3 prosenttia hiiltä ja 16-19 prosenttia mangaania. Korkeampi mangaanipitoisuus lisää austeniitin stabiilisuutta, parantaa sitkeyttä, mutta alentaa hieman työkovettuvuutta. Suositellaan suurille murskaimen komponenteille, joissa murtumisriski liiallisesta iskusta on suurempi ja kulumisikää on pidennettävä suuremmalla työstökarkaistun kerroksen syvyydellä.
• Kromi modifioitu mangaaniteräs: Normaali Mn13-koostumus, johon on lisätty 1,5-2,5 prosenttia kromia. Kromilisäys parantaa kulutuskestävyyttä jollain hinnalla sitkeyteen nähden, mikä tekee kromimodifioiduista laaduista soveltuvia murskainsovelluksiin, joihin liittyy sekä suuria iskuja että merkittävää piipitoisen kiven tai kvartsiitin hankauskulumista.

Leukamurskaimen korkea mangaaniteräsvalut: tekniset tiedot ja suorituskyky

Leukamurskain toimii puristamalla kiviä kiinteän leukalevyn ja liikkuvan leukalevyn (kääntöleuan) väliin, jolloin kaksi leukalevyä yhtyvät murskauskammion alaosassa ja irtaantuvat yläosassa. Kivi nipistyy leukojen väliin ja murtuu puristusvoiman vaikutuksesta, kun kääntöleuka ajaa eteenpäin. Leukalevyt ovat tämän järjestelmän ensisijaisia ​​kuluvia komponentteja, ja ne ovat tärkein sovellus leukamurskaimen korkeamangaaniteräsvaluille.

Leukalevyn suunnittelua ja profiilia koskevia huomioita

Suurien leukamurskaimien leukalevyt valetaan yksittäisinä kappaleina tai useissa osissa murskaimen koosta ja valimon valukyvystä riippuen. Leukalevyn työpinta on aallotettu harjanteilla, jotka keskittävät puristusjännityksen ja auttavat kiven murtumista. Murskaimien valmistajat optimoivat aallotusprofiilin (harjanteen korkeus, nousu ja kulma) sovelluksen tietyn kivityypin ja koon pienennyssuhteen mukaan. Kovalle, pätevälle kivelle (graniitti, basaltti, gneissi), jonka puristuslujuus on yli 150 MPa, leukalevyn kulumisikä korkeamangaaniteräksessä on tyypillisesti 50 000 - 200 000 tonnia prosessoitua materiaalia riippuen kiven hankausindeksistä, murskaimen syöttöasteesta ja murskaimen toimintaparametreista.

Leukalevyjen lämpökäsittelyvaatimukset

Koska valettu runsasmangaaniteräs sisältää karbidisaostumia raerajoilla, jotka johtuvat hitaasta jäähtymisestä karbidin saostumislämpötila-alueen läpi kiinteytymisen aikana. Nämä karbidit haurastavat materiaalia ja ne on liuotettava ennen valun käyttöönottoa. Liuoksen lämpökäsittelyprosessi käsittää valukappaleen kuumentamisen 1 020 - 1 100 celsiusasteeseen riittävän pitkään kaikkien karbidien liuottamiseksi, minkä jälkeen se sammutetaan nopeasti vedessä täysin austeniittisen rakenteen säilyttämiseksi. Leukamurskain korkea mangaaniteräsvalut, joita ei ole asianmukaisesti lämpökäsitelty liuoslämmöllä, hajoavat hauraiden murtumien takia asteittaisen kulumisen sijaan, usein ensimmäisten käyttötuntien aikana vaativassa murskainsovelluksessa. Lämpökäsittelyn todentaminen Brinell-kovuusmittauksella ja mikrorakennetutkimuksella on tämän tuotteen olennainen laadunvalvonta.

Iskumurskaimen korkea-mangaaniteräsvalut: erilaiset rasitusolosuhteet, erilaiset suunnitteluprioriteetit

Iskumurskain murskaa kiven suuren nopeuden iskun vaikutuksesta puristusvoiman sijaan. Vaakaakselisella iskumurskaimella (HSI) puhallustangoilla varustettu roottori pyörii suurella nopeudella ja iskee murskauskammioon syötettyyn kiveen kiihdyttäen sen iskulevyihin (kutsutaan myös verhoiksi tai esiliinoiksi), joissa se murtuu koskettaessaan. VSI-murskaimessa kivi syötetään nopeaan roottoriin ja työnnetään keskipakoisesti kalliolla vuorattua tai alasin vuorattua ulkokammiota vasten. Iskumurskaimien kuluville osille kohdistetut jännitysolosuhteet eroavat olennaisesti leukamurskaimien vastaavista, ja niissä on suurempi jännitysnopeus ja erilaiset voiman kohdistamissuunnat.

Puhallustangot: kriittisin iskumurskaimen komponentti

Puhallustangot ovat vaakaakselisten törmäysmurskaimien ensisijaisia kuluvia komponentteja, jotka on asennettu roottorin uriin ja iskevät sisääntulevaan kiveen roottorin kehänopeudella (yleensä 25–45 metriä sekunnissa ensisijaisissa iskumurskaimissa). Puhallustangon tulee samanaikaisesti vastustaa kivikosketuksen aiheuttamaa hankaavaa kulumista ja vaimentaa jokaisen kivitangon törmäyksen aiheuttama suurienerginen iskuisku murtumatta. Korkean mangaanipitoisuuden teräsvalut ovat kovaa kiveä prosessoivien ensiö- ja toissijaisten iskumurskaimien puhallustankojen standardispesifikaatio, koska suuren nopeuden iskut tarjoavat tehokkaan työkarkaisun edellyttämät jännitysolosuhteet. Puhallustangon käyttöikä kovan kalkkikiven käsittelyssä on tyypillisesti 200–600 tonnia kiveä puhallustangon painokiloa kohden, kun taas kovemman kiven, kuten basaltin tai graniitin, käsittely voi lyhentää sen 50–200 tonniin kiloa kohden, mikä heijastaa kovempien kivityyppien suurempaa hankausta ja iskunvakavuutta.

Iskulevyt ja iskulevyt

Iskulevyt (tunnetaan myös nimellä esiliinat tai verhot) vastaanottavat roottorista sinkoutuvan kiven, ja niiden on absorboitava toistuvia suurienergiaiskuja käyttöikänsä aikana. Näitä komponentteja toimitetaan yleisesti myös Iskumurskaimen korkeamangaaniteräsvaluina, vaikka joissakin alhaisemman iskunkestoisissa sovelluksissa ne voidaan valmistaa Cr Mo -valkoraudasta, joka tarjoaa paremman kulutuskestävyyden heikentyneen sitkeyden kustannuksella. Valinta runsaan mangaanipitoisen teräksen ja valkoraudan välillä iskulevyille riippuu murskaimen erityisestä iskuenergiatasosta: kun isku on voimakasta, mangaaniteräksen ylivoimainen murtolujuus on välttämätöntä; jos iskut ovat kohtalaisia ​​ja hankaus hallitsee, valkoinen rauta voi tarjota pidemmän käyttöiän.

Korkeamangaanipitoisten teräsvalujen vertailu leuka- ja iskumurskaimiin

Korkeamangaanipitoisten teräsvalujen laadunvalvonta- ja hankintanäkökohdat

Korkeamangaanipitoisten teräsvalujen suorituskyky murskaimissa on erittäin riippuvainen valu- ja lämpökäsittelyprosessin laadusta, mikä tekee toimittajan valinnasta ja saapuvasta tarkastuksesta erittäin tärkeitä. Seuraavat laatukriteerit on määriteltävä ja tarkistettava kaikille leuka- ja iskumurskaimissa käytettäville korkeamangaanipitoisille teräsvaluille:

1. Kemiallisen koostumuksen tarkistus. Spektrometrianalyysin pitäisi vahvistaa, että mangaanipitoisuus on määritetyllä alueella (11–14 prosenttia Mn13:lle, 16–19 prosenttia Mn18:lle) ja että hiili, pii, fosfori ja rikki ovat laatuspesifikaatioiden sisällä. Liiallinen fosforipitoisuus yli 0,07 prosenttia ja rikki yli 0,05 prosenttia haurauttaa terästä ja sitä on valvottava.
2. Lämpökäsittelyn tarkastus kovuustestillä. Koska sammutetun kovuuden tulisi olla välillä 170-220 Brinell. Arvot, jotka ovat merkittävästi tämän alueen yläpuolella, osoittavat epätäydellistä liuoskäsittelyä (jäännöskarbidit) tai virhettä seoksen koostumuksessa. Alle 160 Brinell-arvot voivat viitata siihen, että liuoksen lämpötila oli liian korkea, mikä aiheuttaa raekasvua, joka vähentää sitkeyttä.
3. Mittatarkkuus ja pinnan viimeistely. Valumiitat on tarkistettava valmistajan piirustuksen mukaisesti asianmukaisin toleranssein. Leukalevyjen ja puhallustankojen on sopia vastaaviin kiinnitysjärjestelmiinsä oikein, jotta varmistetaan tasainen kuorman jakautuminen ja estetään ennenaikaiset vauriot kiinnityspisteiden jännityksen keskittymisestä.
4. Vapaus haitallisista valuvirheistä. Kutistumishuokoisuus, halkeamat ja merkittävät sulkeumat kulutuspinnassa tai asennusvyöhykkeessä ovat hylkäämisen syitä. Pintahalkeamat voidaan havaita magneettisella hiukkastarkastuksella tai väriainetestauksella; sisäiset viat vaativat ultraäänitestausta tai radiografista tarkastusta kriittisissä sovelluksissa.

Korkeamangaanipitoiset teräsvalut leuka- ja iskumurskaimille edustavat vakiintunutta ja teknisesti validoitua kulutusmateriaaliratkaisua, joka on palvellut louhinta-, kaivos- ja kiviainesteollisuutta jo yli vuosisadan. Materiaalin ainutlaatuinen itsekovettuva mekanismi iskuolosuhteissa yhdistettynä sen murtumista kestävään sitkeyteen tekee siitä todella vaikeaa parantaa näiden murskaintyyppien erityisiä kuormitusolosuhteita. Avain sen täyden suorituskykypotentiaalin toteuttamiseen on oikea seoslaadun valinta tiettyä kivityyppiä ja murskainkäyttöä varten, liuoksen lämpökäsittelyvaatimusten noudattaminen ja tiukka saapuva laaduntarkastus, joka varmistaa sekä koostumuksen että lämpökäsittelyn riittävyyden ennen valujen käyttöönottoa.