ریخته‌گری با کروم بالا چیست و چگونه می‌توانید عمر پوشیدن آن‌ها را به حداکثر برسانید؟

چدن با کروم بالا چیست و چرا در برابر سایش مقاومت می کند؟

چدن با کروم بالا یک آلیاژ آهنی حاوی 11 تا 30 درصد کروم و 2.0 تا 3.5 درصد کربن است که کروم و کربن در طول انجماد با یکدیگر ترکیب می شوند و کاربیدهای کروم از نوع M7C3 را تشکیل می دهند. این کاربیدها دارای سختی ویکرز 1400 تا 1800 HV هستند که آنها را در میان سخت‌ترین فازهای موجود در هر ماده مهندسی بدون سرامیک درجه ابزار قرار می‌دهد. ماتریس فلزی اطراف، معمولاً مارتنزیتی پس از عملیات حرارتی مناسب، چقرمگی را فراهم می‌کند که از شکستگی شکننده‌ای که باعث از بین رفتن یک ماده سرامیکی در شرایط ضربه مشابه می‌شود، جلوگیری می‌کند.

سختی انبوه یک ریخته گری آهن سفید با کروم بالا عملیات حرارتی معمولاً 58 تا 66 HRC (مقیاس راکول C) است، در مقایسه با 35 تا 45 HRC برای فولاد ابزار عملیات حرارتی و 180 تا 220 HB برای آهن خاکستری استاندارد که در ریخته گری های مهندسی عمومی استفاده می شود. این مزیت سختی قابل توجه مستقیماً به مقاومت در برابر سایش ترجمه می شود: در تست سایشی عدد میلر و تست چرخ لاستیکی ماسه خشک ASTM G65، آهن های سفید کروم بالا به طور مداوم 3 تا 10 برابر کاهش حجم کمتری نسبت به آهن خاکستری استاندارد و 2 تا 5 برابر کمتر از فولاد سخت شده در شرایط آزمایش مشابه نشان می دهند.

نقش محتوای کروم در عملکرد پوشیدن

محتوای کروم آلیاژ، نوع، کسر حجمی و توزیع کاربیدهایی را که در طول انجماد تشکیل می‌شوند، تعیین می‌کند و همچنین مقاومت به خوردگی ماتریس فلزی را تعیین می‌کند. در آلیاژهای با 11 تا 14 درصد کروم، کسر حجمی کاربید نسبتاً کم است (15 تا 20 درصد) و ماتریکس در محیط‌های دوغاب اسیدی نسبت به خوردگی حساس‌تر است. با افزایش محتوای کروم به سمت 25 تا 30 درصد، کسر حجمی کاربید به 25 تا 35 درصد افزایش می‌یابد و محتوای کروم ماتریس به سطحی افزایش می‌یابد که مقاومت خوردگی معنی‌داری را در محیط‌های نسبتاً تهاجمی ایجاد می‌کند.

گریدهای کروم 25 تا 28 درصد، که اغلب به عنوان Cr26 نامیده می شوند یا مطابق با مشخصات ASTM A532 کلاس III نوع A هستند، بیشترین کاربرد را برای خدمات سایشی و خوردگی شدید ترکیبی در کاربردهای دوغاب معدنی دارند، در حالی که گریدهای کروم 15 تا 18 درصد (Cr15 از درجه سختی Cr15، ASTM نوع 2 سختی ASTM، ASTM نوع 2 سختی خوب، ASTM A53، ASTM از نوع سختی 2، ASTM از نوع سختی 2، ASTM A532، ASTM Class III، ASTM A532 Class III نوع A، به طور گسترده ای برای خدمات سایشی و خوردگی ترکیبی شدید استفاده می شود. چقرمگی و هزینه خدمات سایش خشک در سنگ شکن ها و آسیاب ها. انتخاب درجه کروم مناسب برای کاربرد خاص اولین تصمیم مهندسی در تعیین آن است ریخته گری با کروم بالا ، و تأثیر بیشتری بر عمر سرویس نسبت به هر عملیات حرارتی یا پارامتر عملیاتی بعدی دارد.

افزودنی های آلیاژی که عملکرد را تغییر می دهند

فراتر از کروم و کربن، ترکیبات چدن با کروم بالا توسط چندین عنصر آلیاژی اضافی اصلاح می‌شوند که ریزساختار را اصلاح می‌کنند، سختی‌پذیری را بهبود می‌بخشند یا خواص خاص را افزایش می‌دهند:

• مولیبدن (0.5 تا 3.0 درصد): سختی پذیری را افزایش می دهد و تضمین می کند که تبدیل مارتنزیتی در طول بخش های ضخیم در طول عملیات حرارتی خاموش کننده هوا یا روغن کامل می شود. بدون مولیبدن، قطعات ریخته گری مقطع ضخیم ممکن است آستنیت را در هسته حفظ کنند، و سختی را در مناطقی که عمیق ترین سایش را در طول زمان تجربه می کنند، کاهش می دهد. مولیبدن افزودنی استاندارد در ریخته گری برای کاربردهایی است که به سختی ثابت در بخش های بیش از 50 میلی متر نیاز دارند.
• منگنز (0.5 تا 1.5 درصد): پایداری آستنیت را افزایش می دهد، که می تواند برای کنترل سطح آستنیت باقی مانده در شرایط ریختگی قبل از عملیات حرارتی مفید باشد، اما منگنز بیش از حد تشکیل مارتنزیت را در طول عملیات حرارتی بی ثبات می کند و باید در محدوده مشخص شده برای درجه هدف نگهداری شود.
• نیکل (0.5 تا 1.5 درصد): در ترکیب با مولیبدن برای افزایش سختی در گریدهایی که مولیبدن به تنهایی برای مقاطع بسیار ضخیم کافی نیست یا هزینه مولیبدن کنترل می شود استفاده می شود. نیکل نسبت به مولیبدن تأثیر کمتری بر سختی پذیری در واحد افزودن دارد، اما هزینه کمتری دارد و این ترکیب را از نظر اقتصادی برای بسیاری از آلیاژهای ریخته گری تجاری بهینه می کند.
• مس (0.5 تا 1.2 درصد): سرکوب پرلیت را تقویت می کند و سختی ماتریکس را در برخی از گریدهای کروم پایین تر بهبود می بخشد. افزودن مس در آلیاژهای Cr15 رایج‌تر است، جایی که سخت‌شدگی کروم به تنهایی ممکن است برای سخت شدن هوا با ضخامت مقطع متوسط ​​مرزی باشد.

مزایای چدن با کروم بالا نسبت به ریخته گری استاندارد

مزایای عملکرد چدن با کروم بالا نسبت به ریخته‌گری‌های استاندارد آهن خاکستری، چدن داکتیل و فولاد کربنی که در کاربردهای مهندسی عمومی استفاده می‌شوند، با مقایسه داده‌های نرخ سایش خاص از آزمایش‌های خدماتی و تست‌های آزمایشگاهی استاندارد در شرایط کاربردی مشابه به وضوح نشان داده می‌شوند. مقایسه زیر به دسته‌های مزیت کلیدی می‌پردازد که مشخصات ریخته‌گری‌های کروم بالا را در کاربردهای سایش صنعتی هدایت می‌کنند.

مقایسه عمر سایش ساینده

در سرویس سایشی با تنش بالا با ذرات ساینده درشت و سخت (گرانیت، کوارتزیت، سنگ آهن و ساینده‌های سنگ سخت مشابه با سختی Mohs بالای 6)، ریخته‌گری‌های آهن سفید کروم بالا معمولاً 3 تا 8 برابر طول عمر اجزای معادل ساخته شده از آهن خاکستری استاندارد را به دست می‌آورند. در برابر فولاد کربن متوسط ​​سخت شده (350 تا 400 HB)، مزیت معمولاً 2 تا 4 برابر است، بسته به سختی ذرات ساینده و شرایط تنش. در سایش کم تنش با ذرات ساینده ریز و نرم، مزیت عمر سایش کمتر است، در محدوده 1.5 تا 2.5 برابر، زیرا ذرات ریزتر در نفوذ به سطح کاربید سخت کمتر موثر هستند و مزیت ریزساختار کاربید نسبت به ماتریس مارتنزیت سخت کوچکتر است.

در یک آزمایش خدمات منتشر شده در یک کاربرد سنگ آهک، میله های دمنده آهن کروم بالا Cr26 در یک سنگ شکن ضربه ای شفت افقی به 850 تن سنگ آهک در هر کیلوگرم سایش میله دمشی دست یافت، در مقایسه با 210 متریک تن در هر کیلوگرم برای میله های دمنده فولادی سخت شده با فرآیند هندسه خوراک دهنده مشابه. این نشان دهنده یک مزیت عمر سایش 4 برابری است که پس از در نظر گرفتن هزینه واحد بالاتر ریخته گری با کروم بالا، 60 درصد کاهش در هزینه هر تن محصول خرد شده از بودجه سایش میله ضربه ای به تنهایی ایجاد کرد.

مقاومت ترکیبی در برابر سایش خوردگی

در کاربردهای پردازش مرطوب که در آن دوغاب ساینده با سطح سایش تماس می گیرد، اثر هم افزایی ساییدگی و خوردگی همزمان سایش را با سرعتی بیشتر از مجموع دو مکانیسمی که به طور مستقل عمل می کنند تسریع می کند. لایه اکسید کروم غیرفعال که بر روی سطح چدن با کروم بالا تشکیل می شود (به ویژه گریدهای Cr26 با محتوای کروم ماتریس بیش از 13 درصد) محافظت در برابر خوردگی معنی داری را ارائه می دهد که این شتاب هم افزایی را به تعویق می اندازد و باعث می شود ساییدگی خوردگی ترکیبی مزیت قابل توجهی نسبت به کروم بدون پروتئکرون با فولاد کاربن نسبت به کروم خشك بالا داشته باشد. به تنهایی

در کاربردهای دوغاب معدنی اسیدی با مقادیر pH بین 4 تا 6، که در آن خوردگی مکانیزم سایش قابل توجهی است، پروانه‌ها و آسترهای پمپ آهن با کروم بالا Cr26 عمر مفیدی 5 تا 10 برابر بیشتر از معادل‌های فولاد کربنی دارند، در مقایسه با مزیت 2 تا 4 برابری که در کاربردهای سایش خشک و سختی ذرات در شرایط ضربه مشابه مشاهده می‌شود.

جدول مقایسه سایش: نمرات مواد در سرویس ساینده

ریخته گری سنگ شکن با کروم بالا : کاربردهای سنگ شکن ضربه ای

سنگ شکن های ضربه ای، از جمله ضربه زننده شفت افقی (HSI) و ضربه زن شفت عمودی (VSI)، اجزای سایش خود را در معرض ترکیبی خاص از ضربه با سرعت بالا و لغزش ساینده قرار می دهند. اجزای سایش اولیه در سنگ شکن های ضربه ای شفت افقی، میله های دمنده، آسترهای پیش بند (که صفحات ضربه ای یا صفحات شکن نیز نامیده می شوند) و آسترهای جانبی هستند. در ضربه‌گیرهای شافت عمودی، اجزای اصلی سایش کفش‌های روتور، سندان‌ها و آسترهای لوله تغذیه هستند. چدن با کروم بالا مشخصات استاندارد مواد برای همه این اجزا در کاربردهای سنگ شکن متوسط ​​و سخت است.

میله های دمنده برای سنگ شکن های ضربه ای شفت افقی

میله ضربه ای عنصر خرد کننده اولیه در یک ضربه گیر شفت افقی است که با روتور با سرعت نوک 25 تا 45 متر در ثانیه می چرخد و مکرراً با سرعت بالا به سنگ خوراک ضربه می زند. میله دمنده باید هم در برابر ضربه انرژی بالای ضربه اولیه سنگ و هم در برابر لغزش ساینده بعدی قطعات سنگ شکسته در امتداد سطح کار میله مقاومت کند زیرا مواد از طریق محفظه خرد کردن شتاب می گیرند. این ترکیب از ضربه و سایش به ماده ای نیاز دارد که هم چقرمگی کافی برای زنده ماندن در برابر بارهای ضربه ای بدون شکستگی شکننده و هم سختی بالا برای مقاومت در برابر سایش لغزشی ساینده را ارائه دهد.

مواد بهینه میله ضربه ای برای سنگ آهک، ماسه سنگ و مواد خوراکی با سختی متوسط ​​مشابه، معمولاً آهن کروم بالا Cr26 یا Cr20 با سختی عملیات حرارتی 60 تا 65 HRC است که بهترین ترکیب عمر سایش و مقاومت در برابر شکست را در این سرویس ارائه می دهد. برای مواد خوراک سخت تر و ساینده تر مانند گرانیت، کوارتزیت و سنگ آهن، محتوای کروم ممکن است به 28 تا 30 درصد افزایش یابد و مولیبدن اضافی (1.5 تا 2.5 درصد) برای اطمینان از تغییر شکل کامل مارتنزیت در ضخامت بخش میله دمشی معمولاً 80 تا 150 میلی متر استفاده می شود.

برای مواد خوراکی بسیار ساینده با محتوای سیلیس بالای 60 درصد (مانند کوارتزیت و ماسه سیلیس)، میله‌های دمنده کامپوزیتی با درج آهن با کروم بالا که درون یک آهن انعطاف‌پذیر یا بدنه پشتی فولادی ریخته‌گری می‌شوند، برای ترکیب مقاومت سایشی آهن با کروم بالا بر روی سطح کار با چقرمگی نقاط اتصال چدنی پرشکن یا فولاد استفاده می‌شود. بخش آهن می تواند باعث از بین رفتن فاجعه بار میله شود.

آستر پیش بند و آستر جانبی

آسترهای پیش بند در یک ضربه گیر محور افقی، سطوح ضربه ثانویه را تشکیل می دهند که سنگ پس از پرتاب از روتور به آن برخورد می کند. این آسترها ضربه‌هایی با سرعت کمتری نسبت به میله‌های دمنده دارند، اما همچنان برای مقاومت در برابر سایش ساینده ناشی از لغزش سنگ در امتداد سطوح خود بین ضربه‌ها، به سختی بالایی نیاز دارند. آسترهای آهنی با کروم بالا با درجه Cr15 یا Cr20 برای کاربردهای سنگ آهک و سنگ سخت متوسط ​​استاندارد هستند. برای سنگ سخت تر، درجه Cr26 ممکن است انتخاب شود. آسترهای جانبی که حاوی مواد داخل محفظه خرد کردن هستند و محصول خرد شده را به سمت دهانه تخلیه هدایت می کنند، عمدتاً سایش لغزشی سایشی را با ضربه کمتر تجربه می کنند و درجه Cr15 برای اکثر کاربردهای آستر جانبی بدون در نظر گرفتن سختی سنگ مناسب است.

اجزای روتور VSI

ضربه زننده شافت عمودی با شتاب دادن مواد خوراک از طریق روتور به سرعت 45 تا 75 متر در ثانیه قبل از برخورد با حلقه سندان اطراف یا قفسه سنگی عمل می کند. کفش های روتور (اجزای شتاب دهنده مواد از طریق روتور) و سندان ها (هدف های ضربه ثابت) ضربه و سایش ترکیبی بسیار تهاجمی را تجربه می کنند. کفش‌های روتور VSI در کاربردهای سنگ سخت معمولاً درجه Cr26 یا Cr28 با سختی 63 تا 66 HRC هستند و بسته به سختی سنگ و شاخص سایندگی در فواصل 100 تا 400 ساعت تعویض می‌شوند. فرکانس جایگزینی بالای قطعات سایش VSI باعث می شود که صرفه اقتصادی انتخاب مواد به هزینه واحد در هر ساعت سرویس بسیار حساس باشد و نسبت عملکرد قیمت انواع مختلف آهن با کروم بالا و مواد رقیب بر اساس هزینه هر تن محصول فرآوری شده به جای قیمت واحد به تنهایی ارزیابی می شود.

آسیاب آسیاب عمودی ریخته گری با کروم بالا

آسیاب های آسیاب عمودی (که آسیاب های غلتکی عمودی یا VRM نیز نامیده می شوند) مواد خام، کلینکر، سرباره و زغال سنگ را با فشار دادن و نورد کردن مواد خوراک بین غلتک های چرخان آسیاب و میز آسیاب ثابت یا چرخان آسیاب می کنند. فشار تماس بین غلتک و میز در طرح‌های مدرن VRM با راندمان بالا بیش از 200 مگا پاسکال است و ترکیبی از تنش معمولی بالا، لغزش ساینده در ناحیه تماس غلتک به میز و اثرات حرارتی آسیاب با سرعت بالا یکی از سخت‌ترین شرایط سایش را ایجاد می‌کند که در هر ریخته‌گری صنعتی با آن مواجه می‌شود.

لاستیک های غلتکی سنگ زنی و قطعات جدول

تایر غلتکی سنگ زنی (پوسته بیرونی قابل تعویض غلتک سنگ زنی) و بخش های میز سنگ زنی (قطعات آستر مقاوم در برابر سایش که به میز آسیاب پیچ شده اند) اجزای اصلی سایش در آسیاب عمودی هستند. هر دو جزء معمولاً از آهن با کروم بالا ریخته‌گری می‌شوند، با درجه خاصی که بر اساس مواد آسیاب شده و پارامترهای عملیاتی طراحی VRM خاص انتخاب می‌شود.

برای مواد خام سیمان و آسیاب کلینکر، که در آن خوراک سختی متوسط ​​(Mohs 3 تا 5) با نرخ توان عملیاتی بالا پردازش می‌شود، آهن کروم بالا با گرید Cr15 تا Cr20 برای هر دو لاستیک غلتکی و میز استاندارد است و عمر مفید 8000 تا 15000 ساعت کار قبل از نیاز به تعویض دارد. برای سنگ زنی سرباره، که در آن سرباره کوره بلند دانه بندی شده به طور قابل توجهی سخت تر و ساینده تر از کلینکر سیمان است (سختی Mohs 6 تا 7 برای برخی از انواع سرباره)، درجه Cr26 ترجیح داده می شود و عمر مفید 6000 تا 10000 ساعت بسته به ویژگی های سرباره معمول است.

اندازه لاستیک‌های غلتکی VRM و بخش‌های میز چالش‌های ریخته‌گری قابل‌توجهی ایجاد می‌کند، زیرا بخش‌هایی با ضخامت 100 تا 250 میلی‌متر باید به سختی یکنواختی دست یابند تا از سایش شتاب‌دهی جلوگیری شود که زمانی رخ می‌دهد که هسته نرم‌تری در معرض ساییدگی لایه سطح سخت اولیه قرار گیرد. این امر مستلزم طراحی دقیق آلیاژ با سختی پذیری کافی (که از طریق افزودن مولیبدن و نیکل همانطور که در بالا توضیح داده شد به دست می آید) و روش های عملیات حرارتی کنترل شده است که سرعت خنک سازی مورد نیاز را در کل ضخامت بخش به دست می آورد.

عناصر آسیاب زغال سنگ

پودرهای زغال سنگ که در نیروگاه های تولید برق استفاده می شوند، قبل از تزریق به کوره های دیگ، زغال سنگ را به پودر ریز خرد می کنند. عناصر آسیاب (لایه های کاسه، پوسته های رول و بخش های میز) در پودرهای زغال سنگ در محیطی با سایش همزمان از ذغال سنگ و مواد معدنی، چرخه حرارتی از هوای داغ مورد استفاده برای خشک کردن زغال سنگ در طول آسیاب، و خطر احتراق احتمالی انفجاری ناشی از تجمع گرد و غبار زغال سنگ کار می کنند. چدن با کروم بالا ماده عنصر سنگ‌زنی استاندارد برای تمام طرح‌های آسیاب کاسه‌ای و آسیاب غلتکی است که در تولید برق استفاده می‌شود، با گرید Cr15 رایج‌ترین و درجه Cr26 برای زغال‌های بسیار ساینده با محتوای مواد معدنی بالا (میزان خاکستر بالای 20 درصد) استفاده می‌شود.

خلاصه برنامه VRM توسط مواد زمینی

نحوه بهبود مقاومت در برابر سایش ریخته گری با کروم بالا

مقاومت به سایش در ریخته‌گری‌های کروم بالا یک ویژگی ثابت نیست که تنها توسط شیمی تعیین می‌شود. این نتیجه کل فرآیند تولید از طراحی آلیاژ از طریق ذوب، انجماد و عملیات حرارتی است و می توان آن را به طور قابل توجهی از طریق مداخلات هدفمند در هر مرحله بهبود بخشید. درک اینکه کدام متغیرها بیشترین تأثیر را بر عملکرد سایش دارند به ریخته‌گری‌ها و کاربران نهایی اجازه می‌دهد تا به جای اعمال بهبودهای کلی کیفیت که ممکن است فاکتور محدودکننده خاص در کاربردشان را مورد توجه قرار ندهند، بهبودهایی را به خوبی انجام دهند.

عملیات حرارتی: تاثیرگذارترین متغیر

عملیات حرارتی ریخته‌گری‌های آهن سفید با کروم بالا تنها مرحله تولید است که بیشترین تأثیر را بر مقاومت نهایی در برابر سایش ریخته‌گری دارد. هدف از عملیات حرارتی تبدیل ماتریس فلزی از حالت ریختگی آن (مخلوطی از آستنیت، کاربیدها و اغلب مقداری پرلیت یا مارتنزیت بسته به آلیاژ و سرعت سرد شدن) به شرایط کاملاً مارتنزیتی است که هم حداکثر سختی و هم چقرمگی مورد نیاز برای مقاومت در برابر شکست تحت بارگذاری ضربه را فراهم می‌کند.

چرخه استاندارد عملیات حرارتی برای آهن سفید با کروم بالا شامل دو مرحله است:

1. درمان بی ثبات کننده (آستنیته): ریخته گری تا دمایی در محدوده 950 تا 1060 درجه سانتیگراد (دمای دقیق بسته به درجه آلیاژ و هدف انحلال کاربید) گرم می شود و بسته به ضخامت مقطع به مدت 2 تا 6 ساعت در این دما نگهداری می شود. در طی این نگهداری، کاربیدهای ثانویه که در طی انجماد رسوب می‌کنند تا حدی در ماتریس آستنیت حل می‌شوند و زمینه را از نظر کروم و کربن غنی می‌کنند و شرایط شروع یکنواختی را برای مرحله سخت شدن بعدی تضمین می‌کنند. دمای بی‌ثبات‌سازی باید دقیقاً در 10 درجه سانتی‌گراد مثبت یا منفی کنترل شود تا از انحلال کاربیدهای ثانویه (که باعث می‌شود ماتریس برای سخت‌شدگی کامل بیش از حد لاغر شود) یا بیش از حد کاربیدهای اولیه (که ساختار کاربید را درشت می‌کند و مقاومت به سایش را کاهش می‌دهد) جلوگیری شود.
2. خاموش کردن هوا یا روغن: پس از نگه داشتن بی ثباتی، ریخته گری به سرعت به محیط کوئنچ منتقل می شود. کوئنچ هوا (خنک کننده هوای اجباری) برای اکثر آلیاژهایی با سختی پذیری کافی (مولیبدن بالای 1.5 درصد برای مقاطع تا 100 میلی متر) کافی است. روغن کوئنچ برای آلیاژهایی با سختی کمتر یا برای مقاطع بسیار ضخیم که در آن خنک شدن هوا برای سرکوب تشکیل پرلیت بسیار کند است استفاده می شود. هدف این است که از طریق دمای دماغه پرلیت (تقریباً 550 تا 650 درجه سانتیگراد) به اندازه کافی سریع خنک شود تا تبدیل پرلیتی را سرکوب کند و به ماتریس کاملاً مارتنزیتی دست یابد، در حالی که در دمای پایانی مارتنزیت (زیر 200 درجه سانتیگراد) به آرامی خنک شود تا از ترک‌خوردگی ناشی از استرس خاموش شود.

پس از عملیات سخت شدن، یک تنش تنش زدایی در 200 تا 260 درجه سانتیگراد به مدت 2 تا 4 ساعت اعمال می شود تا تنش های داخلی ایجاد شده در طول خنک سازی سریع کاهش یابد و مقاومت در برابر شکست بدون کاهش قابل توجه سختی ماتریس بهبود یابد.

پالایش ریزساختار در طول انجماد

اندازه کاربید و توزیع به دست آمده در طول انجماد، حد بالایی را در مقاومت به سایش تعیین می کند که حتی عملیات حرارتی کامل نیز نمی تواند از آن فراتر رود. کاربیدهای درشت و ضعیف نسبت به کاربیدهای ریز و یکنواخت با کسر حجمی یکسان سد مؤثر کمتری برای سایش ساینده ایجاد می‌کنند، زیرا کاربیدهای درشت به ذرات ساینده بزرگتر اجازه می‌دهند تا مواد ماتریکس بین کاربیدها را برای برش پیدا کنند، در حالی که کاربیدهای ریز سطح سخت یکنواختی را برای ساینده ایجاد می‌کنند.

پالایش کاربید را می توان از طریق موارد زیر به دست آورد:

• دمای ریختن کنترل شده: ریختن در پایین‌ترین دمای قابل قبول برای پر کردن کامل قالب (معمولاً 1350 تا 1420 درجه سانتی‌گراد برای آهن با کروم بالا) باعث افزایش کم‌سرد شدن در طول انجماد می‌شود که باعث ایجاد هسته‌های کاربید ریزتر و اندازه کاربید نهایی ریزتر می‌شود. دمای ریختن بیش از حد ریزساختار انجماد را درشت می کند و کاربیدهای اولیه بزرگتری تولید می کند.
• تلقیح: افزودن‌های کوچک تیتانیوم (0.05 تا 0.1 درصد)، وانادیم (0.1 تا 0.3 درصد)، یا سایر عناصر تشکیل‌دهنده کاربید، مکان‌های هسته‌زایی بیشتری را برای تشکیل کاربید در طول انجماد ایجاد می‌کنند و توزیع کاربید ریزتر و یکنواخت‌تری را تولید می‌کنند. بهبود مقاومت در برابر سایش ناشی از تلقیح به تنهایی (بدون تغییرات دیگر) در آزمایش‌های سایش آزمایشگاهی با مقایسه حرارت‌های تلقیح شده و غیر تلقیح شده با ترکیب اسمی یکسان، 10 تا 20 درصد تعیین شده است.
• نرخ انجماد کنترل شده: انجماد سریعتر کاربیدهای ریزتری تولید می کند. برای ریخته‌گری‌های کوچک تا متوسط، استفاده از سردهای فلزی در موقعیت‌های سطح کار در قالب، سرعت خنک‌سازی را در آن سطوح افزایش می‌دهد و کاربیدهای ظریف‌تری در مناطقی تولید می‌کند که بیشترین سایش را در سرویس دارند.

مدیریت آستنیت حفظ شد

پس از عملیات حرارتی استاندارد، بیشتر ریخته گری های آهن سفید با کروم بالا بسته به ترکیب آلیاژ و پارامترهای عملیات حرارتی، حاوی 5 تا 20 درصد آستنیت باقی مانده در ماتریس هستند. آستنیت ماندگار فاز نرم‌تری (تقریباً 300 تا 400 HV) نسبت به مارتنزیت (800 تا 1000 HV) است و سطوح بالای آستنیت باقی‌مانده سختی ماتریکس و مقاومت سایشی قالب ریخته‌گری را کاهش می‌دهد. در کاربردهایی که حداکثر مقاومت سایش سایشی مورد نیاز است و بارگذاری ضربه متوسط ​​است، محتوای آستنیت باقی‌مانده باید از طریق یکی از روش‌های زیر به کمتر از 10 درصد کاهش یابد: عملیات برودتی در دمای منفی 70 تا منفی 196 درجه سانتی‌گراد پس از عملیات حرارتی معمولی، خنک‌سازی فرعی تا دمای کمتر از دمای شروع مارتنزیت یا کاهش دمای تنظیم ترکیبی.

در کاربردهایی با بارگذاری ضربه ای قابل توجه، مقداری آستنیت حفظ شده (10 تا 20 درصد) مفید است زیرا چقرمگی مهار ترک را فراهم می کند که از انتشار ریزترک های آغاز شده در اثر ضربه در داخل ریخته گری جلوگیری می کند. بنابراین، سطح آستنیت حفظ‌شده بهینه، مخصوص کاربرد است، و نشان‌دهنده مقاومت در برابر سایش در مقابل چقرمگی است که باید بر اساس حالت شکست غالب در محیط خدمات خاص حل شود.

چگونه می توان ریخته گری کروم بالا را برای عمر طولانی حفظ کرد

نگهداری از ریخته‌گری‌های کروم بالا در کاربردهای سنگ شکن و آسیاب هم شامل اقدامات عملیاتی می‌شود که یکپارچگی قطعات سایش نصب شده را حفظ می‌کند و هم روش‌های نظارت و برنامه‌ریزی جایگزینی را که عمر مفید کل هر قطعه را بدون متحمل شدن به ضرر تولید و آسیب مکانیکی که در هنگام فرسوده شدن قطعات از حد قابل استفاده قبل از تعویض رخ می‌دهد، به حداکثر می‌رساند. چارچوب نگهداری زیر به هر دو بعد می پردازد.

شیوه های عملیاتی که یکپارچگی ریخته گری را حفظ می کند

روشی که یک سنگ شکن یا آسیاب آسیاب کار می کند تأثیر مستقیمی بر میزان سایش و شکستگی قطعات ریخته گری با کروم بالا دارد و نظم عملیاتی حول روش های زیر باعث بهبودهای قابل اندازه گیری در طول عمر ریخته گری می شود:

• کنترل فلز ولگرد و مواد غیرقابل خرد شدن در خوراک: میله‌های تقویت‌کننده فولادی، دندانه‌های بیل مکانیکی و سایر فلزات ولگرد در خوراک سنگ‌شکن، ضربه‌های شدیدی را ایجاد می‌کنند که می‌تواند میله‌های ضربه‌ای آهنی با کروم بالا، آسترهای پیش‌بند و کفش‌های VSI را حتی اگر سطح ضربه عملکرد معمولی در محدوده چقرمگی مواد باشد، شکسته است. نصب و نگهداری موثر تشخیص فلز ولگرد (معمولاً فلزیاب ها و سیستم های آهنربایی متناسب با نوع ماده) در بالادست تمام سنگ شکن های ضربه ای که جریان های خوراک مخلوط یا تخریب شده را پردازش می کنند.
• اندازه خوراک و نرخ خوراک را کنترل کنید: خوراک بزرگ در سنگ شکن ضربه ای، حوادث ضربه ای بالاتر از طراحی ایجاد می کند که سایش را تسریع کرده و خطر شکستگی را افزایش می دهد. صفحه های اسکالپینگ و اندازه گیری قبل از سنگ شکن را در شرایط کاری مناسب نگهدارید تا اطمینان حاصل شود که خوراک سنگ شکن با مشخصات اندازه خوراک اسمی که میله ها و آسترهای دمنده برای آن طراحی شده اند مطابقت دارد. نوسانات نرخ تغذیه که باعث می شود روتور به جای ذرات منفرد بر تجمع مواد عظیم تأثیر بگذارد، به طور مشابه بارهای ضربه اوج را افزایش می دهد. از سیستم های تغذیه کنترل شده (تغذیه کننده های تسمه با کنترل سرعت به جای قیف های سرج با تخلیه کنترل نشده) برای حفظ نرخ تغذیه ثابت استفاده کنید.
• تنظیمات صحیح سرعت روتور و شکاف را حفظ کنید: در سنگ شکن های ضربه ای، سرعت روتور انرژی جنبشی هر میله دمشی به ضربه سنگ را تعیین می کند و متغیر عملیاتی اولیه است که هم بر میزان تولید و هم سرعت سایش تأثیر می گذارد. کار با حداقل سرعت روتور که به مشخصات اندازه محصول مورد نیاز دست می یابد، نرخ سایش در هر تن را به حداقل می رساند. دویدن با سرعت بالاتر از حد لازم باعث افزایش مصرف انرژی و تسریع سایش بدون بهبود کیفیت محصول می شود. بررسی کنید که تنظیمات شکاف پیش بند مطابق با مشخصات باشد. شکاف های بیش از حد تنگ احتمال گیر کردن قطعات بزرگ بین روتور و پیش بند را افزایش می دهد و حوادث ضربه ای را ایجاد می کند که می تواند هم میله های ضربه و هم پیش بند را به طور همزمان بشکند.
• میله های ضربه را در فواصل صحیح بچرخانید: سنگ شکن های ضربه ای شفت افقی به گونه ای طراحی شده اند که میله های دمنده را می توان 180 درجه چرخاند یا زمانی که یک طرف تا حد چرخش فرسوده شده است، از لبه جلو به سمت لبه انتهایی تغییر مکان داد. چرخش در نقطه صحیح، سایش بین دو سطح کار هر میله ضربه را برابر می‌کند، و به طور موثر حجم کل سایش استخراج شده از هر میله را در مقایسه با دویدن تا سایش کامل روی یک وجه قبل از چرخش دو برابر می‌کند. چرخش تاخیری منجر به سایش ناهموار می‌شود که حجم سایش قابل استفاده را کاهش می‌دهد و می‌تواند عدم تعادل روتور را ایجاد کند که بار تحمل و ارتعاش را افزایش می‌دهد.

برنامه بازرسی و اندازه گیری سایش

اندازه گیری سیستماتیک عمق سایش ریخته گری در فواصل زمانی منظم، اساس برنامه ریزی جایگزینی موثر است. بدون داده‌های کمی سایش، تصمیم‌گیری‌های جایگزینی تنها بر اساس ارزیابی بصری است، که منجر به جایگزینی زودرس قطعات با عمر مفید باقی‌مانده (تحمل هزینه غیرضروری قطعه) یا تعویض تاخیری قطعات فرسوده شده کمتر از حد کارکرد ایمن آنها می‌شود (خطر آسیب مکانیکی به تجهیزات میزبان).

یک روال اندازه گیری سایش را با استفاده از کولیس ها یا ضخامت سنج های اولتراسونیک ایجاد کنید که عمق سایش را در نقاط مرجع تعریف شده در هر ریخته گری در فواصل بازرسی منظم اندازه گیری می کند (معمولاً هر 250 تا 500 ساعت کار برای قطعات سایش سنگ شکن با بارگذاری سنگین و هر 500 تا 1000 ساعت برای عناصر سنگ زنی VRM). این اندازه‌گیری‌ها را در صفحه‌گسترده ردیابی ثبت کنید و سایش تجمعی را نسبت به ساعات کار ترسیم کنید. منحنی نرخ سایش حاصل امکان پیش‌بینی طول عمر باقیمانده را در هر نقطه بازرسی فراهم می‌کند و امکان می‌دهد جایگزینی برنامه‌ریزی‌شده در طول یک پنجره تعمیر و نگهداری راحت برنامه‌ریزی شود تا اینکه به خرابی اضطراری ناشی از فرسودگی قطعه پاسخ دهد.

تعمیر جوشکاری ریخته گری با کروم بالا

جوشکاری آهن سفید با کروم بالا با روش‌های معمولی دشوار است، زیرا شکنندگی و معادل کربن آن بالاست، که باعث ایجاد ترک در رسوب جوش و ناحیه متاثر از حرارت در مجاورت جوش می‌شود. با این حال، روکش جوش سخت با استفاده از الکترودهای سخت کاربید کروم مناسب یا سیم شاردار می‌تواند برای بازیابی سطوح فرسوده قطعات ریخته‌گری ضخیم در محل مورد استفاده قرار گیرد و عمر سرویس را بدون هزینه تعویض کامل قطعه افزایش دهد. الزامات کلیدی برای سخت‌کاری موفقیت‌آمیز ریخته‌گری‌های آهن با کروم بالا عبارتند از:

• از قبل روی 400 تا 500 درجه سانتیگراد گرم کنید قبل از جوشکاری برای کاهش گرادیان حرارتی بین حوضچه جوش و مواد ریخته‌گری سرد اطراف، که محرک اصلی ترک‌خوردگی ناحیه متاثر از حرارت در آهن‌های با کربن بالا و کروم بالا است.
• از مواد مصرفی سخت کاربید کروم استفاده کنید (الکترودهای زنگ نزن آستنیتی یا عمومی نیست) که رسوبی با خواص سایش قابل مقایسه با مواد ریخته گری پایه ایجاد می کنند. رسوب از یک الکترود نامناسب که نرم تر از مواد پایه اطراف است، ترجیحاً سایش می شود و هدف از تعمیر را نفی می کند.
• کنترل دمای بین گذر و اجازه دهید خنک‌سازی آهسته کنترل‌شده پس از جوشکاری با پیچاندن قطعه در پتوهای عایق، برای به حداقل رساندن تنش‌های حرارتی در حین خنک‌سازی که باعث ایجاد ترک‌های تاخیری در قطعات ریخته‌گری ضخیم می‌شود.

ریخته گری با کروم بالا نشان دهنده یک راه حل فنی بالغ و اثبات شده اقتصادی برای چالش سایش در سخت ترین کاربردهای صنعتی است. ترکیبی از انتخاب گرید کروم مناسب برای شرایط ساینده و ضربه خاص، مشخص کردن پارامترهای عملیات حرارتی صحیح برای به حداکثر رساندن سختی و چقرمگی ماتریس، اعمال بهترین شیوه عملی انضباط عملیاتی برای حفظ یکپارچگی ریخته‌گری در سرویس، و اجرای اندازه‌گیری سیستماتیک سایش و برنامه‌ریزی جایگزینی، کمترین هزینه کل مالکیت را در سرتاسر طول عمر بالای استفاده از کروم و طول عمر بالای تجهیزات کروم ایجاد می‌کند.

کنترل کیفیت در تولید ریخته گری با کروم بالا

ثبات عملکرد قطعات ریخته گری با کروم بالا در خدمت بستگی به کنترل کیفیت اعمال شده در طول تولید آنها دارد. برخلاف محصولات فولادی کالایی که در آن محدوده ترکیب و خواص مکانیکی کاملاً توسط استانداردهای پذیرفته شده کنترل می‌شود، ریخته‌گری‌های آهن سفید با کروم بالا اغلب با مشخصات اختصاصی یا کاربردی تولید می‌شوند که در آن کنترل‌های کیفیت تولید اعمال شده توسط ریخته‌گری تضمین اولیه عملکرد ثابت است. درک اینکه چه کنترل‌های کیفیتی باید مشخص و تأیید شود هنگام تهیه قطعات ریخته‌گری با کروم بالا، خریداران را قادر می‌سازد منابع قابل اعتماد را از منابع تولیدکننده محصولات ناسازگار تشخیص دهند.

تایید ترکیب شیمیایی

هر حرارت از آهن با کروم بالا باید قبل از ریختن با استفاده از طیف سنجی انتشار نوری (OES) روی نمونه گرفته شده از ملاقه یا کوره آنالیز شود. تجزیه و تحلیل باید تأیید کند که تمام عناصر آلیاژی مشخص شده (کروم، کربن، مولیبدن، نیکل و سیلیکون) قبل از ریختن گرما در قالب در محدوده ترکیب هدف قرار دارند. گرمای خارج از مشخصات باید از طریق افزودن آلیاژ قبل از ریختن اصلاح شود. ریختن گرمای خارج از مشخصات با این انتظار که قابل قبول باشد، نشان دهنده یک ریسک کیفی قابل توجه است زیرا عواقب ترکیب نادرست بر عملکرد سایش و پاسخ عملیات حرارتی ممکن است تا زمانی که قطعات در سرویس نصب نشده باشند، آشکار نشوند.

خریداران باید به گواهی‌های آزمایش آسیاب (MTC) که تجزیه و تحلیل واقعی ملاقه را برای هر دسته تولید نشان می‌دهد، بجای پذیرش گواهی‌های درجه عمومی که انطباق با مشخصات استاندارد را بدون گزارش ترکیب واقعی قطعات خاص عرضه‌شده تأیید می‌کند، نیاز دارند. مقایسه داده‌های MTC در چندین سفارش، امکان شناسایی روند تغییرات ترکیب را قبل از تأثیرگذاری بر عملکرد سرویس فراهم می‌کند و داده‌های مورد نیاز برای ارتباط تغییرات ترکیب با تفاوت‌های مشاهده‌شده در عمر سرویس بین دسته‌ها را فراهم می‌کند.

تست سختی پس از عملیات حرارتی

هر آهن با کروم بالا casting باید سختی راکول را پس از عملیات حرارتی آزمایش کرد تا تأیید شود که سختی مورد نیاز در سراسر منطقه اندازه‌گیری مورد نظر به دست آمده است. برای اکثر قطعات سایش سنگ شکن و آسیاب، محدوده سختی مشخص شده بسته به درجه آلیاژ و کاربرد، 58 تا 66 HRC است. تست سختی باید در حداقل سه مکان در هر ریخته گری انجام شود: دو موقعیت سطح کاری متضاد و یک موقعیت لبه. ریخته‌گری که سختی قابل قبولی را روی سطح کار نشان می‌دهد اما سختی قابل‌توجهی کمتر در موقعیت‌های لبه نشان می‌دهد تبدیل مارتنزیت ناقص در مناطقی با سرعت خنک‌کننده پایین‌تر در حین خاموش کردن، که ممکن است سایش ترجیحی را در آن موقعیت‌های در خدمت ایجاد کند.

برای ریخته‌گری‌های بزرگ که تغییر ضخامت مقطع ممکن است از طریق توزیع سختی ضخامت تأثیر بگذارد، آزمایش تراورس سختی مخرب بر روی نمونه‌های برش‌خورده از موقعیت‌های نماینده نمونه اولیه یا ریخته‌گری اولیه، گرادیان سختی را در سراسر مقطع تعیین می‌کند و تأیید می‌کند که عملیات حرارتی به حداقل سختی مورد نیاز در تمام اعماق دست می‌یابد که در طول عمر کامل قطعه در معرض قرار می‌گیرد. این آزمایش به ویژه برای تایرهای غلتکی آسیاب VRM و بخش‌های میز با مقاطع بیش از 100 میلی‌متر مهم است، جایی که سختی هسته پس از عملیات حرارتی برای عملکرد بسیار مهم است زیرا سطح فرسوده می‌شود و مواد عمیق‌تر به مرور زمان به سطح کار تبدیل می‌شوند.

بازرسی ابعادی و کیفیت سطح

انطباق ابعاد با نقشه مشخص شده با اندازه گیری تمام ابعاد بحرانی با استفاده از گیج ها و قالب های کالیبره شده تایید می شود. برای ریخته‌گری‌هایی که پس از عملیات حرارتی ماشین‌کاری شده‌اند (مانند پروانه‌های پمپ، بخش‌های حلقه سنگ‌زنی، و صفحات سایش دقیق)، اندازه‌گیری ابعاد پس از ماشین‌کاری نهایی تأیید می‌کند که ماشین‌کاری به دقت ابعادی و پرداخت سطح مورد نیاز دست یافته است. برای ریخته‌گری‌هایی که در حالت ریخته‌گری یا به‌عنوان شرایط زمین استفاده می‌شوند، بررسی‌های ابعادی بر روی سطوح نصب و جفت‌گیری تمرکز می‌کنند که تناسب و تراز صحیح را در تجهیزات میزبان تعیین می‌کنند.

بازرسی کیفیت سطح هم ظاهر بصری سطح ریخته‌گری و هم آزمایش‌های غیرمخرب را برای عیوب زیرسطحی در کاربردهای حیاتی پوشش می‌دهد. بازرسی بصری تخلخل انقباض شکستگی سطح، بسته شدن سرد، پارگی داغ و زبری سطح قابل توجه را شناسایی می کند که نشان دهنده مشکلات کیفیت ریخته گری است. برای کاربردهای با پیامدهای بالا مانند کفشک های بزرگ روتور VSI، عناصر سنگ زنی VRM، و اجزاء در ماشین آلات فرآیند حیاتی، آزمایش نفوذ رنگ یا تست ذرات مغناطیسی سطوح در دسترس، اطمینان بیشتری را ایجاد می کند که قبل از نصب قطعات در سرویس، هیچ ترک شکستگی سطحی وجود ندارد. ترک‌های موجود در قطعات ریخته‌گری آهن با کروم بالا به‌طوری‌که در مواد انعطاف‌پذیر ممکن است به خودی خود متوقف نمی‌شوند. یک ترک سطحی بر روی یک قطعه سایش سنگ شکن ضربه ای با بارگذاری سنگین می تواند به سرعت به شکستگی فاجعه بار تحت بارهای عملیاتی گسترش یابد و تشخیص ترک قبل از سرویس را به سرمایه گذاری معنی داری در ایمنی و قابلیت اطمینان تولید تبدیل کند.