Piese turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan: Ghid pentru concasoare cu falci și impact

Piese turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan sunt materialele de uzură ale industriilor de zdrobire și prelucrare a mineralelor. Turnate din oțel austenitic cu mangan cu conținut de mangan de obicei între 11 și 14 la sută, aceste componente oferă o combinație de proprietăți pe care niciun alt aliaj disponibil comercial nu le poate egala pentru aplicații de zdrobire cu impact intens: sunt relativ moi atunci când sunt instalate pentru prima dată, dar se întăresc dramatic la suprafață atunci când sunt supuse la încărcări repetate de impact, un fenomen cunoscut sub numele de întărire sau transformare indusă de deformare. Această întărire a suprafeței are loc în timpul funcționării mai degrabă decât înainte de instalare, ceea ce înseamnă că materialul își regenerează continuu suprafața rezistentă la uzură pe toată durata de viață în condițiile de funcționare corecte.

Concluzia directă pentru oricine care specifică Piese turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan este aceasta: aliajul este materialul standard și corect pentru turnarea din oțel cu conținut ridicat de mangan și concasator cu impact, deoarece condițiile de solicitare a impactului din ambele tipuri de concasor sunt tocmai cele care activează mecanismul de întărire care conferă materialului o durată de viață excepțională la uzură. În aplicațiile cu uzură redusă la impact și predominant abraziv, alte materiale pot depăși oțelul cu mangan ridicat, dar în concasoarele cu falci și impact în care fiecare ciclu de concasare oferă o forță semnificativă de compresiune și impact pieselor de uzură, piese turnate de oțel cu mangan ridicat sunt specificația stabilită din motive tehnice întemeiate. Acest articol acoperă în profunzime completă metalurgia, cerințele de fabricație și considerațiile de performanță specifice aplicației pentru componentele concasoarelor cu falci și impact.

Metalurgia oțelului cu conținut ridicat de mangan: de ce contează călirea prin muncă

Oțelul austenitic cu mangan a fost dezvoltat pentru prima dată de Sir Robert Hadfield în 1882 și rămâne cunoscut comercial ca oțel Hadfield. Caracteristica sa definitorie este o microstructură complet austenitică reținută la temperatura camerei prin combinația de conținut ridicat de carbon (de obicei 1,0 până la 1,4%) și conținut ridicat de mangan (11 până la 14%), care împreună suprimă transformarea martensitică care ar avea loc în mod normal în oțelul carbon la răcirea din austenită. Materialul ca turnat are o duritate de aproximativ 170 până la 210 Brinell, care este mai moale decât multe oțeluri pentru scule și oțeluri de uzură aliate, dar această moliciune inițială este însoțită de o duritate excepțională: materialul poate absorbi forțe mari de impact fără a se fractura deoarece matricea austenitică se deformează plastic mai degrabă decât se crapă.

Mecanismul critic de întărire prin muncă: atunci când oțelul cu mangan ridicat este supus unei solicitări de compresiune care depășește aproximativ 300 până la 500 MPa, austenita de la și în apropierea suprafeței solicitate se transformă în martensită printr-o transformare de fază indusă de deformare, ridicând duritatea suprafeței de la aproximativ 200 Brinell la 450 până la 550 Brinell. Această suprafață transformată este dură și rezistentă la uzură, în timp ce miezul austenitic subiacent rămâne dur și rezistent la rupere. Rezultatul practic este o componentă care dezvoltă o suprafață rezistentă la uzură în funcționare, menținând în același timp rezistența la impact necesară pentru a supraviețui sarcinilor de șoc ale procesului de zdrobire fără a se sparge.

Grade de conținut de mangan și carbon

Piesele turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan pentru aplicații de concasor sunt produse în mai multe grade standard cu conținut diferit de mangan și carbon optimizat pentru diferite sarcini de concasare:

• Clasa standard Mn13 (ASTM A128 grad B 2): Aproximativ 1,0 până la 1,4% carbon și 11 până la 14% mangan. Cel mai utilizat grad pentru căptușeli de concasor cu falci și impact în aplicații cu roci medii dure până la tari. Oferă un echilibru bun între rata de întărire și duritate.
• Calitatea Mn18 modificată (mangan mare): Aproximativ 1,0 până la 1,3% carbon și 16 până la 19% mangan. Conținutul mai mare de mangan crește stabilitatea austenitei, îmbunătățind duritatea, dar reducând ușor rata de întărire. Preferat pentru componentele mari de concasor, unde riscul de fractură din cauza impactului excesiv este mai mare și durata de viață la uzură trebuie prelungită printr-o adâncime mai mare a stratului întărit.
• Oțel mangan modificat cu crom: Compoziție standard de Mn13 cu adaos de 1,5 până la 2,5 procente de crom. Adăugarea de crom îmbunătățește rezistența la abraziune cu un anumit cost față de duritate, făcând calitățile modificate cu crom adecvate pentru aplicații de concasor care implică atât impact puternic, cât și uzură abrazivă semnificativă din roca silicioasă sau cuarțit.

Concasor cu fălci Piese turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan: specificații și performanțe

Un concasor de fălci funcționează prin comprimarea pietrei între o placă fixă a fălcilor și o placă a fălcilor mobilă (falca pivotantă), cele două plăci de fălci convergând în partea inferioară a camerei de concasare și divergând în partea de sus. Roca este înțepenită între fălci și fracturată de forța de compresiune pe măsură ce falca de balansare înaintează. Plăcile de fălci sunt principalele componente de uzură din acest sistem și sunt cea mai importantă aplicație pentru turnarea din oțel cu conținut ridicat de mangan.

Considerații privind proiectarea plăcii falci și profil

Plăcile de fălci pentru concasoarele mari cu fălci sunt turnate ca piese unice sau în mai multe secțiuni, în funcție de dimensiunea concasorului și de capacitatea de turnare a turnătoriei. Suprafața de lucru a plăcii falcilor este ondulată cu creste care concentrează stresul de compresiune și ajută la fracturarea rocii. Profilul de ondulare (înălțimea crestei, pas și unghi) este optimizat de producătorii de concasoare pentru tipul specific de rocă și raportul de reducere a dimensiunii aplicației. Pentru roca tare, competentă (granit, bazalt, gneis) cu o rezistență la compresiune de peste 150 MPa, durata de viață a plăcii falcilor din oțel cu conținut ridicat de mangan variază de obicei între 50.000 și 200.000 de tone de material prelucrat, în funcție de indicele de abraziune a rocii, gradația de alimentare a concasorului și parametrii de funcționare a concasorului.

Cerințe de tratament termic pentru plăcile maxilarului

Deoarece oțelul turnat cu conținut ridicat de mangan conține precipitații de carbură la granițele granulelor care rezultă din răcirea lentă prin intervalul de temperatură de precipitare a carburilor în timpul solidificării. Aceste carburi fragilizează materialul și trebuie dizolvate înainte ca turnarea să fie pusă în funcțiune. Procesul de tratare termică a soluției implică încălzirea turnării la 1.020 până la 1.100 de grade Celsius pentru un timp suficient pentru a dizolva toate carburile, apoi stingerea rapidă în apă pentru a păstra structura complet austenitică. Concasorul cu fălci Piesele turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan care nu au fost tratate termic cu soluție în mod corespunzător vor eșua prin fractură fragilă, mai degrabă decât prin uzură treptată, adesea în primele ore de funcționare într-o aplicație solicitantă a concasorului. Verificarea tratamentului termic prin măsurarea durității Brinell și examinarea microstructurală este controlul esențial al calității pentru acest produs.

Concasor cu impact Piese turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan: diferite condiții de efort, diferite priorități de proiectare

Un concasor cu impact fracturează roca prin impactul cu viteză mare, mai degrabă decât prin forța de compresiune. Într-un concasor cu impact cu ax orizontal (HSI), un rotor echipat cu bare de suflare se rotește cu viteză mare și lovește piatra alimentată în camera de zdrobire, accelerând-o în plăci de impact (numite și perdele sau șorțuri) unde se fracturează la contact. Într-un concasor cu impact cu arbore vertical (VSI), roca este introdusă într-un rotor de mare viteză și propulsată centrifug pe o cameră exterioară căptușită cu rocă sau nicovală. Condițiile de solicitare impuse pieselor de uzură în concasoarele cu impact diferă fundamental de cele din concasoarele cu falci, cu rate de deformare mai mari și direcții diferite de aplicare a forței.

Bare de suflare: Cea mai critică componentă a concasorului cu impact

Barele de suflare sunt componentele primare de uzură în concasoarele cu impact cu arbore orizontal, montate în fante de pe rotor și lovin piatra de intrare la viteza periferică a rotorului (de obicei, 25 până la 45 de metri pe secundă la impactoarele primare). Bara de suflare trebuie să reziste simultan la uzura abrazivă cauzată de contactul cu piatra și să absoarbă șocul de impact de mare energie al fiecărei coliziuni de bară de rocă, fără a se fractura. Piesele turnate din oțel cu mangan ridicat sunt specificațiile standard pentru barele de suflare în concasoarele cu impact primar și secundar care prelucrează roci dure, deoarece impacturile cu viteză mare asigură condițiile de stres necesare pentru o călire eficientă. Durata de viață a barei de suflare în prelucrarea calcarului dur este de obicei de 200 până la 600 de tone de rocă pe kilogram de greutate a barei de suflare, în timp ce prelucrarea rocii mai dure, cum ar fi bazalt sau granit, poate reduce aceasta la 50 până la 200 de tone pe kilogram, reflectând abrazivitatea mai mare și severitatea impactului tipurilor de roci mai dure.

Plăci de impact și plăci de rupere

Plăcile de impact (cunoscute și sub denumirea de șorțuri sau perdele) primesc piatră aruncată din rotor și trebuie să absoarbă impacturi repetate de energie mare pe durata de viață. Aceste componente sunt, de asemenea, furnizate în mod obișnuit ca piese turnate din oțel cu mare mangan pentru concasor cu impact, deși în unele aplicații cu impact mai scăzut ele pot fi produse din fier alb Cr Mo, care oferă o rezistență mai mare la abraziune cu prețul unei durități reduse. Alegerea dintre oțel cu conținut ridicat de mangan și fier alb pentru plăcile de impact depinde de nivelurile specifice de energie de impact în concasor: în cazul în care impacturile sunt severe, duritatea superioară la rupere a oțelului cu mangan este esențială; acolo unde impacturile sunt moderate și abraziunea domină, fierul alb poate oferi o durată de viață mai lungă.

Compararea pieselor turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan pentru concasoarele cu falci și cu impact

Considerații privind controlul calității și achizițiile pentru piese turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan

Performanța pieselor turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan în aplicațiile de concasor depinde în mare măsură de calitatea procesului de turnare și de tratare termică, ceea ce face ca selecția furnizorilor și inspecția primită să fie extrem de importante. Următoarele criterii de calitate trebuie specificate și verificate pentru toate piesele turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan utilizate în aplicațiile concasoarelor cu falci și cu impact:

1. Verificarea compoziției chimice. Analiza spectrometrică ar trebui să confirme că conținutul de mangan se află în intervalul specificat (11 până la 14 procente pentru Mn13, 16 până la 19 procente pentru Mn18) și că carbonul, siliciul, fosforul și sulful sunt în specificațiile de calitate. Fosforul excesiv peste 0,07 la sută și sulf peste 0,05 la sută fragilizează oțelul și trebuie controlat.
2. Verificarea tratamentului termic prin testare de duritate. Ca duritate stinsă ar trebui să fie în intervalul 170 până la 220 Brinell. Valorile semnificativ peste acest interval indică un tratament incomplet al soluției (carburi reziduale) sau o eroare în compoziția aliajului. Valorile sub 160 Brinell pot indica că temperatura soluției a fost prea ridicată, provocând creșterea boabelor care reduce duritatea.
3. Precizie dimensională și finisare a suprafeței. Dimensiunile de turnare trebuie verificate în raport cu desenul producătorului cu toleranțe adecvate. Plăcile fălcilor și barele de suflare trebuie să se potrivească corect cu sistemele lor de montare respective pentru a asigura o distribuție uniformă a sarcinii și pentru a preveni defecțiunile premature cauzate de concentrarea tensiunilor la punctele de montare.
4. Libertatea de defecte de turnare dăunătoare. Porozitatea de contracție, fisurile și incluziunile semnificative în suprafața de uzură sau zona de montare sunt cauze de respingere. Fisurile de suprafață pot fi detectate prin inspecția cu particule magnetice sau prin testarea vopselelor penetrante; defectele interne necesită testare cu ultrasunete sau inspecție radiografică în aplicații critice.

Piesele turnate din oțel cu conținut ridicat de mangan pentru concasoare cu falci și impact reprezintă o soluție de material de uzură bine stabilită și validată din punct de vedere tehnic, care a servit industriilor de extracție, minerit și producție de agregate de peste un secol. Mecanismul unic de autoîntărire al materialului în condiții de impact, combinat cu duritatea rezistentă la rupere, îl face cu adevărat dificil de îmbunătățit pentru condițiile specifice de încărcare ale acestor tipuri de concasoare. Cheia realizării întregului său potențial de performanță constă în selectarea corectă a gradului de aliaj pentru tipul specific de rocă și sarcina de concasor, respectarea cerințelor de tratare termică a soluției și inspecția riguroasă a calității care verifică atât compoziția, cât și adecvarea tratamentului termic înainte de intrarea în funcțiune a pieselor turnate.