Wat zijn gietstukken met een hoog chroomgehalte en hoe maximaliseert u de levensduur ervan?

Wat is gietijzer met een hoog chroomgehalte en waarom is het bestand tegen slijtage?

Hoog chroom gietijzer is een ferrolegering die 11 tot 30 procent chroom en 2,0 tot 3,5 procent koolstof bevat, waarbij chroom en koolstof tijdens het stollen worden gecombineerd om chroomcarbiden van het M7C3-type te vormen. Deze carbiden hebben een Vickers-hardheid van 1.400 tot 1.800 HV, waardoor ze tot de moeilijkste fasen behoren die in elk technisch materiaal voorkomen, met uitzondering van keramiek van gereedschapskwaliteit. De omringende metalen matrix, die na de juiste warmtebehandeling doorgaans martensitisch is, zorgt voor een taaiheid die de brosse breuk voorkomt die een keramisch materiaal onder dezelfde schokomstandigheden zou vernietigen.

De bulkhardheid van een warmtebehandeld witijzergietstuk met hoog chroomgehalte is doorgaans 58 tot 66 HRC (Rockwell C-schaal), vergeleken met 35 tot 45 HRC voor warmtebehandeld gereedschapsstaal en 180 tot 220 HB voor standaard grijs ijzer dat wordt gebruikt in algemene technische gietstukken. Dit substantiële hardheidsvoordeel vertaalt zich direct in slijtvastheid: in de Miller-slijtproef en de ASTM G65 droge zandrubberwieltest vertonen witte ijzers met een hoog chroomgehalte consistent 3 tot 10 keer minder volumeverlies dan standaard grijs ijzer en 2 tot 5 keer minder volumeverlies dan gehard staal in dezelfde testomstandigheden.

De rol van chroomgehalte in slijtageprestaties

Het chroomgehalte van de legering bepaalt het type, de volumefractie en de verdeling van de carbiden die tijdens het stollen ontstaan, en bepaalt ook de corrosieweerstand van de metallische matrix. In legeringen met 11 tot 14 procent chroom is de carbidevolumefractie relatief laag (15 tot 20 procent) en is de matrix gevoeliger voor corrosie in zure slurryomgevingen. Naarmate het chroomgehalte stijgt naar 25 tot 30 procent, neemt de carbidevolumefractie toe tot 25 tot 35 procent, en neemt het chroomgehalte van de matrix toe tot een niveau dat betekenisvolle corrosieweerstand biedt in matig agressieve omgevingen.

De 25 tot 28 procent chroomkwaliteiten, vaak aangeduid als Cr26 of conform de ASTM A532 Klasse III Type A-specificatie, worden het meest gebruikt voor zware gecombineerde slijtage- en corrosietoepassingen in mijnbouwslurrytoepassingen, terwijl de 15 tot 18 procent chroomkwaliteiten (Cr15, ASTM A532 Klasse II Type E) een goede balans bieden tussen hardheid, taaiheid en kosten voor droge slijtage in brekers en molens. Het selecteren van de juiste chroomkwaliteit voor de specifieke toepassing is de eerste technische beslissing bij het specificeren gietstukken met hoog chroomgehalte , en het heeft een groter effect op de levensduur dan welke daaropvolgende warmtebehandeling of operationele parameter dan ook.

Legerende toevoegingen die de prestaties wijzigen

Naast chroom en koolstof worden gietijzeren samenstellingen met een hoog chroomgehalte gemodificeerd door verschillende extra legeringselementen die de microstructuur verfijnen, de hardbaarheid verbeteren of specifieke eigenschappen verbeteren:

• Molybdeen (0,5 tot 3,0 procent): Verbetert de hardbaarheid en zorgt ervoor dat de martensitische transformatie voltooid is in dikke secties tijdens lucht- of olie-quench-warmtebehandeling. Zonder molybdeen kunnen gietstukken met een dikke dwarsdoorsnede austeniet in de kern vasthouden, waardoor de hardheid wordt verminderd in de gebieden die in de loop van de tijd de grootste slijtage ondergaan naarmate het oppervlak wegslijt. Molybdeen wordt standaard toegevoegd aan gietstukken voor toepassingen die een consistente hardheid vereisen in secties groter dan 50 millimeter.
• Mangaan (0,5 tot 1,5 procent): Verhoogt de austenietstabiliteit, wat gunstig kan zijn voor het controleren van het vastgehouden austenietniveau in de gegoten toestand vóór de warmtebehandeling, maar overmatig mangaan destabiliseert de martensietvorming tijdens de warmtebehandeling en moet binnen het gespecificeerde bereik voor de beoogde kwaliteit worden gehouden.
• Nikkel (0,5 tot 1,5 procent): Gebruikt in combinatie met molybdeen om de hardbaarheid te verbeteren in kwaliteiten waar molybdeen alleen onvoldoende is voor zeer dikke secties of waar de molybdeenkosten onder controle worden gehouden. Nikkel heeft een kleiner effect op de hardbaarheid per toevoegingseenheid dan molybdeen, maar is goedkoper, waardoor de combinatie economisch optimaal is voor veel commerciële gietlegeringen.
• Koper (0,5 tot 1,2 procent): Bevordert de onderdrukking van perliet en verbetert de matrixhardheid in sommige lagere chroomkwaliteiten. Kopertoevoegingen komen vaker voor in Cr15-legeringen, waarbij de hardbaarheid uit chroom alleen op de grens kan staan ​​voor luchtharding van gemiddelde sectiediktes.

Voordelen van gietijzer met een hoog chroomgehalte ten opzichte van standaard gietstukken

De prestatievoordelen van gietijzer met een hoog chroomgehalte ten opzichte van de standaard gietstukken van grijs ijzer, nodulair gietijzer en koolstofstaal die in algemene technische toepassingen worden gebruikt, worden het duidelijkst aangetoond door specifieke slijtagegegevens uit serviceproeven en gestandaardiseerde laboratoriumtests onder dezelfde toepassingsomstandigheden te vergelijken. De volgende vergelijking behandelt de belangrijkste voordeelcategorieën die de specificatie van gietstukken met een hoog chroomgehalte in industriële slijtagetoepassingen bepalen.

Vergelijking van de levensduur van schuurmiddelen

Bij schuren onder hoge spanning met grove, harde schurende deeltjes (graniet, kwartsiet, ijzererts en vergelijkbare harde schuurmiddelen met een Mohs-hardheid boven 6), bereiken gietstukken van wit ijzer met een hoog chroomgehalte routinematig een 3 tot 8 keer langere levensduur dan gelijkwaardige componenten gemaakt van standaard grijs ijzer. Tegen gehard medium koolstofstaal (350 tot 400 HB) is het voordeel doorgaans 2 tot 4 keer, afhankelijk van de hardheid van de schuurdeeltjes en de spanningsomstandigheden. Bij schuren met lage spanning met fijne, zachte schurende deeltjes is het voordeel van de slijtagelevensduur bescheidener, in het bereik van 1,5 tot 2,5 keer, omdat de fijnere deeltjes minder effectief zijn bij het penetreren van het harde carbideoppervlak en het voordeel van de carbidemicrostructuur ten opzichte van een harde martensietmatrix kleiner is.

In een gepubliceerde serviceproef in een toepassing voor het breken van kalksteen bereikten Cr26-blaasstaven met een hoog chroomgehalte in een inslagbreker met horizontale as 850 ton kalksteen per kilogram slagstaafslijtage, vergeleken met 210 ton per kilogram voor blaasstaven van gehard staal met gelijkwaardige geometrie in dezelfde breker die dezelfde voeding verwerkt. Dit vertegenwoordigt een viervoudig levensduurvoordeel dat, na rekening te hebben gehouden met de hogere kosten per eenheid van de gietstukken met een hoog chroomgehalte, een kostenbesparing van 60 procent per ton vermalen product opleverde alleen al op basis van het slijtagebudget van de blaasstang.

Corrosie Slijtage Gecombineerde weerstand

Bij natte verwerkingstoepassingen waarbij schurende slurry in contact komt met het slijtoppervlak, versnelt het synergetische effect van gelijktijdige slijtage en corrosie de slijtage met een snelheid die groter is dan de som van de twee onafhankelijk werkende mechanismen. De passieve chroomoxidelaag die zich vormt op het oppervlak van gietijzer met een hoog chroomgehalte (met name de Cr26-kwaliteiten met een matrixchroomgehalte van meer dan 13 procent) biedt een zinvolle corrosiebescherming die deze synergetische versnelling vertraagt, waardoor het gecombineerde voordeel van de corrosie-slijtagelevensduur van ijzer met een hoog chroomgehalte ten opzichte van onbeschermd koolstofstaal aanzienlijk groter is dan alleen het voordeel van droge slijtage.

In zure minerale slurrytoepassingen met pH-waarden tussen 4 en 6, waar corrosie een aanzienlijk slijtagemechanisme is, hebben Cr26-ijzeren pompwaaiers en voeringen met een hoog chroomgehalte een levensduur aangetoond die 5 tot 10 keer langer is dan equivalenten van koolstofstaal, vergeleken met het 2 tot 4 keer voordeel dat wordt waargenomen bij droge schuurtoepassingen met vergelijkbare deeltjeshardheid en impactomstandigheden.

Slijtagevergelijkingstabel: materiaalkwaliteiten bij schuurtoepassingen

Crusher hoge chroomgietstukken : Impact Crusher-toepassingen

Impactbrekers, waaronder impactors met horizontale as (HSI) en impactors met verticale as (VSI), onderwerpen hun slijtagecomponenten aan een bijzonder veeleisende combinatie van impact met hoge snelheid en schurend glijden. De belangrijkste slijtagecomponenten bij impactbrekers met horizontale as zijn de blaasstangen, de schortvoeringen (ook wel impactplaten of brekerplaten genoemd) en de zijvoeringen. Bij impactoren met verticale as zijn de belangrijkste slijtagecomponenten de rotorschoenen, aambeelden en toevoerbuisvoeringen. Gietijzer met een hoog chroomgehalte is de standaardmateriaalspecificatie voor al deze componenten bij het breken van middelzware en harde rotsen.

Blaasbalken voor impactbrekers met horizontale as

De blaasbalk is het belangrijkste breekelement in een botslichaam met horizontale as, dat met de rotor meedraait met een tipsnelheid van 25 tot 45 meter per seconde en herhaaldelijk met hoge snelheid op het voedingsgesteente botst. De blaasbalk moet bestand zijn tegen zowel de hoge energie-impact van de initiële steeninslag als het daaropvolgende schurende glijden van gebroken rotsfragmenten langs het werkvlak van de staaf terwijl materiaal door de breekkamer wordt versneld. Deze combinatie van impact en slijtage vereist een materiaal dat zowel voldoende taaiheid biedt om de impactbelastingen te overleven zonder brosse breuk als een hoge hardheid om weerstand te bieden aan schurende glijslijtage.

Het optimale blaasstaafmateriaal voor kalksteen, zandsteen en vergelijkbare toevoermaterialen met gemiddelde hardheid is doorgaans Cr26- of Cr20-chroomijzer met een warmtebehandelde hardheid van 60 tot 65 HRC, wat de beste combinatie biedt van slijtvastheid en breukweerstand in deze dienst. Voor hardere, schurendere voedingsmaterialen zoals graniet, kwartsiet en ijzererts kan het chroomgehalte worden verhoogd naar 28 tot 30 procent, en wordt extra molybdeen (1,5 tot 2,5 procent) gebruikt om volledige martensiettransformatie te garanderen over de dikte van de blaasbalksectie van doorgaans 80 tot 150 millimeter.

Voor zeer schurende toevoermaterialen met een silicagehalte van meer dan 60 procent (zoals kwartsiet en kwartszand) worden composietblaasstaven met een inzetstuk met hoog chroomijzergehalte, gegoten in een steunlichaam van nodulair gietijzer of staal, gebruikt om de slijtvastheid van hoog chroomijzer op het werkvlak te combineren met de taaiheid van nodulair gietijzer of staal op de bevestigingspunten, waar brosse breuk van een volledig chroomijzergedeelte catastrofaal staafverlies zou kunnen veroorzaken.

Schortvoeringen en zijvoeringen

De schortvoeringen in een botslichaam met horizontale as vormen de secundaire botsoppervlakken waar rotsen tegenaan botsen nadat ze van de rotor zijn geworpen. Deze voeringen ondergaan botsingen met een lagere snelheid dan blaasstaven, maar vereisen nog steeds een hoge hardheid om weerstand te bieden aan de schurende slijtage door rotsen die tussen de botsingen langs hun oppervlak glijden. Hoogchroomijzeren voeringen van de kwaliteit Cr15 of Cr20 zijn standaard voor kalksteen- en middelharde rotstoepassingen; voor harder gesteente kan Cr26-kwaliteit worden geselecteerd. De zijvoeringen, die materiaal in de breekkamer bevatten en het vermalen product naar de afvoeropening geleiden, ondervinden voornamelijk schurende glijslijtage met minder impact, en Cr15-kwaliteit is geschikt voor de meeste zijvoeringtoepassingen, ongeacht de hardheid van het gesteente.

VSI-rotorcomponenten

Verticale schachtbotsers werken door het toevoermateriaal door een rotor te versnellen tot snelheden van 45 tot 75 meter per seconde voordat het een omringende ring van aambeelden of een rotsplateau raakt. De rotorschoenen (de componenten die materiaal door de rotor versnellen) en de aambeelden (de vaste impactdoelen) ondergaan extreem agressieve gecombineerde impact en slijtage. VSI-rotorschoenen in hardsteentoepassingen zijn doorgaans van Cr26- of Cr28-kwaliteit met een hardheid van 63 tot 66 HRC, en worden vervangen met tussenpozen van 100 tot 400 uur, afhankelijk van de hardheid van het gesteente en de abrasiviteitsindex. De hoge vervangingsfrequentie van VSI-slijtonderdelen maakt de economische aspecten van de materiaalkeuze uiterst gevoelig voor de kosten per eenheid per uur service, en de prijs-prestatieverhouding van verschillende hoog chroomijzerkwaliteiten en concurrerende materialen wordt beoordeeld op basis van de kosten per ton verwerkt product in plaats van alleen op de eenheidsprijs.

Verticale maalmolen Hoge chroomgietstukken

Verticale maalmolens (ook wel verticale walsmolens of VRM genoemd) malen grondstoffen, klinker, slakken en steenkool door toevoermateriaal tussen roterende maalwalsen en een stationaire of roterende maaltafel te persen en te rollen. De contactdruk tussen rol en tafel overschrijdt 200 megapascal in moderne VRM-ontwerpen met hoog rendement, en de combinatie van hoge normale spanning, schurend glijden in de contactzone van rol naar tafel, en de thermische effecten van slijpen op hoge snelheid genereert een van de ernstigste slijtageomstandigheden die men tegenkomt bij industrieel gieten.

Slijprolbanden en tafelsegmenten

De slijprolband (de vervangbare buitenmantel van de slijprol) en de slijptafelsegmenten (de slijtvaste voeringsegmenten die met bouten aan de slijptafel zijn bevestigd) zijn de belangrijkste slijtagecomponenten in een verticale slijpmolen. Beide componenten worden doorgaans gegoten uit ijzer met een hoog chroomgehalte, waarbij de specifieke kwaliteit wordt geselecteerd op basis van het materiaal dat wordt geslepen en de specifieke bedrijfsparameters van het VRM-ontwerp.

Voor het malen van cementgrondstoffen en klinkers, waarbij een matige hardheid (Mohs 3 tot 5) wordt verwerkt met hoge doorvoersnelheden, is hoogchroomijzer van Cr15 tot Cr20-kwaliteit standaard voor zowel rolbanden als tafelsegmenten, met een levensduur van 8.000 tot 15.000 bedrijfsuren voordat vervanging nodig is. Voor het slijpen van slak, waarbij gegranuleerde hoogovenslak aanzienlijk harder en schurender is dan cementklinker (Mohs-hardheid 6 tot 7 voor sommige soorten slak), wordt de voorkeur gegeven aan Cr26-kwaliteit, en levensduur van 6.000 tot 10.000 uur is typisch, afhankelijk van de slakeigenschappen.

De grootte van VRM-rolbanden en tafelsegmenten zorgt voor aanzienlijke gietuitdagingen, omdat secties met een dikte van 100 tot 250 millimeter overal een uniforme hardheid moeten bereiken om de versnelde slijtage te voorkomen die optreedt wanneer een zachtere kern wordt blootgesteld wanneer de aanvankelijke harde oppervlaktelaag wegslijt. Dit vereist een zorgvuldig legeringsontwerp met voldoende hardbaarheid (bewerkstelligd door toevoegingen van molybdeen en nikkel zoals hierboven beschreven) en gecontroleerde warmtebehandelingsprocedures die de vereiste koelsnelheid over de gehele sectiedikte bereiken.

Kolenmolen maalelementen

Kolenvergruizers die in elektriciteitscentrales worden gebruikt, vermalen steenkool tot een fijn poeder voordat ze in ketelovens worden geïnjecteerd. De maalelementen (komvoeringen, rolschalen en tafelsegmenten) in steenkoolvergruizers werken in een omgeving van gelijktijdige slijtage door steenkool- en minerale insluitsels, thermische cycli van de hete lucht die wordt gebruikt om steenkool te drogen tijdens het malen, en potentieel explosief ontstekingsrisico door ophoping van steenkoolstof. Gietijzer met een hoog chroomgehalte is het standaard maalelementmateriaal voor alle grote kom- en walsmolenontwerpen die worden gebruikt bij de energieopwekking, waarbij Cr15-kwaliteit het meest voorkomt en Cr26-kwaliteit wordt gebruikt voor zeer schurende kolen met een hoog gehalte aan minerale stoffen (asgehalte boven 20 procent).

VRM-toepassingsoverzicht per grondmateriaal

Hoe de slijtvastheid van gietstukken met een hoog chroomgehalte te verbeteren

Slijtvastheid bij gietstukken met een hoog chroomgehalte is geen vaste eigenschap die alleen door de chemie wordt bepaald. Het is het resultaat van het hele productieproces, van het ontwerp van de legering tot het smelten, stollen en warmtebehandeling, en kan aanzienlijk worden verbeterd door gerichte interventies in elke fase. Door te begrijpen welke variabelen het grootste effect hebben op de slijtageprestaties kunnen gieterijen en eindgebruikers goed gerichte verbeteringen aanbrengen in plaats van algemene kwaliteitsverbeteringen toe te passen die mogelijk niet de specifieke beperkende factor in hun toepassing aanpakken.

Warmtebehandeling: de meest impactvolle variabele

De warmtebehandeling van gietstukken met een hoog chroomwit ijzergehalte is de enige productiestap met het grootste effect op de uiteindelijke slijtvastheid van het gietstuk. Het doel van de warmtebehandeling is om de metallische matrix te transformeren van de gegoten toestand (een mengsel van austeniet, carbiden en vaak wat perliet of martensiet, afhankelijk van de legering en afkoelsnelheid) naar een volledig martensitische toestand die zowel maximale hardheid als de taaiheid biedt die nodig is om breuk onder schokbelasting te weerstaan.

De standaard warmtebehandelingscyclus voor witijzer met hoog chroomgehalte bestaat uit twee fasen:

1. Destabilisatie (austenitiserende) behandeling: Het gietstuk wordt verwarmd tot een temperatuur in het bereik van 950 tot 1.060 graden Celsius (de precieze temperatuur is afhankelijk van de legeringskwaliteit en het carbide-oplosdoel) en gedurende een periode van 2 tot 6 uur op deze temperatuur gehouden, afhankelijk van de dikte van de sectie. Tijdens deze bewaarperiode worden secundaire carbiden die tijdens het stollen zijn neergeslagen, gedeeltelijk weer opgelost in de austenietmatrix, waardoor de matrix wordt verrijkt met chroom en koolstof en een uniforme startconditie wordt gegarandeerd voor de daaropvolgende hardingsstap. De destabilisatietemperatuur moet nauwkeurig worden gecontroleerd binnen plus of min 10 graden Celsius om onderoplossende secundaire carbiden (waardoor de matrix te arm blijft voor volledige hardbaarheid) of te veel oplossende primaire carbiden (wat de carbidestructuur grover maakt en de slijtvastheid vermindert) te voorkomen.
2. Lucht- of oliequench: Na de destabilisatiestop wordt het gietstuk snel overgebracht naar het afschrikmedium. Luchtkoeling (geforceerde luchtkoeling) is voldoende voor de meeste legeringen met voldoende toevoegingen aan hardbaarheid (molybdeen boven 1,5 procent voor secties tot 100 millimeter); oliequench wordt gebruikt voor legeringen met een lagere hardbaarheid of voor zeer dikke secties waar luchtkoeling te langzaam is om perlietvorming te onderdrukken. Het doel is om de perlietneustemperatuur (ongeveer 550 tot 650 graden Celsius) snel genoeg af te koelen om de perlitische transformatie te onderdrukken en een volledig martensitische matrix te bereiken, terwijl het langzaam genoeg afkoelt bij de martensietafwerkingstemperatuur (onder 200 graden Celsius) om afschrikscheuren door thermische spanning te voorkomen.

Na de hardingsbehandeling wordt gedurende 2 tot 4 uur een spanningsverminderende temperatuur van 200 tot 260 graden Celsius toegepast om de interne spanningen die tijdens de snelle afkoeling ontstaan ​​te verminderen, waardoor de breukweerstand wordt verbeterd zonder de matrixhardheid aanzienlijk te verminderen.

Verfijning van de microstructuur tijdens stolling

De carbidegrootte en -verdeling die tijdens het stollen wordt bereikt, bepalen de bovengrens van de slijtvastheid die zelfs een perfecte warmtebehandeling niet kan overschrijden. Grove, slecht verdeelde carbiden vormen een minder effectieve barrière tegen slijtage door schuren dan fijne, gelijkmatig verdeelde carbiden met dezelfde totale volumefractie, omdat grove carbiden het mogelijk maken dat grotere schurende deeltjes matrixmateriaal tussen de carbiden kunnen vinden om door te snijden, terwijl fijne carbiden een effectief uniform hard oppervlak voor het schuurmiddel vormen.

Carbideverfijning kan worden bereikt door:

• Gecontroleerde giettemperatuur: Gieten op de laagst aanvaardbare temperatuur voor volledige vulling van de mal (typisch 1.350 tot 1.420 graden Celsius voor ijzer met een hoog chroomgehalte) verhoogt de onderkoeling tijdens het stollen, wat een fijnere carbidekiemvorming en een fijnere uiteindelijke carbidegrootte bevordert. Een te hoge giettemperatuur maakt de stollingsmicrostructuur grover en produceert grotere primaire carbiden.
• Inenting: Kleine toevoegingen van titanium (0,05 tot 0,1 procent), vanadium (0,1 tot 0,3 procent) of andere carbidevormende elementen zorgen voor extra kiemplaatsen voor carbidevorming tijdens het stollen, waardoor een fijnere en uniformere carbideverdeling ontstaat. De verbetering in slijtvastheid door inenting alleen (zonder andere veranderingen) is gekwantificeerd op 10 tot 20 procent in laboratoriumslijtagetests waarbij geïnoculeerde en niet-geïnoculeerde hitte met dezelfde nominale samenstelling werden vergeleken.
• Gecontroleerde stollingssnelheid: Snellere stolling produceert fijnere carbiden. Voor kleine tot middelgrote gietstukken verhoogt het gebruik van metaalkoeling op de werkoppervlakposities in de mal de koelsnelheid op die oppervlakken, waardoor fijnere carbiden worden geproduceerd in de gebieden die tijdens gebruik de meeste slijtage ondervinden.

Ingehouden austenietbeheer

Na een standaard warmtebehandeling bevatten de meeste gietstukken met hoog chroomwit ijzer 5 tot 20 procent vastgehouden austeniet in de matrix, afhankelijk van de legeringssamenstelling en de warmtebehandelingsparameters. Vastgehouden austeniet is een zachtere fase (ongeveer 300 tot 400 HV) dan martensiet (800 tot 1.000 HV), en hoge niveaus van vastgehouden austeniet verminderen de matrixhardheid en slijtvastheid van het gietstuk. In toepassingen waar maximale slijtvastheid vereist is en de impactbelasting bescheiden is, moet het achtergebleven austenietgehalte tot onder de 10 procent worden geminimaliseerd via een van de volgende benaderingen: cryogene behandeling bij min 70 tot min 196 graden Celsius na de normale warmtebehandeling, onderkoeling tot temperaturen onder de martensietafwerkingstemperatuur, of aanpassing van de samenstelling om de martensietstarttemperatuur te verlagen.

Bij toepassingen met een aanzienlijke impactbelasting is een bepaald niveau van achtergebleven austeniet (10 tot 20 procent) gunstig omdat het scheurstopsterkte biedt die voorkomt dat microscheuren die door impact zijn veroorzaakt zich door het gietstuk kunnen voortplanten. Het optimale behouden austenietniveau is daarom toepassingsspecifiek en vertegenwoordigt een afweging tussen slijtvastheid en taaiheid die moet worden opgelost op basis van de dominante faalwijze in de specifieke serviceomgeving.

Hoe u gietstukken met een hoog chroomgehalte kunt behouden voor een lange levensduur

Het onderhoud van gietstukken met een hoog chroomgehalte in breker- en maalmolentoepassingen omvat zowel de operationele praktijken die de integriteit van geïnstalleerde slijtageonderdelen behouden als de monitoring- en vervangingsplanningspraktijken die de totale levensduur van elk onderdeel maximaliseren zonder de productieverliezen en mechanische schade op te lopen die optreden wanneer onderdelen vóór vervanging voorbij hun bruikbare limiet zijn versleten. Het volgende onderhoudsraamwerk behandelt beide dimensies.

Operationele praktijken die de castingintegriteit behouden

De manier waarop een breker of maalmolen wordt bediend, heeft een direct effect op de slijtagesnelheid en het aantal breuken van de gietstukken met een hoog chroomgehalte, en operationele discipline rond de volgende praktijken levert meetbare verbeteringen op in de levensduur van het gietstuk:

• Controle zwerfmetaal en onbreekbaar materiaal in het voer: Stalen wapeningsstaven, tanden van graafmachines en ander zwerfmetaal in de toevoer van de breker veroorzaken extreme impactgebeurtenissen die slagstaven met een hoog chroomgehalte, schortvoeringen en VSI-schoenen kunnen breken, zelfs als het normale impactniveau binnen het taaiheidsbereik van het materiaal ligt. Installeer en onderhoud effectieve metaaldetectie (doorgaans metaaldetectoren en magneetsystemen die geschikt zijn voor het materiaaltype) stroomopwaarts van alle impactbrekers die gemengde of van sloop afkomstige voedingsstromen verwerken.
• Controleer de voergrootte en voersnelheid: Overmaatse voeding in een impactbreker creëert impactgebeurtenissen die hoger zijn dan ontworpen, waardoor de slijtage wordt versneld en het breukrisico toeneemt. Zorg ervoor dat de scalpeer- en maatschermen van vóór de breker in goede staat blijven om ervoor te zorgen dat het voer van de breker voldoet aan de nominale voergroottespecificatie waarvoor de blaasstaven en voeringen zijn ontworpen. Toevoersnelheidspieken die ervoor zorgen dat de rotor enorme materiaalophopingen treft in plaats van individuele deeltjes, verhogen op vergelijkbare wijze de piekstootbelastingen; gebruik gecontroleerde invoersystemen (bandaanvoersystemen met snelheidsregeling in plaats van surge hoppers met ongecontroleerde afvoer) om een ​​consistente voersnelheid te behouden.
• Zorg voor de juiste rotorsnelheid en tussenruimte-instellingen: Bij impactbrekers bepaalt de rotorsnelheid de kinetische energie van elke slagbalk tegen de impact van een rots en is dit de belangrijkste bedrijfsvariabele die zowel de productiesnelheid als de slijtagesnelheid beïnvloedt. Door te draaien op de minimale rotorsnelheid die de vereiste productgroottespecificatie bereikt, wordt de slijtagesnelheid per ton geminimaliseerd; het draaien op een hogere snelheid dan noodzakelijk verhoogt het energieverbruik en versnelt de slijtage zonder de productkwaliteit te verbeteren. Controleer of de instellingen voor de schortopening binnen de specificaties vallen; te kleine openingen vergroten de kans dat grote fragmenten tussen de rotor en het schort vast komen te zitten, waardoor impactgebeurtenissen ontstaan ​​die zowel de blaasstangen als de schorten tegelijkertijd kunnen breken.
• Draai de blaasbalken op de juiste intervallen: Inslagbrekers met horizontale as zijn zo ontworpen dat blaasstaven 180 graden kunnen worden gedraaid of kunnen worden verplaatst van de voorrand naar de achterrand wanneer één zijde tot aan de rotatielimiet is afgesleten. Rotatie op het juiste punt egaliseert de slijtage tussen de twee werkoppervlakken van elke blaasbalk, waardoor het totale slijtagevolume dat uit elke blaasbalk wordt gehaald effectief wordt verdubbeld in vergelijking met draaien om volledige slijtage aan één vlak vóór rotatie te bereiken. Vertraagde rotatie resulteert in ongelijkmatige slijtage die het bruikbare slijtagevolume vermindert en kan rotoronbalans veroorzaken die de lagerbelasting en trillingen verhoogt.

Inspectie- en slijtagemeetschema

Het systematisch meten van de slijtagediepte van het gietstuk met regelmatige tussenpozen is de basis van een effectieve vervangingsplanning. Zonder kwantitatieve slijtagegegevens zijn vervangingsbeslissingen alleen gebaseerd op visuele beoordeling, wat vaak resulteert in voortijdige vervanging van onderdelen met resterende levensduur (wat onnodige onderdeelkosten met zich meebrengt) of vertraagde vervanging van onderdelen die versleten zijn tot onder hun veilige gebruikslimiet (met het risico van mechanische schade aan de gastapparatuur).

Breng een slijtagemeetroutine tot stand met behulp van schuifmaten of ultrasone diktemeters die de slijtagediepte op gedefinieerde referentiepunten op elk gietstuk met regelmatige inspectie-intervallen meet (doorgaans elke 250 tot 500 bedrijfsuren voor zwaarbelaste brekerslijtageonderdelen en elke 500 tot 1.000 uur voor VRM-slijpelementen). Registreer deze metingen in een trackingspreadsheet en zet de cumulatieve slijtage uit ten opzichte van de bedrijfsuren. De resulterende slijtagecurve maakt een voorspelling mogelijk van de resterende levensduur op elk inspectiepunt, waardoor geplande vervanging kan worden gepland tijdens een handig onderhoudsvenster in plaats van te reageren op een noodstoring veroorzaakt door een versleten onderdeel.

Lasreparatie van gietstukken met een hoog chroomgehalte

Wit ijzer met een hoog chroomgehalte is moeilijk te lassen met conventionele methoden vanwege de brosheid en het hoge koolstofequivalent, die scheuren bevorderen in zowel de lasafzetting als de door hitte beïnvloede zone grenzend aan de las. Hardoplasbare lasoverlays met behulp van geschikte hardoplaselektroden van chroomcarbide of gevulde draad kunnen echter worden gebruikt om versleten oppervlakken van gietstukken met dikke secties ter plaatse te herstellen, waardoor de levensduur wordt verlengd zonder de kosten van volledige vervanging van onderdelen. De belangrijkste vereisten voor een succesvolle hardoplas van gietstukken met een hoog chroomgehalte zijn:

• Verwarm voor op 400 tot 500 graden Celsius vóór het lassen om de thermische gradiënt tussen het smeltbad en het omringende koude gietmateriaal te verminderen, wat de belangrijkste oorzaak is van door hitte beïnvloede zonescheuren in ijzers met een hoog koolstof- en hoog chroomgehalte.
• Gebruik chroomcarbide slijtdelen (geen algemene of austenitische roestvrije elektroden) die een afzetting produceren met slijtage-eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van het basisgietmateriaal. Een afzetting van een ongeschikte elektrode die zachter is dan het omringende basismateriaal zal bij voorkeur slijten, waardoor het doel van de reparatie teniet wordt gedaan.
• Controle interpasstemperatuur en een gecontroleerde, langzame afkoeling na het lassen mogelijk maken door het onderdeel in isolatiedekens te wikkelen, om thermische spanningen tijdens het afkoelen, die vertraagde scheurvorming in gietstukken met een dikke doorsnede veroorzaken, tot een minimum te beperken.

Gietstukken met een hoog chroomgehalte vertegenwoordigen een technisch volwassen en economisch bewezen oplossing voor de slijtage-uitdaging in de meest veeleisende industriële toepassingen. De combinatie van het selecteren van de juiste chroomkwaliteit voor de specifieke schuur- en impactomstandigheden, het specificeren van de juiste warmtebehandelingsparameters om de hardheid en taaiheid van de matrix te maximaliseren, het toepassen van best practice operationele discipline om de gietintegriteit tijdens gebruik te behouden, en het implementeren van systematische slijtagemetingen en vervangingsplanning levert de laagste totale eigendomskosten op van onderdelen met een hoog chroomslijtage gedurende de volledige levensduur van breek- en slijpapparatuur.

Kwaliteitscontrole bij de productie van hoogchroomgietwerk

De prestatieconsistentie van gietstukken met een hoog chroomgehalte tijdens gebruik hangt af van de strengheid van de kwaliteitscontrole die tijdens de productie wordt toegepast. In tegenstelling tot gewone staalproducten, waarbij de samenstelling en mechanische eigenschappen strak worden bepaald door algemeen aanvaarde normen, worden gietstukken van wit ijzer met een hoog chroomgehalte vaak geproduceerd volgens bedrijfseigen of toepassingsspecifieke specificaties, waarbij de door de gieterij toegepaste productiekwaliteitscontroles de primaire garantie zijn voor consistente prestaties. Door te begrijpen welke kwaliteitscontroles moeten worden gespecificeerd en geverifieerd bij de aanschaf van gietstukken met een hoog chroomgehalte, kunnen kopers betrouwbare bronnen onderscheiden van bronnen die inconsistente producten produceren.

Verificatie van chemische samenstelling

Elke hitte van hoog chroomijzer moet vóór het gieten worden geanalyseerd met behulp van optische emissiespectrometrie (OES) op een monster uit de gietpan of oven. De analyse moet bevestigen dat alle gespecificeerde legeringselementen (chroom, koolstof, molybdeen, nikkel en silicium) zich binnen het beoogde samenstellingsbereik bevinden voordat de hitte in de mallen wordt gegoten. Warmte die buiten de specificatie valt, moet vóór het gieten worden gecorrigeerd door toevoeging van legering; het gieten van warmte die buiten de specificatie valt in de verwachting dat deze acceptabel zal zijn, vertegenwoordigt een aanzienlijk kwaliteitsrisico, omdat de gevolgen van een onjuiste samenstelling op de slijtageprestaties en de warmtebehandelingsreactie mogelijk pas duidelijk worden als de onderdelen in gebruik worden geïnstalleerd.

Kopers zouden molentestcertificaten (MTC) moeten eisen die de daadwerkelijke analyse van de gietlepel voor elke productiebatch aantonen, in plaats van generieke kwaliteitscertificaten te accepteren die de naleving van een standaardspecificatie bevestigen zonder de feitelijke samenstelling van de specifieke geleverde onderdelen te vermelden. Door MTC-gegevens over meerdere bestellingen te vergelijken, kunnen trends in samenstellingsvariatie worden geïdentificeerd voordat deze de serviceprestaties beïnvloeden, en worden de gegevens verkregen die nodig zijn om samenstellingsvariaties te correleren met waargenomen verschillen in levensduur tussen batches.

Hardheidstesten na warmtebehandeling

Elke hoog chroomijzer casting Na de warmtebehandeling moet een Rockwell-hardheidstest worden uitgevoerd om te verifiëren dat de vereiste hardheid in de beoogde meetzone is bereikt. Voor de meeste slijtageonderdelen van brekers en maalmolens bedraagt ​​het gespecificeerde hardheidsbereik 58 tot 66 HRC, afhankelijk van de legeringskwaliteit en toepassing. Het testen van de hardheid moet op minimaal drie locaties per gietstuk worden uitgevoerd: twee tegenover elkaar liggende werkoppervlakposities en één randpositie. Een gietstuk dat een acceptabele hardheid op het werkoppervlak vertoont, maar een aanzienlijk lagere hardheid op de randposities, duidt op een onvolledige martensiettransformatie in gebieden met een lagere afkoelsnelheid tijdens het afschrikken, wat preferentiële slijtage kan veroorzaken op die posities tijdens gebruik.

Voor grote gietstukken waarbij de variatie in sectiedikte van invloed kan zijn op de verdeling van de diktehardheid, wordt door destructieve hardheidstests op monsters gesneden uit representatieve posities van prototype- of eerste artikelgietstukken de hardheidsgradiënt over de sectie vastgesteld en wordt geverifieerd dat de warmtebehandeling de minimaal vereiste hardheid bereikt op alle diepten die tijdens de volledige levensduur van het onderdeel zullen worden blootgesteld. Deze tests zijn vooral belangrijk voor VRM-slijprolbanden en tafelsegmenten met secties groter dan 100 millimeter, waarbij de kernhardheid na warmtebehandeling van cruciaal belang is voor de prestaties, aangezien het oppervlak slijt en dieper materiaal na verloop van tijd het werkoppervlak wordt.

Dimensionale inspectie en oppervlaktekwaliteit

De conformiteit van de afmetingen met de gespecificeerde tekening wordt geverifieerd door het meten van alle kritische afmetingen met behulp van gekalibreerde meters en sjablonen. Voor gietstukken die na een warmtebehandeling zijn afgewerkt (zoals pompwaaiers, slijpringsegmenten en precisieslijtplaten), bevestigt maatmeting na de eindbewerking dat de bewerking de vereiste maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking heeft bereikt. Voor gietstukken die worden gebruikt als gietvorm of als grondconditie, zijn de maatvoeringscontroles gericht op de montage- en pasoppervlakken die de juiste pasvorm en uitlijning in de gastapparatuur bepalen.

Inspectie van de oppervlaktekwaliteit omvat zowel het visuele uiterlijk van het gietoppervlak als niet-destructieve testen op ondergrondse defecten in kritische toepassingen. Visuele inspectie identificeert de porositeit bij het breken van het oppervlak, koude afsluitingen, hete scheuren en aanzienlijke oppervlakteruwheid die duiden op problemen met de gietkwaliteit. Voor toepassingen met grote gevolgen, zoals grote VSI-rotorschoenen, VRM-slijpelementen en componenten in kritische procesmachines, bieden kleurpenetratietests of magnetische deeltjestests van toegankelijke oppervlakken extra zekerheid dat er geen scheuren in het oppervlak aanwezig zijn voordat de onderdelen in gebruik worden genomen. Scheuren in gietijzeren gietstukken met een hoog chroomgehalte stoppen niet vanzelf, zoals bij ductiele materialen wel het geval zou kunnen zijn; Een oppervlaktescheur in een zwaar belast slijtageonderdeel van een impactbreker kan zich onder bedrijfsbelastingen snel verspreiden tot een catastrofale breuk, waardoor scheurdetectie vóór gebruik een zinvolle investering is in zowel de veiligheid als de betrouwbaarheid van de productie.