Những loại thép/hợp kim nào được sử dụng trong vật đúc chịu mài mòn?

Các nhóm hợp kim lõi được sử dụng trong vật đúc chống mài mòn

Các xưởng đúc chọn một hệ thống hợp kim dựa trên cơ chế mài mòn chủ yếu mà một bộ phận sẽ gặp phải, sau đó điều chỉnh hóa học và xử lý nhiệt để tinh chỉnh độ cứng, độ dẻo dai và hành vi ăn mòn. Bảng dưới đây tóm tắt các nhóm hợp kim thường được chỉ định cho vật đúc chịu mài mòn.

Đúc sắt trắng crom cao

Sắt trắng có hàm lượng crom cao là vật liệu tham chiếu cho mài mòn tinh khiết vì cấu trúc vi mô của nó chứa cacbua crom M7C3 dày đặc được nhúng trong ma trận martensitic. Hàm lượng crom từ 15 đến 26% tạo ra cacbua có khả năng chống cắt từ cát, quặng hoặc cốt liệu xi măng tốt hơn nhiều so với thép cacbon thông thường. Xi lanh mài và ống lót trống thường được đúc bằng hợp kim này, vì mạng cacbua giữ cho bề mặt mài mòn nguyên vẹn qua hàng nghìn giờ hoạt động. Xử lý nhiệt thông qua quá trình mất ổn định và ủ được sử dụng để chuyển austenite còn lại thành martensite, làm tăng độ cứng bề mặt mà không làm cho vật đúc đủ giòn để nứt dưới tải trọng sử dụng thông thường.

Gang đúc Ni-Cứng

Sắt Ni-Hard bổ sung niken để ngăn chặn sự hình thành ngọc trai mềm trong quá trình làm mát, cho phép nền biến đổi trực tiếp thành martensite ngay cả ở những phần dày. Điều này mang lại cho vật đúc Ni-Hard sự cân bằng thuận lợi giữa độ cứng, chi phí đúc và khả năng gia công so với sắt có hàm lượng crom cao. Lưỡi trộn bê tông là một ứng dụng Ni-Hard phổ biến, vì vật liệu này chịu được sự mài mòn hỗn hợp và tác động nhẹ từ cốt liệu, cát và xi măng. Các loại vật liệu như AS2027 NiCr4 được chỉ định rộng rãi vì chúng kết hợp tuổi thọ mài mòn với tính nhất quán về kích thước cần thiết cho các bộ phận thay thế bằng bu-lông.

Đúc thép mangan cao

Thép mangan cao hay còn gọi là thép Hadfield có tính chất khác với hai họ sắt trên. Ở trạng thái đúc, nó tương đối mềm và cứng, nhưng tác động lặp đi lặp lại làm cho lớp bề mặt cứng lại thông qua biến dạng song song, nâng cao độ cứng bề mặt trong khi lõi vẫn dẻo. Dữ liệu ngành cho thấy cơ chế này có thể mang lại khả năng chống mài mòn tăng khoảng 25 lần so với thép carbon chưa được xử lý một khi bề mặt đã được làm cứng hoàn toàn. Điều này làm cho thép mangan cao trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho hàm máy nghiền, búa và tấm va đập trong đó tải sốc đột ngột chứ không phải mài mòn từ từ là dạng hư hỏng chủ yếu.

Lựa chọn hợp kim phù hợp với cơ chế mài mòn

Việc lựa chọn hợp kim hoàn toàn dựa trên số lượng độ cứng có thể dẫn đến nứt sớm hoặc chi phí quá cao. Một cách tiếp cận đáng tin cậy hơn là phân loại môi trường hoạt động trước tiên, sau đó chọn loại hợp kim và xử lý bề mặt khi cần thiết.

Quá trình đúc và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất hợp kim

Thành phần hợp kim quyết định tuổi thọ mài mòn về mặt lý thuyết của vật đúc, nhưng quá trình đúc sẽ xác định liệu tiềm năng đó có được nhận ra hay không. Đúc ly tâm thường được áp dụng cho các bộ phận mài mòn hình trụ như thùng mài và con lăn, bởi vì quá trình hóa rắn quay sẽ dồn kim loại dày đặc hơn về phía thành ngoài, nơi khả năng chống mài mòn quan trọng nhất, trong khi độ xốp và các tạp chất nhẹ hơn di chuyển về phía lỗ khoan. Đúc cát tĩnh vẫn phổ biến đối với các hình dạng không đều như lưỡi trộn và tấm dẫn hướng, trong đó giỏ đúc chính xác hoặc khuôn vỏ kiểm soát độ chính xác về kích thước cho các bộ phận phải vừa với thiết bị hiện có mà không cần làm lại. Tốc độ làm nguội được kiểm soát sau khi đổ cũng quan trọng không kém, vì việc làm nguội nhanh hoặc không đều có thể giữ lại austenite trong sắt có hàm lượng crom cao, khiến vật đúc mềm hơn độ cứng thiết kế của nó cho đến khi áp dụng xử lý nhiệt mất ổn định thích hợp.

Phạm vi sản phẩm đúc chống mài mòn

Các thành phần sau đây minh họa cách áp dụng các nhóm hợp kim khác nhau trên thiết bị nghiền, trộn và kiểm soát dòng chảy, từ xi lanh nghiền có hàm lượng crom cao đến lưỡi trộn Ni-Hard.

xi lanh mài Hợp kim crom cao

Thùng mài Hợp kim crom cao

Đĩa van gas Thép 42CrMo

Tấm dẫn hướng dòng chảy Thép 42CrMo

Lưỡi dao trộn Gang cứng Ni

Xác minh chất lượng cho vật đúc chống mài mòn

Bởi vì hiệu suất của hợp kim phụ thuộc nhiều vào cấu trúc vi mô nên chỉ kiểm tra trực quan không thể xác nhận khả năng chống mài mòn. Các nhà cung cấp đáng tin cậy xác minh vật đúc thông qua sự kết hợp của nhiều phương pháp.

Bảo trì và sửa chữa vật đúc hợp kim bị mòn

Việc kéo dài tuổi thọ của vật đúc chịu mài mòn thường tốn ít chi phí hơn so với việc thay thế hoàn toàn, miễn là phương pháp sửa chữa phù hợp với hợp kim và mức độ hư hỏng.

• Tấm ốp bề mặt: Phun plasma hoặc phủ laze sẽ tái tạo lớp bề mặt cứng trên các khu vực bị mòn và khôi phục độ chính xác về kích thước.
• Sửa chữa hàn: Que kiềm có hàm lượng hydro thấp với khả năng gia nhiệt trước và làm nguội chậm, giữ nhiệt độ mối hàn gần 250 đến 300 độ C, bảo toàn đặc tính đông cứng của vật liệu nền.
• Gia công và đánh bóng: Sự mài mòn nhỏ được loại bỏ bằng cách tiện hoặc mài, sau đó xử lý nhiệt lại để khôi phục độ cứng ban đầu.
• Thay thế trực tiếp: Các bộ phận có vết nứt do va chạm hoặc nứt vỡ trên diện rộng được thay thế hoàn toàn thay vì làm lại, tránh sự suy giảm cấu trúc vi mô mà việc xử lý nhiệt lặp đi lặp lại có thể gây ra.

Ngoài khả năng chống mài mòn: Các thành phần lò nhiệt độ cao

Nhiều cơ sở vận hành thiết bị chịu mài mòn cũng vận hành dây chuyền xử lý nhiệt, vì vậy cần lưu ý đến các vật đúc hợp kim liên quan được sử dụng trong các hệ thống đó. Ống nhiệt bức xạ, con lăn lò và con lăn lò cho dây chuyền lò liên tục thường được đúc bằng hợp kim Cr-Ni chịu nhiệt thay vì hợp kim mài mòn được mô tả ở trên, vì thách thức chính của chúng là quá trình oxy hóa và rão ở nhiệt độ cao hơn là mài mòn. Thiết bị xử lý nhiệt, thiết bị xử lý nhiệt hàn, khay đế xử lý nhiệt và giỏ đúc chính xác mang phôi qua lò và phải chống mỏi nhiệt trong các chu kỳ lặp đi lặp lại. Các bộ phận như cánh quạt Ipsen, trụ lò, ray và con lăn lò AFC, đầu đẩy AFC, cuộn lò sưởi cho lò đai liên kết đúc và tấm xích cho lò đúc xích hoàn thiện hệ thống cố định và vận chuyển bên trong lò liên tục. Khi các hệ thống này cũng gặp phải hiện tượng mài mòn hạt, chẳng hạn như tại khu vực tải, lớp lót chống mài mòn bằng hợp kim crôm cao hoặc Ni-Hard thường được thêm vào để bảo vệ cấu trúc bên dưới.

Chọn nhà cung cấp vật đúc chống mài mòn

Ngoài việc lựa chọn hợp kim, kinh nghiệm của nhà cung cấp còn ảnh hưởng đến tính nhất quán giữa các lô sản xuất. Các xưởng đúc kiểm soát quá trình nấu chảy hóa học, chu trình xử lý nhiệt và kiểm tra sau đúc có xu hướng cung cấp vật đúc có tuổi thọ sử dụng dễ dự đoán hơn. Việc yêu cầu chứng chỉ vật liệu, báo cáo kiểm tra độ cứng và hồ sơ kiểm tra không phá hủy nếu có liên quan trước các đơn đặt hàng lớn giúp xác nhận rằng hợp kim được giao phù hợp với thông số kỹ thuật thay vì chỉ dựa vào tên cấp danh nghĩa.