ریخته گری فولاد منگنز بالا: راهنمای سنگ شکن فکی و ضربه ای

ریخته گری فولاد منگنز بالا مواد سایش اسب کار در صنایع خرد کردن و فرآوری مواد معدنی هستند. این اجزا از فولاد منگنز آستنیتی با محتوای منگنز معمولاً بین 11 تا 14 درصد ریخته می شوند، این اجزا ترکیبی از خواصی را ارائه می دهند که هیچ آلیاژ تجاری موجود دیگری نمی تواند برای کاربردهای سنگ شکن فشرده با ضربه مطابقت داشته باشد: آنها هنگام نصب برای اولین بار نسبتاً نرم هستند، با این حال وقتی تحت بارگذاری ضربه ای مکرر قرار می گیرند، به طور چشمگیری در سطح سخت می شوند، پدیده ای که به عنوان strainducation hardening یا transformation شناخته می شود. این سخت شدن سطح در حین کار به جای قبل از نصب اتفاق می افتد، به این معنی که ماده به طور مداوم سطح سایش سخت خود را در طول عمر خود تحت شرایط عملیاتی صحیح بازسازی می کند.

نتیجه گیری مستقیم برای هر کسی که ریخته گری با منگنز بالا را مشخص می کند این است: این آلیاژ ماده استاندارد و صحیحی برای ریخته گری سنگ شکن فکی با منگنز بالا و ریخته گری سنگ شکن ضربه ای است زیرا شرایط تنش ضربه در هر دو نوع سنگ شکن دقیقاً همان چیزی است که مکانیسم سخت شدن کار را فعال می کند که به مواد عمر سایش استثنایی می دهد. در کاربردهای با ضربه کم و سایش عمدتاً ساینده، سایر مواد ممکن است عملکرد بهتری از فولاد منگنز بالا داشته باشند، اما در سنگ شکن های فکی و ضربه ای که در آن هر چرخه خرد کردن، نیروی فشاری و ضربه ای قابل توجهی به قطعات سایش وارد می کند، ریخته گری فولاد منگنز بالا به دلایل فنی، مشخصات ثابت شده است. این مقاله متالورژی، الزامات ساخت و ملاحظات عملکرد خاص کاربرد برای اجزای سنگ شکن فکی و ضربه ای را در عمق کامل پوشش می دهد.

متالورژی فولاد پر منگنز: چرا سخت شدن کار مهم است؟

فولاد منگنز آستنیتی اولین بار توسط سر رابرت هادفیلد در سال 1882 ساخته شد و همچنان به عنوان فولاد هادفیلد شناخته می شود. ویژگی تعیین کننده آن یک ریزساختار کاملا آستنیتی است که در دمای اتاق از طریق ترکیب محتوای کربن بالا (معمولاً 1.0 تا 1.4 درصد) و محتوای منگنز بالا (11 تا 14 درصد) حفظ می شود، که با هم تبدیل مارتنزیتی را که معمولاً در فولاد کربنی هنگام خنک شدن از آستنیت رخ می دهد سرکوب می کند. ماده ریخته گری دارای سختی تقریباً 170 تا 210 برینل است که از بسیاری از فولادهای ابزار و فولادهای آلیاژی نرم تر است، اما این نرمی اولیه با چقرمگی استثنایی همراه است: این ماده می تواند نیروهای ضربه ای بزرگ را بدون شکستگی جذب کند زیرا ماتریس آستنیتی به جای ترک خوردن، به صورت پلاستیک تغییر شکل می دهد.

مکانیسم سخت کاری حیاتی: زمانی که فولاد با منگنز بالا تحت تنش ضربه ای بیش از 300 تا 500 مگاپاسکال قرار می گیرد، آستنیت در سطح تحت تنش و نزدیک آن از طریق تبدیل فاز ناشی از کرنش به مارتنزیت تبدیل می شود و سختی سطح را از حدود 200 برینل به 450 تا 550 برین افزایش می دهد. این سطح تبدیل شده سخت و مقاوم در برابر سایش است، در حالی که هسته آستنیتی زیرین سخت و مقاوم در برابر شکستگی است. نتیجه عملی قطعه ای است که یک سطح سایش سخت را در حین کار ایجاد می کند و در عین حال چقرمگی ضربه لازم را برای زنده ماندن در برابر بارهای ضربه ای فرآیند خرد کردن بدون شکستگی حفظ می کند.

درجات محتوای منگنز و کربن

ریخته گری های فولادی با منگنز بالا برای کاربردهای سنگ شکن در چندین گرید استاندارد با محتوای منگنز و کربن مختلف بهینه شده برای وظایف مختلف خرد کردن تولید می شود:

• درجه استاندارد Mn13 (ASTM A128 Grade B 2): تقریباً 1.0 تا 1.4 درصد کربن و 11 تا 14 درصد منگنز. پرکاربردترین درجه برای آسترهای سنگ شکن فکی و ضربه ای در کاربردهای سنگ متوسط ​​تا سخت. تعادل خوبی بین سرعت سخت شدن کار و چقرمگی فراهم می کند.
• گرید Mn18 اصلاح شده (منگنز بالا): تقریباً 1.0 تا 1.3 درصد کربن و 16 تا 19 درصد منگنز. محتوای منگنز بیشتر، پایداری آستنیت را افزایش می‌دهد، چقرمگی را بهبود می‌بخشد، اما سرعت سخت شدن کار را اندکی کاهش می‌دهد. برای قطعات سنگ شکن بزرگ که خطر شکستگی ناشی از ضربه بیش از حد بیشتر است و عمر سایش باید از طریق لایه سخت کاری با عمق بیشتر افزایش یابد، ترجیح داده می شود.
• فولاد منگنز اصلاح شده کروم: ترکیب استاندارد Mn13 با افزودن 1.5 تا 2.5 درصد کروم. افزودن کروم، مقاومت سایشی را با هزینه‌ای نسبت به چقرمگی بهبود می‌بخشد، و گریدهای اصلاح‌شده کروم را برای کاربردهای سنگ شکن مناسب می‌سازد که شامل ضربه زیاد و سایش ساینده قابل توجه از سنگ سیلیسی یا کوارتزیت می‌شود.

سنگ شکن فکی ریخته گری فولاد منگنز بالا: مشخصات و عملکرد

یک سنگ شکن فکی با فشرده کردن سنگ بین یک صفحه فکی ثابت و یک صفحه فک متحرک (فک چرخشی) عمل می کند، به طوری که دو صفحه فکی در پایین محفظه سنگ شکن همگرا شده و در بالا واگرا می شوند. سنگ بین آرواره ها خرد می شود و در اثر نیروی فشاری با حرکت فک چرخشی به سمت جلو شکسته می شود. صفحات فکی اجزای اصلی سایش در این سیستم هستند و مهمترین کاربرد برای ریخته گری سنگ شکن فکی با منگنز بالا می باشند.

ملاحظات طراحی و پروفیل صفحه فک

صفحات فکی برای سنگ شکن های فکی بزرگ بسته به اندازه سنگ شکن و قابلیت ریخته گری ریخته گری به صورت تک تکه یا چند قسمتی ریخته می شوند. سطح کار صفحه فک با برجستگی هایی موجدار است که تنش فشاری را متمرکز کرده و به شکستگی سنگ کمک می کند. مشخصات راه راه (ارتفاع پشته، گام و زاویه) توسط سازندگان سنگ شکن برای نوع سنگ خاص و نسبت کاهش اندازه کاربرد بهینه شده است. برای سنگهای سخت و شایسته (گرانیت، بازالت، گنیس) با مقاومت فشاری بالای 150 مگاپاسکال، عمر سایش صفحه فک در فولاد منگنز بالا معمولاً بین 50000 تا 200000 تن مواد فرآوری شده بسته به شاخص سایندگی سنگ، درجه بندی تغذیه سنگ شکن و پارامترهای عملکرد سنگ شکن متغیر است.

الزامات عملیات حرارتی برای صفحات فکی

از آنجایی که فولاد پر منگنز ریخته گری شده حاوی رسوبات کاربید در مرزهای دانه است که از سرد شدن آهسته در محدوده دمایی بارش کاربید در طول انجماد حاصل می شود. این کاربیدها مواد را شکننده می کنند و باید قبل از استفاده از ریخته گری حل شوند. فرآیند عملیات حرارتی محلول شامل حرارت دادن ریخته گری به 1020 تا 1100 درجه سانتیگراد برای مدت زمان کافی برای حل شدن همه کاربیدها و سپس خاموش شدن سریع در آب برای حفظ ساختار کاملا آستنیتی است. ریخته‌گری‌های فولادی با منگنز بالا سنگ‌شکن فکی که به‌درستی با محلول عملیات حرارتی نشده‌اند، به‌جای سایش تدریجی، اغلب در اولین ساعت‌های سرویس در یک کاربرد سخت‌افزار سنگ شکن، با شکستگی شکننده از بین می‌روند. تایید عملیات حرارتی از طریق اندازه گیری سختی برینل و بررسی ریزساختاری کنترل کیفی ضروری برای این محصول است.

سنگ شکن ضربه ای ریخته گری فولاد منگنز بالا: شرایط تنش مختلف، اولویت های طراحی متفاوت

سنگ شکن ضربه ای با ضربه با سرعت بالا به جای نیروی فشاری، سنگ را می شکند. در سنگ شکن ضربه ای شفت افقی (HSI)، روتور مجهز به میله های دمنده با سرعت زیاد می چرخد ​​و به سنگ های وارد شده به محفظه خرد کن برخورد می کند و آن را به صفحات ضربه (که پرده یا پیش بند نیز می گویند) سرعت می بخشد، جایی که در تماس شکسته می شود. در سنگ شکن ضربه ای شفت عمودی (VSI)، سنگ به یک روتور با سرعت بالا وارد می شود و به صورت گریز از مرکز در برابر محفظه بیرونی با اندود سنگی یا سندان به حرکت در می آید. شرایط تنش تحمیل شده بر قطعات سایش در سنگ شکن های ضربه ای اساساً با شرایط تنش در سنگ شکن های فکی با نرخ کرنش بالاتر و جهت های مختلف اعمال نیرو متفاوت است.

میله های دمنده: حیاتی ترین قطعه سنگ شکن ضربه ای

میله‌های دمنده اجزای اصلی سایش در سنگ شکن‌های ضربه‌ای شفت افقی هستند که در شکاف‌های روی روتور نصب می‌شوند و با سرعت محیطی روتور به سنگ ورودی برخورد می‌کنند (معمولاً 25 تا 45 متر در ثانیه در ضربه‌گیرهای اولیه). میله دمشی باید به طور همزمان در برابر سایش ساینده ناشی از تماس سنگ مقاومت کند و شوک ضربه با انرژی بالا ناشی از هر برخورد میله سنگ را بدون شکستگی جذب کند. ریخته گری فولاد منگنز بالا مشخصات استاندارد برای میله های دمنده در سنگ شکن های ضربه ای اولیه و ثانویه است که سنگ سخت را پردازش می کنند زیرا ضربات با سرعت بالا شرایط تنش مورد نیاز برای سخت شدن کار موثر را فراهم می کند. عمر مفید میله دمشی در فرآوری سنگ آهک سخت معمولاً 200 تا 600 تن سنگ به ازای هر کیلوگرم وزن میله دمشی است، در حالی که پردازش سنگ سخت تر مانند بازالت یا گرانیت ممکن است این میزان را به 50 تا 200 تن در کیلوگرم کاهش دهد که منعکس کننده سایندگی و شدت ضربه بالاتر انواع سنگ های سخت تر است.

صفحات ضربه ای و صفحات شکن

صفحات ضربه ای (همچنین به عنوان پیش بند یا پرده شناخته می شوند) سنگ پرتاب شده از روتور را دریافت می کنند و باید اثرات مکرر انرژی بالا را در طول عمر مفید خود جذب کنند. این قطعات معمولاً به‌عنوان ریخته‌گری‌های فولادی با منگنز بالا در سنگ‌شکن ضربه‌ای عرضه می‌شوند، اگرچه در برخی از کاربردهای ضربه‌ای کمتر ممکن است از آهن سفید Cr Mo تولید شوند که به قیمت کاهش چقرمگی، مقاومت سایشی بالاتری ارائه می‌دهد. انتخاب بین فولاد پر منگنز و آهن سفید برای صفحات ضربه به سطوح انرژی ضربه خاص در سنگ شکن بستگی دارد: در جایی که ضربات شدید است، چقرمگی شکست فولاد منگنزی برتر ضروری است. در جایی که ضربه‌ها متوسط ​​هستند و سایش غالب است، آهن سفید ممکن است عمر طولانی‌تری داشته باشد.

مقایسه ریخته گری فولاد منگنز بالا برای سنگ شکن های فکی و ضربه ای

کنترل کیفیت و ملاحظات تدارکات برای ریخته گری فولاد منگنز بالا

عملکرد ریخته‌گری‌های فولادی با منگنز بالا در کاربردهای سنگ شکن به شدت به کیفیت فرآیند ریخته‌گری و عملیات حرارتی بستگی دارد و انتخاب تامین‌کننده و بازرسی ورودی را بسیار مهم می‌سازد. معیارهای کیفی زیر باید برای تمام ریخته گری های فولادی پر منگنز مورد استفاده در کاربردهای سنگ شکن فکی و ضربه ای مشخص و تأیید شود:

1. تایید ترکیب شیمیایی تجزیه و تحلیل طیف سنجی باید تأیید کند که محتوای منگنز در محدوده مشخص شده است (11 تا 14 درصد برای Mn13، 16 تا 19 درصد برای Mn18) و کربن، سیلیکون، فسفر و گوگرد در محدوده مشخصات درجه قرار دارند. فسفر بیش از حد بالای 0.07 درصد و گوگرد بالای 0.05 درصد فولاد را شکننده می کند و باید کنترل شود.
2. تایید عملیات حرارتی با تست سختی به عنوان سختی کوئنچ شده باید در محدوده 170 تا 220 برینل باشد. مقادیر قابل توجهی بالاتر از این محدوده نشان دهنده درمان ناقص محلول (کاربیدهای باقیمانده) یا خطا در ترکیب آلیاژ است. مقادیر کمتر از 160 برینل ممکن است نشان دهند که دمای محلول بسیار بالا بوده و باعث رشد دانه می شود که چقرمگی را کاهش می دهد.
3. دقت ابعاد و پرداخت سطح. ابعاد ریخته گری باید بر اساس نقشه سازنده با تلورانس های مناسب بررسی شود. صفحات فک و میله‌های ضربه‌ای باید برای اطمینان از توزیع یکنواخت بار و جلوگیری از خرابی زودهنگام ناشی از تمرکز تنش در نقاط نصب، به طور صحیح با سیستم‌های نصب مربوطه خود مطابقت داشته باشند.
4. رهایی از عیوب ریختگی مضر. تخلخل انقباض، ترک‌ها، و آخال‌های قابل توجه در سطح سایش یا ناحیه نصب عاملی برای رد می‌شوند. ترک های سطحی را می توان با بازرسی ذرات مغناطیسی یا آزمایش نفوذ رنگ شناسایی کرد. عیوب داخلی نیاز به آزمایش اولتراسونیک یا بازرسی رادیوگرافی در کاربردهای حیاتی دارند.

ریخته گری فولاد منگنز بالا برای سنگ شکن های فکی و ضربه ای یک راه حل مواد سایش به خوبی تثبیت شده و دارای اعتبار فنی است که برای بیش از یک قرن در خدمت صنایع معدنی، معدنی و تولید سنگدانه بوده است. مکانیسم منحصر به فرد خود سخت شدن این ماده در شرایط ضربه، همراه با چقرمگی مقاوم در برابر شکست آن، بهبود شرایط بارگذاری خاص این انواع سنگ شکن را واقعاً دشوار می کند. کلید تحقق پتانسیل عملکرد کامل آن در انتخاب صحیح درجه آلیاژ برای نوع سنگ خاص و وظیفه سنگ شکن، رعایت الزامات عملیات حرارتی محلول، و بازرسی دقیق کیفیت ورودی است که هم ترکیب و هم کفایت عملیات حرارتی را قبل از ورود قطعات ریخته گری تأیید می کند.