Увеличение износостойкости деталей из легированного чугуна для роторных дробилок

В современном машиностроении увеличение продолжительности использования деталей и повышение цикличности работы материалов остается одним из наиболее перспективных направлений, при которых рождаются новые режимы обработок исходного расплава и последующие изменения литой микроструктуры.

Расположение мелю- щих деталей в дробильной ка- мере установки SMR с четырь- мя ударными билами
Рис. 1. Расположение мелющих деталей в дробильной камере установки SMR с четырьмя ударными билами

Специалистами ООО «Тульский литейно-механический завод «Газмодель», в рамках научно-исследовательской опытно-технологической работы, было получено задание на освоение и дальнейшую разработку возможных способов повышения износостойкости материалов, работающих при постоянном ударно-абразивном износе, для роторных дробилок с разным расположением ударных бил, броней отражательных и брони ротора (рис. 1).

Эти детали используют в механизмах для дробления нерудных материалов (песчаника, диабаза, гранита).

Их изготовляют из следующих материалов:

аустенитной марганцевой стали, вязкого и пластичного материала, имеющего в литом состоянии твердость 220…250 HВ, а при последующем механическом упрочнении на 10…15мм наклепаный слой может доходить до 600 HВ [1];

мартенситной стали с последующей термообработкой (ТО) для повышения твердости и вязкости;

высокохромистого чугуна, имеющего относительно низкую стоимость (по отношению к своим аналогам), его износостойкость обеспечивается твердыми карбидами в металлической матрице (ММ), мелкодисперсность которых достигается дополнительным легированием при последующем термическом воздействии;

композитных материалов, имеющих ММ и твердые материалы, прочность которых гораздо выше, чем у перерабатываемого;

биметаллических – из нескольких материалов [2].

Детали для реверсивной роторной дробилки
Рис. 2. Детали для реверсивной роторной дробилки типа SBM: а – ударный било; б и в – брони отражательные 1 и 2

Технологическим подразделением ТЛМЗ «Газмодель», в рамках изучения этой тематики была определена перспективность разработки выбранных деталей (рис. 2) из легированного чугуна. Модельную оснастку разрабатывали для форм на ХТС. Из предоставленной ОАО «Юг-Неруд» информации определили, что рабочие стирающиеся детали дробильногооборудования, используемые для переработки нерудных материалов, ранее изготовляли из коррозионно-стойкого и жаростойкого чугуна ЧХ28. Дроблением перерабатывают ~ 12…15 тыс. т горной массы.

Запасные части закупают за рубежом. Они имеют высокие технико-экономические показатели, так как в теле литой детали находится цирконокерамическая вставка в виде сетки. Перед специалистами ТЛМЗ «Газмодель» была поставлена задача выбрать износостойкий материал, способный приблизиться по характеристикам к зарубежным деталям, с одновременным уменьшением затрат, что было бы возможно при переработке 6 тыс. т нерудных материалов.

Первым был выбран «Нихард-4», имеющий в литом состоянии твердость 38…43 HRC. После закалки при 900°C с последующим охлаждением на воздухе и отпуске, проводимом при 200°C, твердость выросла до 50…54 HRC. Наработка этого материала была 5,2…6,5 тыс. т.

Вторым материалом был выбран чугун, дополнительно легированный Cr – до 25%; Mo – до 5% и Cu – до 2%. Первоочередной задачей стало создание в структуре первичных карбидов тригонального типа, имеющих формулу (Cr, Fe) 7 C 3 . В результате кристаллизации аустенитной хромисто-карбидной эвтектики карбиды типа M 7 C 3 , в отличие от ледебурита с карбидами типа M 3 C, не создают непрерывной фазы, а располагаются в виде изолированных тригональных карбидов. Карбиды первого типа M 7 C 3 более твердые и дисперсные, что придает детали износостойкость и прочность. По микротвердости в 1200…1500 Нm карбиды (Cr, Fe) 7 C 3 значительно лучше кварца (900…1000 Нm), тогда, как твердость цементита Fe 3 C или карбидов Cr 3 C составляет 800…1100 Нm.

Химсостав подбирали для получения эвтектического чугуна, что подразумевает кристаллизацию с образованием крупных иглообразных карбидов, снижающих износостойкость. В результате построения такой технологической схемы получены детали из материала, который в литом состоянии имел твердость 40…42 HRC (рис. 3), которая после дополнительной ТО повысилась до 59…63 HRC. Результаты сравнительного анализа исследуемых материалов см. ниже.

HRC Микротвердость Тип карбидов Наработка материла, тыс. т
ЧХ28 62…64 10240…1690 12…15
«Нихард-4» 50…54 920…1080 (Fe, Cr) 3 C 5.2…6.5
Легированный чугун 59…68 1220…1620 [(Fe, Cr) 7 C 3 + +(Cr, Fe) 4 C] 7.2…8.9

Предложенный специалистами материал на этапе I показал наработки 7,2…8,9 тыс. т. В рамках импортозамещения и снижения затрат на замену истирающихся деталей, такие наработки удовлетворяют пользователей этого оборудования. Кроме того, дополнительная корректировка вариаций режимов ТО способна увеличить износостойкость выбранного материала.

Проведенные эксперименты и практическое освоение в действующем производстве показали, что дополнительный ввод легирующих элементов Mo, Cr и Cu в расплав неразрывно связан с увеличением прокаливаемости литой структуры исходного материала. Совместный ввод этого комплекса позволяет увеличить износостойкость, вследствие подавления перлитного превращения в чугуне, при одновременном измельчении карбидов M 7 C 3 , которые в высокохромистых чугунах без Mo бывают крупными.

Можно предположить, что значительную роль в белых чугунах играет мартенсит, являясь прочным основанием для твердых карбидов, предотвращающих микроскопическое выкрашивание и растрескивание при переработке нерудных материалов.

Список литературы

1. Пат. 2485203 РФ. Износостойкая метастабильная аустенитная сталь / А.Ф. Дегтярев, М.А. Егорова, Л.И. Берман, Ю.Н. Кригер, С.В. Орлов, С.А. Тараканов. Заявитель и патентообладатель ОАО НПО «ЦНИИТМАШ». No2012117554/02; заявл. 28.04.2012; опубл. 20.06.2013. Бюл. No17.

2. Полезная модель No166309 РФ. Било молотковых мельниц / М.М. Наумов, А.В. Лесков. Заявитель и патентообладатель Наумов М.М., Лесков А.В. – No2016103836/13; заявл.05.02.2016; опубл. 20.11.2016. – Бюл. No32.

Сведения об авторах

Евтухов Александр Петрович – канд. экон. наук,
evtukhov.a@gaz-model.ru

Зенкин Руслан Николаевич – канд. техн. наук, гл. инж., там же.
Тел.: 8(953)9556555. Е-mail: z002en@yandex.ru

Новости
Заинтресовали Услуги нашей компании? Наши мастера готовы изготовить для вас заказ любой сложности!