Vật đúc có hàm lượng crom cao là gì và bạn tối đa hóa tuổi thọ mài mòn của chúng bằng cách nào?

Gang có hàm lượng crom cao là gì và tại sao nó chống mài mòn?

Gang có hàm lượng crom cao là một hợp kim sắt chứa 11 đến 30 phần trăm crom và 2,0 đến 3,5 phần trăm cacbon, với crom và cacbon kết hợp trong quá trình hóa rắn để tạo thành cacbua crom thuộc loại M7C3. Các cacbua này có độ cứng Vickers từ 1.400 đến 1.800 HV, khiến chúng trở thành một trong những pha cứng nhất được tìm thấy trong bất kỳ vật liệu kỹ thuật nào ngoại trừ gốm sứ cấp công cụ. Ma trận kim loại xung quanh, điển hình là martensitic sau khi xử lý nhiệt thích hợp, mang lại độ dẻo dai giúp ngăn ngừa hiện tượng gãy giòn có thể phá hủy vật liệu gốm trong cùng điều kiện va đập.

Độ cứng khối của vật đúc bằng sắt trắng crom cao được xử lý nhiệt thường là 58 đến 66 HRC (thang Rockwell C), so với 35 đến 45 HRC đối với thép công cụ được xử lý nhiệt và 180 đến 220 HB đối với sắt xám tiêu chuẩn được sử dụng trong đúc kỹ thuật nói chung. Ưu điểm về độ cứng đáng kể này chuyển trực tiếp thành khả năng chống mài mòn: trong thử nghiệm mài mòn số Miller và thử nghiệm bánh xe cao su cát khô ASTM G65, bàn ủi trắng có hàm lượng crom cao luôn cho thấy mức hao hụt khối lượng thấp hơn từ 3 đến 10 lần so với sắt xám tiêu chuẩn và mức giảm khối lượng thấp hơn từ 2 đến 5 lần so với thép cứng trong cùng điều kiện thử nghiệm.

Vai trò của nội dung crom trong hiệu suất Wear

Hàm lượng crom của hợp kim xác định loại, phần thể tích và sự phân bố của cacbua hình thành trong quá trình hóa rắn và nó cũng xác định khả năng chống ăn mòn của ma trận kim loại. Trong các hợp kim có 11 đến 14 phần trăm crom, phần thể tích cacbua tương đối thấp (15 đến 20 phần trăm) và nền dễ bị ăn mòn hơn trong môi trường bùn axit. Khi hàm lượng crom tăng lên từ 25 đến 30 phần trăm, phần thể tích cacbua tăng lên 25 đến 35 phần trăm và hàm lượng crom trong nền tăng đến mức mang lại khả năng chống ăn mòn đáng kể trong môi trường xâm thực vừa phải.

Các loại crom 25 đến 28 phần trăm, thường được ký hiệu là Cr26 hoặc phù hợp với thông số kỹ thuật ASTM A532 Loại III Loại A, được sử dụng rộng rãi nhất cho dịch vụ mài mòn và ăn mòn kết hợp nghiêm trọng trong các ứng dụng bùn khai thác, trong khi các loại crom 15 đến 18 phần trăm (Cr15, ASTM A532 Loại II Loại E) mang lại sự cân bằng tốt về độ cứng, độ bền và chi phí cho dịch vụ mài mòn khô trong máy nghiền và máy nghiền. Chọn loại crom thích hợp cho ứng dụng cụ thể là quyết định kỹ thuật đầu tiên trong việc xác định đúc crôm cao và nó có ảnh hưởng lớn hơn đến tuổi thọ sử dụng so với bất kỳ thông số vận hành hoặc xử lý nhiệt nào tiếp theo.

Hợp kim bổ sung làm thay đổi hiệu suất

Ngoài crom và carbon, các chế phẩm gang có hàm lượng crom cao được biến đổi bởi một số nguyên tố hợp kim bổ sung giúp tinh chỉnh cấu trúc vi mô, cải thiện độ cứng hoặc tăng cường các đặc tính cụ thể:

• Molypden (0,5 đến 3,0 phần trăm): Tăng cường độ cứng, đảm bảo rằng quá trình biến đổi martensitic được hoàn thành trên toàn bộ các phần dày trong quá trình xử lý nhiệt làm nguội bằng không khí hoặc dầu. Nếu không có molypden, vật đúc có tiết diện dày có thể giữ lại austenite trong lõi, làm giảm độ cứng ở những vùng bị mài mòn sâu nhất theo thời gian khi bề mặt bị mòn đi. Molypden là chất bổ sung tiêu chuẩn trong vật đúc cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng ổn định trên các phần vượt quá 50 mm.
• Mangan (0,5 đến 1,5 phần trăm): Tăng độ ổn định của austenite, có thể có lợi cho việc kiểm soát mức austenite được giữ lại trong điều kiện đúc trước khi xử lý nhiệt, nhưng mangan quá mức sẽ làm mất ổn định sự hình thành martensite trong quá trình xử lý nhiệt và phải được giữ trong phạm vi quy định cho loại mục tiêu.
• Niken (0,5 đến 1,5 phần trăm): Được sử dụng kết hợp với molypden để tăng cường độ cứng ở các lớp mà chỉ riêng molypden là không đủ cho các phần rất dày hoặc nơi chi phí molypden đang được kiểm soát. Niken có ảnh hưởng ít hơn đến độ cứng trên mỗi đơn vị bổ sung so với molypden nhưng ít tốn kém hơn, khiến sự kết hợp trở nên tối ưu về mặt kinh tế đối với nhiều hợp kim đúc thương mại.
• Đồng (0,5 đến 1,2 phần trăm): Thúc đẩy quá trình ức chế ngọc trai và cải thiện độ cứng của ma trận ở một số loại crom thấp hơn. Việc bổ sung đồng phổ biến hơn trong các hợp kim Cr15 trong đó độ cứng chỉ từ crom có ​​thể là giới hạn cho quá trình làm cứng không khí ở độ dày tiết diện trung bình.

Ưu điểm của gang có hàm lượng crom cao so với vật đúc tiêu chuẩn

Ưu điểm về hiệu suất của gang có hàm lượng crom cao so với gang xám, sắt dẻo và thép cacbon tiêu chuẩn được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật chung được thể hiện rõ ràng nhất bằng cách so sánh dữ liệu tốc độ mài mòn cụ thể từ các thử nghiệm dịch vụ và thử nghiệm tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm trong cùng điều kiện ứng dụng. Sự so sánh sau đây đề cập đến các loại lợi thế chính thúc đẩy đặc điểm kỹ thuật của vật đúc có hàm lượng crom cao trong các ứng dụng mài mòn công nghiệp.

So sánh tuổi thọ mài mòn

Trong dịch vụ mài mòn ứng suất cao với các hạt mài mòn thô, cứng (đá granit, thạch anh, quặng sắt và các chất mài mòn đá cứng tương tự có độ cứng Mohs trên 6), vật đúc bằng sắt trắng crom cao thường đạt được tuổi thọ sử dụng gấp 3 đến 8 lần so với các bộ phận tương đương được làm từ sắt xám tiêu chuẩn. Đối với thép cacbon trung bình đã cứng (350 đến 400 HB), lợi thế thường là 2 đến 4 lần, tùy thuộc vào độ cứng của hạt mài mòn và điều kiện ứng suất. Khi mài mòn ứng suất thấp với các hạt mài mòn mịn, mềm, lợi thế về tuổi thọ mài mòn khiêm tốn hơn, trong khoảng 1,5 đến 2,5 lần, vì các hạt mịn hơn ít hiệu quả hơn khi xuyên qua bề mặt cacbua cứng và lợi thế của vi cấu trúc cacbua so với ma trận martensite cứng là nhỏ hơn.

Trong một thử nghiệm dịch vụ đã được công bố trong ứng dụng nghiền đá vôi, các thanh thổi bằng sắt crom cao Cr26 trong máy nghiền tác động trục ngang đã đạt được 850 tấn đá vôi trên mỗi kg độ mòn của thanh thổi, so với 210 tấn mỗi kg đối với các thanh thổi bằng thép cứng có hình dạng tương đương trong cùng một máy nghiền xử lý cùng một nguồn cấp dữ liệu. Điều này thể hiện lợi thế về tuổi thọ mài mòn gấp 4 lần, sau khi tính đến chi phí đơn vị cao hơn của vật đúc có hàm lượng crom cao, đã tạo ra mức giảm 60% chi phí trên mỗi tấn sản phẩm được nghiền chỉ từ ngân sách mài mòn thanh thổi.

Chống mài mòn kết hợp chống ăn mòn

Trong các ứng dụng xử lý ướt nơi bùn mài mòn tiếp xúc với bề mặt mài mòn, tác động tổng hợp của mài mòn và ăn mòn đồng thời làm tăng tốc độ mài mòn ở tốc độ lớn hơn tổng của hai cơ chế hoạt động độc lập. Lớp oxit crom thụ động hình thành trên bề mặt của gang có hàm lượng crom cao (đặc biệt là các loại Cr26 có hàm lượng crom ma trận vượt quá 13 phần trăm) cung cấp khả năng chống ăn mòn có ý nghĩa làm chậm lại khả năng tăng tốc tổng hợp này, làm cho lợi thế về tuổi thọ sử dụng mài mòn do ăn mòn kết hợp của sắt có hàm lượng crom cao so với thép cacbon không được bảo vệ lớn hơn đáng kể so với lợi thế mài mòn khô riêng lẻ.

Trong các ứng dụng bùn khoáng có tính axit có giá trị pH từ 4 đến 6, trong đó ăn mòn là cơ chế mài mòn đáng kể, cánh quạt và ống lót bơm bằng sắt crom cao Cr26 đã chứng minh tuổi thọ sử dụng lâu hơn từ 5 đến 10 lần so với thép cacbon tương đương, so với lợi thế gấp 2 đến 4 lần thấy trong các ứng dụng mài mòn khô có độ cứng hạt và điều kiện va đập tương tự.

Bảng so sánh độ mài mòn: Cấp vật liệu trong dịch vụ mài mòn

Máy nghiền đúc Crom cao : Ứng dụng máy nghiền tác động

Máy nghiền tác động, bao gồm máy va đập trục ngang (HSI) và máy va chạm trục đứng (VSI), khiến các bộ phận chịu mài mòn của chúng phải chịu sự kết hợp đặc biệt giữa tác động vận tốc cao và trượt mài mòn. Các bộ phận chịu mài mòn chính trong máy nghiền va đập trục ngang là thanh thổi, tấm lót tạp dề (còn gọi là tấm va đập hoặc tấm chắn bùn) và lớp lót bên. Trong các máy tác động trục thẳng đứng, các bộ phận hao mòn chính là guốc rôto, đe và ống lót ống cấp liệu. Gang có hàm lượng crom cao là đặc điểm kỹ thuật vật liệu tiêu chuẩn cho tất cả các thành phần này trong các ứng dụng nghiền đá cứng và trung bình.

Thanh thổi cho máy nghiền tác động trục ngang

Thanh thổi là bộ phận nghiền chính trong máy va chạm trục ngang, quay cùng với rôto ở tốc độ đầu từ 25 đến 45 mét mỗi giây và tác động liên tục vào đá cấp liệu ở tốc độ cao. Thanh thổi phải chịu được cả tác động năng lượng cao của cú va chạm đá ban đầu và sự trượt mài mòn tiếp theo của các mảnh đá vỡ dọc theo bề mặt làm việc của thanh khi vật liệu được tăng tốc qua buồng nghiền. Sự kết hợp giữa va đập và mài mòn này đòi hỏi một vật liệu có đủ độ dẻo dai để chịu được tải trọng va đập mà không bị gãy giòn và độ cứng cao để chống lại sự mài mòn trượt do mài mòn.

Vật liệu thanh thổi tối ưu cho đá vôi, đá sa thạch và các vật liệu cấp liệu có độ cứng trung bình tương tự thường là sắt crom cao Cr26 hoặc Cr20 với độ cứng được xử lý nhiệt từ 60 đến 65 HRC, mang lại sự kết hợp tốt nhất giữa tuổi thọ mài mòn và khả năng chống gãy trong dịch vụ này. Đối với các vật liệu cấp liệu cứng hơn, có tính mài mòn cao hơn như đá granit, đá thạch anh và quặng sắt, hàm lượng crom có ​​thể tăng lên từ 28 đến 30 phần trăm và molypden bổ sung (1,5 đến 2,5 phần trăm) được sử dụng để đảm bảo chuyển đổi martensite hoàn toàn trong suốt độ dày phần thanh thổi thường từ 80 đến 150 mm.

Đối với nguyên liệu thức ăn có độ mài mòn cao có hàm lượng silica trên 60% (chẳng hạn như thạch anhit và cát silic), các thanh thổi composite có lớp sắt crom cao được đúc vào thân đỡ bằng sắt hoặc thép dẻo được sử dụng để kết hợp khả năng chống mài mòn của sắt có crom cao trên bề mặt làm việc với độ dẻo dai của sắt hoặc thép dẻo tại các điểm gắn, trong đó vết nứt giòn của phần sắt có hàm lượng crom cao hoàn toàn có thể gây ra hiện tượng mất thanh thảm khốc.

Tấm lót tạp dề và tấm lót bên hông

Các lớp lót tạp dề trong thiết bị va chạm trục ngang tạo thành các bề mặt va chạm thứ cấp mà đá va vào sau khi được ném ra khỏi rôto. Những lớp lót này chịu tác động vận tốc thấp hơn so với thanh thổi nhưng vẫn yêu cầu độ cứng cao để chống lại sự mài mòn do đá trượt dọc theo bề mặt của chúng giữa các lần va chạm. Lớp lót bằng sắt crom cao cấp Cr15 hoặc Cr20 là tiêu chuẩn cho các ứng dụng đá vôi và đá cứng trung bình; đối với đá cứng hơn có thể chọn cấp Cr26. Các lớp lót bên, chứa vật liệu trong buồng nghiền và dẫn sản phẩm đã nghiền về phía lỗ xả, chủ yếu chịu mài mòn trượt do mài mòn với ít tác động hơn và cấp độ Cr15 phù hợp cho hầu hết các ứng dụng lớp lót bên bất kể độ cứng của đá.

Linh kiện rôto VSI

Máy va chạm trục đứng hoạt động bằng cách tăng tốc vật liệu cấp liệu thông qua một rôto tới tốc độ 45 đến 75 mét mỗi giây trước khi nó tác động đến vòng đe hoặc thềm đá xung quanh. Các guốc rôto (các bộ phận tăng tốc vật liệu thông qua rôto) và đe (các mục tiêu tác động cố định) chịu tác động kết hợp và mài mòn cực kỳ mạnh. Rôto VSI trong các ứng dụng đá cứng thường là loại Cr26 hoặc Cr28 với độ cứng từ 63 đến 66 HRC và chúng được thay thế trong khoảng thời gian từ 100 đến 400 giờ tùy thuộc vào độ cứng của đá và chỉ số mài mòn. Tần suất thay thế cao của các bộ phận bị mòn VSI khiến tính kinh tế của việc lựa chọn vật liệu cực kỳ nhạy cảm với đơn giá mỗi giờ dịch vụ và tỷ lệ hiệu suất giá của các loại sắt crom cao khác nhau và vật liệu của đối thủ cạnh tranh được đánh giá dựa trên chi phí mỗi tấn sản phẩm đã xử lý thay vì chỉ đơn giá.

Máy nghiền đứng Máy nghiền crom cao

Máy nghiền đứng (còn gọi là máy nghiền con lăn đứng hoặc VRM) nghiền nguyên liệu thô, clinker, xỉ và than bằng cách ép và lăn nguyên liệu cấp liệu giữa các con lăn nghiền quay và bàn nghiền cố định hoặc quay. Áp suất tiếp xúc giữa con lăn và bàn vượt quá 200 megapascal trong các thiết kế VRM hiệu suất cao hiện đại và sự kết hợp của ứng suất bình thường cao, mài mòn trượt ở con lăn đến vùng tiếp xúc với bàn và hiệu ứng nhiệt của quá trình mài tốc độ cao tạo ra một trong những điều kiện mài mòn nghiêm trọng nhất mà bất kỳ vật đúc công nghiệp nào gặp phải.

Mài lốp xe lăn và phân đoạn bàn

Lốp con lăn mài (vỏ ngoài có thể thay thế của con lăn mài) và các bộ phận của bàn nghiền (các bộ phận lót chống mài mòn được bắt vít vào bàn mài) là các bộ phận chịu mài mòn chính trong máy nghiền đứng. Cả hai thành phần thường được đúc từ sắt có hàm lượng crom cao, với cấp độ cụ thể được chọn dựa trên vật liệu được nghiền và các thông số vận hành của thiết kế VRM cụ thể.

Đối với nghiền nguyên liệu xi măng và clinker, trong đó cấp liệu có độ cứng vừa phải (Mohs 3 đến 5) được xử lý ở tốc độ thông lượng cao, sắt crom cao cấp Cr15 đến Cr20 là tiêu chuẩn cho cả lốp con lăn và phân khúc bàn, mang lại tuổi thọ sử dụng từ 8.000 đến 15.000 giờ hoạt động trước khi cần thay thế. Để nghiền xỉ, trong đó xỉ lò cao dạng hạt cứng hơn và mài mòn nhiều hơn clanhke xi măng (độ cứng Mohs từ 6 đến 7 đối với một số loại xỉ), loại Cr26 được ưu tiên và tuổi thọ sử dụng từ 6.000 đến 10.000 giờ là điển hình tùy thuộc vào đặc tính của xỉ.

Kích thước của lốp con lăn VRM và các phân đoạn bàn tạo ra những thách thức đúc đáng kể vì các phần có độ dày từ 100 đến 250 mm phải đạt được độ cứng đồng đều xuyên suốt để ngăn chặn sự mài mòn tăng tốc xảy ra khi lõi mềm hơn lộ ra khi lớp bề mặt cứng ban đầu bị mòn đi. Điều này đòi hỏi thiết kế hợp kim cẩn thận với độ cứng thích hợp (đạt được thông qua việc bổ sung molypden và niken như mô tả ở trên) và các quy trình xử lý nhiệt được kiểm soát để đạt được tốc độ làm mát cần thiết trong toàn bộ chiều dày của mặt cắt.

Bộ phận nghiền than

Máy nghiền than được sử dụng trong các nhà máy phát điện nghiền than thành bột mịn trước khi phun vào lò hơi. Các bộ phận nghiền (tấm lót bát, vỏ cuộn và các đoạn bàn) trong máy nghiền than hoạt động trong môi trường mài mòn đồng thời từ than và tạp chất khoáng, chu trình nhiệt từ không khí nóng được sử dụng để làm khô than trong quá trình nghiền và nguy cơ cháy nổ tiềm ẩn do tích tụ bụi than. Gang có hàm lượng crom cao là vật liệu nghiền tiêu chuẩn cho tất cả các thiết kế máy nghiền bát và máy nghiền con lăn chính được sử dụng trong sản xuất điện, với loại Cr15 là phổ biến nhất và loại Cr26 được sử dụng cho than có độ mài mòn cao với hàm lượng chất khoáng cao (hàm lượng tro trên 20%).

Tóm tắt ứng dụng VRM theo vật liệu mặt đất

Làm thế nào để cải thiện khả năng chống mài mòn của vật đúc có hàm lượng crom cao

Khả năng chống mài mòn trong vật đúc có hàm lượng crom cao không phải là đặc tính cố định được xác định chỉ bằng hóa học. Nó là kết quả của toàn bộ quá trình sản xuất từ ​​thiết kế hợp kim đến nấu chảy, hóa rắn và xử lý nhiệt, đồng thời nó có thể được cải thiện đáng kể thông qua các biện pháp can thiệp có mục tiêu ở từng giai đoạn. Việc hiểu những biến số nào có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất mài mòn cho phép các xưởng đúc và người dùng cuối thực hiện các cải tiến có định hướng rõ ràng thay vì áp dụng các cải tiến chất lượng chung có thể không giải quyết được yếu tố hạn chế cụ thể trong ứng dụng của họ.

Xử lý nhiệt: Biến số có tác động lớn nhất

Xử lý nhiệt của vật đúc bằng sắt trắng có hàm lượng crom cao là bước sản xuất duy nhất có ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng chống mài mòn cuối cùng của vật đúc. Mục đích của xử lý nhiệt là biến đổi nền kim loại từ trạng thái đúc (hỗn hợp austenite, cacbua và thường là một số peclit hoặc martensite tùy thuộc vào hợp kim và tốc độ làm nguội) sang trạng thái martensitic hoàn toàn cung cấp cả độ cứng tối đa và độ dẻo dai cần thiết để chống gãy khi chịu tải va đập.

Chu trình xử lý nhiệt tiêu chuẩn đối với sắt trắng có hàm lượng crom cao bao gồm hai giai đoạn:

1. Điều trị mất ổn định (austenitizing): Vật đúc được nung nóng đến nhiệt độ trong khoảng 950 đến 1.060 độ C (nhiệt độ chính xác tùy thuộc vào loại hợp kim và mục tiêu hòa tan cacbua) và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng thời gian từ 2 đến 6 giờ tùy thuộc vào độ dày của phần. Trong quá trình giữ này, các cacbua thứ cấp được kết tủa trong quá trình hóa rắn sẽ được hòa tan một phần trở lại nền austenit, làm giàu nền bằng crom và cacbon và đảm bảo điều kiện ban đầu đồng nhất cho bước đông cứng tiếp theo. Nhiệt độ mất ổn định phải được kiểm soát chính xác trong khoảng cộng hoặc trừ 10 độ C để tránh cacbua thứ cấp hòa tan quá mức (làm cho nền quá mỏng để có độ cứng hoàn toàn) hoặc hòa tan quá mức cacbua sơ cấp (làm thô cấu trúc cacbua và giảm khả năng chống mài mòn).
2. Làm nguội bằng không khí hoặc dầu: Sau khi giữ trạng thái mất ổn định, vật đúc được chuyển nhanh chóng sang môi trường tôi. Làm nguội bằng không khí (làm mát bằng không khí cưỡng bức) là đủ cho hầu hết các hợp kim có bổ sung độ cứng phù hợp (molypden trên 1,5% đối với các phần có kích thước lên đến 100 mm); tôi dầu được sử dụng cho các hợp kim có độ cứng thấp hơn hoặc cho các phần rất dày nơi làm mát không khí quá chậm để ngăn chặn sự hình thành ngọc trai. Mục tiêu là làm nguội qua nhiệt độ mũi ngọc trai (khoảng 550 đến 650 độ C) đủ nhanh để ngăn chặn sự biến đổi ngọc trai và đạt được ma trận martensitic hoàn toàn, đồng thời làm nguội đủ chậm ở nhiệt độ hoàn thiện martensite (dưới 200 độ C) để tránh làm nguội vết nứt do ứng suất nhiệt.

Sau khi xử lý đông cứng, áp dụng nhiệt độ giảm ứng suất ở 200 đến 260 độ C trong 2 đến 4 giờ để giảm ứng suất bên trong phát sinh trong quá trình làm nguội nhanh, cải thiện khả năng chống gãy mà không làm giảm đáng kể độ cứng của ma trận.

Tinh chỉnh cấu trúc vi mô trong quá trình hóa rắn

Kích thước và sự phân bố cacbua đạt được trong quá trình hóa rắn đặt ra giới hạn trên về khả năng chống mài mòn mà ngay cả xử lý nhiệt hoàn hảo cũng không thể vượt quá. Các cacbua thô, phân bố kém cung cấp rào cản chống mài mòn kém hiệu quả hơn các cacbua mịn, phân bố đồng đều có cùng phần thể tích, bởi vì các cacbua thô cho phép các hạt mài mòn lớn hơn tìm vật liệu ma trận giữa các cacbua để cắt xuyên qua, trong khi cacbua mịn tạo ra bề mặt cứng đồng đều hiệu quả cho vật liệu mài mòn.

Việc tinh chế cacbua có thể đạt được thông qua:

• Kiểm soát nhiệt độ rót: Đổ ở nhiệt độ thấp nhất có thể chấp nhận được để đổ đầy khuôn hoàn chỉnh (thường là 1.350 đến 1.420 độ C đối với sắt có hàm lượng crom cao) làm tăng quá trình làm lạnh dưới mức trong quá trình hóa rắn, thúc đẩy quá trình tạo mầm cacbua mịn hơn và kích thước cacbua cuối cùng mịn hơn. Nhiệt độ đổ quá cao làm thô cấu trúc vi mô hóa rắn và tạo ra các cacbua sơ cấp lớn hơn.
• Tiêm chủng: Việc bổ sung một lượng nhỏ titan (0,05 đến 0,1 phần trăm), vanadi (0,1 đến 0,3 phần trăm) hoặc các nguyên tố tạo thành cacbua khác cung cấp các vị trí tạo mầm bổ sung cho sự hình thành cacbua trong quá trình hóa rắn, tạo ra sự phân bố cacbua mịn hơn và đồng đều hơn. Sự cải thiện khả năng chống mài mòn chỉ từ việc tiêm chủng (không có những thay đổi khác) đã được định lượng ở mức 10 đến 20 phần trăm trong các thử nghiệm mài mòn trong phòng thí nghiệm so sánh nhiệt độ được tiêm chủng và không được tiêm chủng có cùng thành phần danh nghĩa.
• Tốc độ hóa rắn được kiểm soát: Quá trình hóa rắn nhanh hơn tạo ra cacbua mịn hơn. Đối với các vật đúc vừa và nhỏ, việc sử dụng chất làm lạnh kim loại ở các vị trí bề mặt làm việc trong khuôn sẽ làm tăng tốc độ làm mát ở các bề mặt đó, tạo ra các cacbua mịn hơn ở những khu vực chịu mài mòn nhiều nhất trong quá trình sử dụng.

Quản lý Austenite được giữ lại

Sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn, hầu hết các vật đúc bằng sắt trắng có hàm lượng crom cao đều chứa 5 đến 20% austenite được giữ lại trong nền, tùy thuộc vào thành phần hợp kim và các thông số xử lý nhiệt. Austenite được giữ lại là pha mềm hơn (khoảng 300 đến 400 HV) so với martensite (800 đến 1.000 HV), và hàm lượng austenite được giữ lại cao làm giảm độ cứng ma trận và khả năng chống mài mòn của vật đúc. Trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chống mài mòn tối đa và tải trọng va đập khiêm tốn, hàm lượng austenite giữ lại phải được giảm thiểu xuống dưới 10% thông qua một trong các phương pháp sau: xử lý đông lạnh ở âm 70 đến âm 196 độ C sau khi xử lý nhiệt thông thường, làm lạnh phụ đến nhiệt độ dưới nhiệt độ hoàn thiện martensite hoặc điều chỉnh thành phần để giảm nhiệt độ ban đầu martensite.

Trong các ứng dụng có tải trọng tác động đáng kể, một lượng austenite được giữ lại (10 đến 20 phần trăm) là có lợi vì nó mang lại độ bền chống nứt giúp ngăn chặn các vết nứt vi mô do tác động lan truyền qua vật đúc. Do đó, mức austenite được giữ lại tối ưu tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể và nó thể hiện sự cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và độ bền phải được giải quyết dựa trên dạng lỗi phổ biến trong môi trường sử dụng cụ thể.

Cách duy trì vật đúc có hàm lượng crom cao để có tuổi thọ cao

Việc bảo trì vật đúc có hàm lượng crom cao trong các ứng dụng máy nghiền và máy nghiền bao gồm cả các biện pháp vận hành nhằm duy trì tính toàn vẹn của các bộ phận bị mài mòn được lắp đặt cũng như các biện pháp lập kế hoạch giám sát và thay thế nhằm tối đa hóa tổng thời gian sử dụng hữu ích của từng bộ phận mà không gây ra tổn thất sản xuất và hư hỏng cơ học xảy ra khi các bộ phận bị mòn quá giới hạn sử dụng được trước khi thay thế. Khung bảo trì sau đây đề cập đến cả hai khía cạnh.

Thực hành vận hành để duy trì tính toàn vẹn của quá trình đúc

Cách thức vận hành máy nghiền hoặc máy nghiền có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ mài mòn và tỷ lệ gãy của vật đúc có hàm lượng crom cao và kỷ luật vận hành xung quanh các phương pháp thực hành sau đây tạo ra những cải thiện có thể đo lường được về tuổi thọ của vật đúc:

• Kiểm soát kim loại lang thang và vật liệu không thể nghiền nát trong nguyên liệu: Thanh gia cố bằng thép, răng máy xúc và kim loại va chạm khác trong nguyên liệu của máy nghiền tạo ra các hiện tượng va đập cực mạnh có thể làm gãy các thanh thổi bằng sắt có hàm lượng crom cao, lớp lót tạp dề và guốc VSI ngay cả khi mức độ va đập khi vận hành bình thường nằm trong phạm vi độ bền của vật liệu. Lắp đặt và duy trì tính năng phát hiện kim loại lang thang hiệu quả (thường là máy dò kim loại và hệ thống nam châm phù hợp với loại vật liệu) ở thượng nguồn của tất cả các máy nghiền tác động xử lý các luồng cấp liệu hỗn hợp hoặc phá hủy.
• Kiểm soát kích thước nguồn cấp dữ liệu và tốc độ nguồn cấp dữ liệu: Thức ăn quá khổ trong máy nghiền va đập tạo ra các sự kiện va chạm cao hơn thiết kế làm tăng tốc độ mài mòn và tăng nguy cơ gãy xương. Duy trì màn hình định cỡ và chia tỷ lệ máy nghiền trước trong tình trạng hoạt động tốt để đảm bảo rằng nguồn cấp dữ liệu của máy nghiền phù hợp với thông số kỹ thuật về kích thước nguồn cấp dữ liệu danh nghĩa mà thanh thổi và lớp lót được thiết kế. Tốc độ cấp liệu tăng đột ngột khiến rô-to tác động đến các khối tích tụ vật liệu lớn thay vì các hạt riêng lẻ, tương tự làm tăng tải trọng tác động tối đa; sử dụng hệ thống cấp liệu được kiểm soát (bộ cấp liệu bằng đai có điều khiển tốc độ thay vì phễu tăng áp có dòng xả không kiểm soát được) để duy trì tốc độ cấp liệu ổn định.
• Duy trì tốc độ rôto chính xác và cài đặt khe hở: Trong máy nghiền tác động, tốc độ rôto xác định động năng của từng thanh đòn khi va chạm với đá và là biến số vận hành chính ảnh hưởng đến cả tốc độ sản xuất và tốc độ mài mòn. Chạy ở tốc độ rôto tối thiểu để đạt được thông số kích thước sản phẩm yêu cầu sẽ giảm thiểu tốc độ hao mòn trên mỗi tấn; chạy ở tốc độ cao hơn mức cần thiết sẽ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và tăng tốc độ mài mòn mà không cải thiện được chất lượng sản phẩm. Xác minh rằng cài đặt khoảng cách tạp dề nằm trong thông số kỹ thuật; các khe hở quá chặt làm tăng khả năng các mảnh vỡ lớn kẹt giữa rôto và tạp dề, tạo ra các sự kiện va chạm có thể làm gãy cả thanh thổi và tạp dề cùng một lúc.
• Xoay thanh thổi theo các khoảng thời gian chính xác: Máy nghiền tác động trục ngang được thiết kế sao cho các thanh thổi có thể xoay 180 độ hoặc định vị lại từ hướng mép trước sang mép sau khi một bên đã mòn đến giới hạn quay. Xoay tại điểm chính xác sẽ cân bằng độ mòn giữa hai bề mặt làm việc của mỗi thanh thổi, tăng gấp đôi tổng lượng hao mòn được trích ra từ mỗi thanh một cách hiệu quả so với việc chạy để mài mòn hoàn toàn trên một mặt trước khi quay. Việc quay chậm sẽ gây ra tình trạng mài mòn không đồng đều làm giảm lượng hao mòn có thể sử dụng và có thể tạo ra sự mất cân bằng của rôto làm tăng tải trọng và độ rung của ổ trục.

Lịch kiểm tra và đo độ mòn

Việc đo lường có hệ thống độ sâu mài mòn của vật đúc đều đặn là cơ sở cho việc lập kế hoạch thay thế hiệu quả. Nếu không có dữ liệu định lượng về hao mòn, các quyết định thay thế chỉ dựa trên đánh giá trực quan, điều này có xu hướng dẫn đến việc thay thế sớm các bộ phận còn thời hạn sử dụng (phát sinh chi phí bộ phận không cần thiết) hoặc trì hoãn việc thay thế các bộ phận bị mòn dưới giới hạn vận hành an toàn (có nguy cơ hư hỏng cơ học đối với thiết bị chủ).

Thiết lập quy trình đo độ mòn bằng cách sử dụng thước kẹp hoặc máy đo độ dày siêu âm để đo độ sâu mài mòn tại các điểm tham chiếu xác định trên mỗi vật đúc theo các khoảng thời gian kiểm tra định kỳ (thường là 250 đến 500 giờ hoạt động đối với các bộ phận mài mòn của máy nghiền chịu tải nặng và cứ sau 500 đến 1.000 giờ đối với các bộ phận mài VRM). Ghi lại các phép đo này vào bảng tính theo dõi và vẽ biểu đồ hao mòn tích lũy so với số giờ vận hành. Đường cong tốc độ hao mòn thu được cho phép dự đoán tuổi thọ sử dụng còn lại tại bất kỳ điểm kiểm tra nào, cho phép lên lịch thay thế theo kế hoạch trong khoảng thời gian bảo trì thuận tiện thay vì phản ứng với sự cố khẩn cấp do bộ phận bị mòn gây ra.

Sửa chữa hàn vật đúc có hàm lượng crom cao

Sắt trắng có hàm lượng crom cao khó hàn bằng các phương pháp thông thường vì độ giòn và lượng carbon tương đương cao, thúc đẩy sự nứt ở cả cặn hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt gần mối hàn. Tuy nhiên, lớp phủ hàn bề mặt cứng sử dụng điện cực bề mặt cứng cacbua crom thích hợp hoặc dây lõi từ thông có thể được sử dụng để khôi phục các bề mặt bị mòn của vật đúc dày tại chỗ, kéo dài tuổi thọ sử dụng mà không tốn chi phí thay thế toàn bộ bộ phận. Các yêu cầu chính để tạo bề mặt cứng thành công cho vật đúc bằng sắt có hàm lượng crom cao là:

• Làm nóng trước ở nhiệt độ 400 đến 500 độ C trước khi hàn để giảm độ dốc nhiệt giữa bể hàn và vật liệu đúc nguội xung quanh, đây là nguyên nhân chính gây ra vết nứt vùng ảnh hưởng nhiệt ở bàn là có hàm lượng cacbon cao, crom cao.
• Sử dụng vật liệu làm cứng bề mặt cacbua crom (không phải điện cực thông dụng hoặc điện cực không gỉ austenit) tạo ra cặn lắng có đặc tính mài mòn tương đương với vật liệu đúc cơ bản. Lớp cặn bám từ điện cực không phù hợp, mềm hơn vật liệu nền xung quanh sẽ dễ bị mòn hơn, phủ nhận mục đích của việc sửa chữa.
• Kiểm soát nhiệt độ giữa các và cho phép làm mát chậm có kiểm soát sau khi hàn bằng cách bọc bộ phận trong chăn cách điện, để giảm thiểu ứng suất nhiệt trong quá trình làm mát gây ra vết nứt chậm trong vật đúc có tiết diện dày.

Vật đúc có hàm lượng crom cao đại diện cho một giải pháp hoàn thiện về mặt kỹ thuật và đã được chứng minh về mặt kinh tế cho thách thức mài mòn trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe nhất. Sự kết hợp giữa việc lựa chọn cấp độ crom thích hợp cho các điều kiện va đập và mài mòn cụ thể, xác định các thông số xử lý nhiệt chính xác để tối đa hóa độ cứng và độ bền của ma trận, áp dụng kỷ luật vận hành thực hành tốt nhất để duy trì tính nguyên vẹn của vật đúc trong quá trình sử dụng và thực hiện lập kế hoạch thay thế và đo độ mài mòn có hệ thống tạo ra tổng chi phí sở hữu thấp nhất từ ​​các bộ phận có độ mài mòn crom cao trong toàn bộ thời gian sử dụng của thiết bị nghiền và nghiền.

Kiểm soát chất lượng trong sản xuất đúc crom cao

Tính nhất quán về hiệu suất của vật đúc có hàm lượng crom cao đang được sử dụng phụ thuộc vào mức độ nghiêm ngặt của việc kiểm soát chất lượng được áp dụng trong suốt quá trình sản xuất của chúng. Không giống như các sản phẩm thép thông thường có phạm vi thành phần và tính chất cơ học được quản lý chặt chẽ bởi các tiêu chuẩn được áp dụng rộng rãi, các vật đúc bằng sắt trắng có hàm lượng crom cao thường được sản xuất theo các thông số kỹ thuật cụ thể hoặc độc quyền trong đó việc kiểm soát chất lượng sản xuất được áp dụng bởi xưởng đúc là sự đảm bảo chính cho hiệu suất ổn định. Hiểu rõ những biện pháp kiểm soát chất lượng nào cần được chỉ định và xác minh khi mua vật đúc có hàm lượng crom cao cho phép người mua phân biệt các nguồn đáng tin cậy với những nguồn sản xuất sản phẩm không nhất quán.

Xác minh thành phần hóa học

Mỗi sức nóng của sắt có hàm lượng crom cao cần được phân tích trước khi đổ bằng phương pháp quang phổ phát xạ quang học (OES) trên mẫu lấy từ muôi hoặc lò nung. Phân tích phải xác nhận rằng tất cả các nguyên tố hợp kim được chỉ định (crom, carbon, molypden, niken và silicon) đều nằm trong phạm vi thành phần mục tiêu trước khi đổ nhiệt vào khuôn. Thông số kỹ thuật nhiệt bên ngoài phải được điều chỉnh bằng cách bổ sung hợp kim trước khi đổ; Việc đổ nhiệt ra ngoài thông số kỹ thuật với mong muốn nó có thể chấp nhận được sẽ gây ra rủi ro đáng kể về chất lượng vì hậu quả của thành phần không chính xác đối với hiệu suất mài mòn và phản ứng xử lý nhiệt có thể không rõ ràng cho đến khi các bộ phận được lắp đặt vào sử dụng.

Người mua nên yêu cầu chứng chỉ kiểm tra nhà máy (MTC) thể hiện phân tích muôi thực tế cho từng lô sản xuất, thay vì chấp nhận chứng chỉ cấp chung xác nhận việc tuân thủ thông số kỹ thuật tiêu chuẩn mà không báo cáo thành phần thực tế của các bộ phận cụ thể được cung cấp. So sánh dữ liệu MTC qua nhiều đơn đặt hàng cho phép xác định xu hướng biến đổi thành phần trước khi chúng ảnh hưởng đến hiệu suất dịch vụ và cung cấp dữ liệu cần thiết để tương quan các biến thể thành phần với sự khác biệt quan sát được trong thời gian sử dụng giữa các lô.

Kiểm tra độ cứng sau khi xử lý nhiệt

Mỗi sắt có hàm lượng crom cao casting phải được kiểm tra độ cứng Rockwell sau khi xử lý nhiệt để xác minh rằng độ cứng yêu cầu đã đạt được trên toàn bộ vùng đo dự định. Đối với hầu hết các bộ phận mài mòn của máy nghiền và máy nghiền, phạm vi độ cứng được chỉ định là 58 đến 66 HRC tùy thuộc vào loại hợp kim và ứng dụng. Kiểm tra độ cứng phải được thực hiện ở ít nhất ba vị trí trên mỗi vật đúc: hai vị trí bề mặt làm việc đối diện nhau và một vị trí cạnh. Vật đúc có độ cứng chấp nhận được trên bề mặt làm việc nhưng độ cứng thấp hơn đáng kể ở các vị trí cạnh cho thấy sự biến đổi martensite không hoàn toàn ở những vùng có tốc độ làm nguội thấp hơn trong quá trình tôi, điều này có thể tạo ra sự mài mòn ưu tiên tại các vị trí đang sử dụng đó.

Đối với các vật đúc lớn trong đó sự thay đổi độ dày của phần có thể ảnh hưởng thông qua phân bố độ cứng độ dày, thử nghiệm độ cứng phá hủy đi ngang trên các mẫu được cắt từ các vị trí đại diện của nguyên mẫu hoặc vật đúc đầu tiên sẽ thiết lập gradient độ cứng trên toàn bộ phần và xác minh rằng xử lý nhiệt đạt được độ cứng yêu cầu tối thiểu ở tất cả các độ sâu sẽ lộ ra trong suốt thời gian sử dụng đầy đủ của bộ phận. Thử nghiệm này đặc biệt quan trọng đối với lốp con lăn mài VRM và các phân đoạn bàn có tiết diện vượt quá 100 mm, trong đó độ cứng lõi sau khi xử lý nhiệt rất quan trọng đối với hiệu suất khi bề mặt bị mài mòn và vật liệu sâu hơn trở thành bề mặt làm việc theo thời gian.

Kiểm tra kích thước và chất lượng bề mặt

Sự phù hợp về kích thước với bản vẽ đã chỉ định được xác minh bằng cách đo tất cả các kích thước quan trọng bằng cách sử dụng các thước đo và mẫu đã hiệu chuẩn. Đối với các vật đúc được gia công hoàn thiện sau khi xử lý nhiệt (chẳng hạn như cánh bơm, các đoạn vòng mài và tấm mài mòn chính xác), việc đo kích thước sau khi gia công lần cuối xác nhận rằng quá trình gia công đã đạt được độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt cần thiết. Đối với các vật đúc được sử dụng ở trạng thái đúc hoặc ở trạng thái nền, việc kiểm tra kích thước tập trung vào các bề mặt lắp đặt và tiếp giáp để xác định sự phù hợp và căn chỉnh chính xác trong thiết bị chủ.

Kiểm tra chất lượng bề mặt bao gồm cả hình thức bên ngoài của bề mặt đúc và kiểm tra không phá hủy các khuyết tật dưới bề mặt trong các ứng dụng quan trọng. Kiểm tra trực quan xác định độ xốp, co rút bề mặt, đóng nguội, rách nóng và độ nhám bề mặt đáng kể cho thấy các vấn đề về chất lượng đúc. Đối với các ứng dụng có hiệu quả cao như rôto VSI lớn, bộ phận mài VRM và các bộ phận trong máy móc xử lý quan trọng, thử nghiệm thẩm thấu thuốc nhuộm hoặc thử nghiệm hạt từ tính của các bề mặt có thể tiếp cận giúp tăng thêm độ tin cậy rằng không có vết nứt vỡ bề mặt nào trước khi các bộ phận được lắp đặt vào sử dụng. Các vết nứt trong vật đúc bằng sắt có hàm lượng crom cao không tự giữ lại như trong các vật liệu dẻo; vết nứt bề mặt trên bộ phận mài mòn của máy nghiền tác động chịu tải nặng có thể nhanh chóng lan truyền đến vết nứt nghiêm trọng dưới tải trọng vận hành, khiến việc phát hiện vết nứt trước khi bảo dưỡng trở thành một khoản đầu tư có ý nghĩa về cả độ an toàn và độ tin cậy sản xuất.