Влияние химического состава стали 110Г13Л на наклеп и стойкость ее против абразивного износа :: Литейные технологии

    

 
Разделы сайта
Статьи
Информация

Влияние химического состава стали 110Г13Л на наклеп и стойкость ее против абразивного износа

Влияние химического состава стали на наклеп и стойкость против абразивного износа проявляется через ее структуру. Повышенное содержание углерода в стали для толстостенных деталей приводит к выпадению крупных карбидов в процессе кристаллизации и выделению мелких карбидов по границам зерен при закалке и, следовательно, к повышению исходной твердости стали, к уменьшению степени наклепа и к понижению пластичности.

Достаточно большая продолжительность выдержки детали при температуре нагрева и высокая скорость охлаждения ее при закалке могут свести содержание карбидов в структуре до минимума, но следы растворившихся карбидов на границах зерен останутся в виде местных пустот и будут отрицательно влиять на механические свойства стали. В стали для деталей, работающих при слабых ударных нагрузках, повышенное содержание углерода способствует повышению предела текучести и исходной твердости. Последнее особенно важно для повышения стойкости против абразивного износа в условиях работы безударных нагрузок.

Кремний вытесняет из раствора углерод и создает условия для пересыщенного раствора его в аустените. Повышенное содержание кремния приводит к понижению пластичности стали и делает ее непригодной для деталей, работающих в условиях больших ударных нагрузок. Содержание кремния для таких условий должно быть не более 0,5%, т. е. ниже нижнего предела, предусмотренного ГОСТами. Это подтверждается лабораторными данными.

Фосфор образует хрупкую фосфористую эвтектику, которая, располагаясь по границам зерен, снижает вязкость стали. Содержание фосфора в стали желательно иметь не более 0,07%.

Хром, молибден и другие карбидообразующие элементы связывают углерод, образуя карбиды. При достаточно большой скорости охлаждения металла в форме карбиды будут иметь относительно небольшие размеры и могут быть почти полностью растворены в аустените. Такая сталь будет иметь несколько пониженные пластические свойства и повышенную исходную твердость. Интенсивность наклепа ее будет заниженная.

По характеру наклепа стали в процессе воздействия на нее ударных и других нагрузок можно определить, правильно ли выбрана методика лабораторного исследования стойкости против абразивного износа. Наклеп образцов из стали 110Г13Л, испытанных по лабораторной методике, такой же, как у футеровок шаровых мельниц из этой стали. Зависимость стойкости сплава против абразивного износа от различных факторов у образцов и футеровок одинакова.

Испытание на абразивный износ на образцах формы кубиков может применяться при выборе того или иного сплава для футеровок. Стойкость футеровок шаровых мельниц против абразивного износа зависит от процесса выплавки стали, от ее химического состава, микроструктуры и твердости, от режима термической обработки и ряда других факторов. Большинство этих факторов незначительно изменяет стойкость.

Футеровка шаровой мельницы всей опорной поверхностью прилегает к барабану. Сталь 110Г13Л в условиях работы футеровки значительной ударной нагрузки не испытывает, до максимальной твердости не наклепывается, поэтому изнашивается от абразивного трения быстрее, чем хорошо наклепанная сталь. Основные качества 110Г13Л стали — хорошая наклепываемость и высокая ударная вязкость. В условиях работы футеровки эти качества не обязательны. Поэтому вполне логичной является замена этой стали для футеровок на более дешевую, высокоуглеродистую и низколегированную сталь, термически обработанную на высокую твердость или даже термически необработанную.

Из результатов испытаний футеровок видно, что наиболее полно удовлетворяет требованиям сталь 100—80ГС. Первая партия футеровок из этой стали была пущена в эксплуатацию после нормализации с твердостью d 3,5—4,0 мм. За время изготовления и эксплуатации деталей трещин на них не наблюдалось. Стойкость стали 80ГСЛ на футеровках в условиях третьей стадии размола, где наклеп очень слабый, несколько превышает стойкость футеровок из стали 110Г13Л.

С повышением твердости футеровки износ уменьшается, но изготовить футеровки из стали 80ГСЛ с твердостью выше, чем у хорошо наклепанной стали 110Г13Л, трудно. Такая футеровка будет очень хрупкая. Она может разрушиться от остаточных напряжений при транспортировке и в процессе эксплуатации. Изготовлять футеровки с высокой твердостью, с достаточной вязкостью можно из более легированной стали, но тогда возрастет их стоимость. Испытанная на футеровках сталь 80ГСЛ в термически необработанном состоянии имеет ударную вязкость в среднем 0,5 кГм/см2. Футеровки из этой стали работали без поломок.

На футеровках из стали с более низкой ударной вязкостью при эксплуатации возникали трещины. Величину ударной вязкости стали 0,5 кГм/см2 можно рассматривать как предельно допустимую для футеровок. Если детали типа футеровок шаровых мельниц почему-либо изготовляются из стали 110Г13Л, последнюю необходимо легировать хромом, который снижает пластичность стали, повышает ее твердость, как следствие, уменьшает расклепываемость и повышает стойкость против абразивного износа. Понижение вязкости стали введением в нее хрома в условиях работы футеровки вполне допустимо.

Для дальнейшего повышения стойкости футеровок необходимо совершенствовать их конструкцию. Стойкость футеровки балочной конструкции и конструкции Крюкова значительно выше, чем стойкость футеровок каскадного типа. При балочной конструкции размалываемый материал и шары в процессе вращения барабана остаются неподвижными, пока не поднимутся на определенную высоту. В этот период вращения футеровка не испытывает абразивного трения и не изнашивается. После того, когда рассматриваемая футеровка поднимется на эту высоту, материал сваливается с нее, происходит трение и соответствующий износ футеровки и клина. Чем больше высота клиньев по отношению к футеровке, тем на большую высоту поднимается материал без относительного перемещения его по футеровке и тем меньше будет ее износ.

На футеровке каскадного типа нет таких выступов, как у балочной. При вращении барабана руда и шары поднимаются на меньшую высоту и не падают, а скользят по футеровке под действием силы тяжести. Перемещение руды в процессе вращения барабана по каскадной футеровке начинается раньше, и суммарная продолжительность перемещения за один оборот барабана у этой футеровки получается больше, чем у балочной. Пропорционально продолжительности относительного перемещения руды и шаров по футеровке происходит и абразивный износ.

По мере износа профиль футеровок меняется. Выступающие части футеровки изнашиваются быстрее, и к концу эксплуатации разница в толщине отдельных футеровок или отдельных частей футеровки уменьшается, профиль сглаживается и скольжение материала по футеровке начинается в более ранний период вращения, износ ускоряется. В последней стадии эксплуатации футеровок почти полностью исчезает разница в их профиле и скольжение руды по футеровке начинается независимо от ее конструкции очень рано.

Исследованные профили футеровок не могут рассматриваться как идеальные. При создании новых конструкций, обеспечивающих еще более высокую стойкость футеровок, необходимо добиваться, чтобы проскальзывание руды по футеровке при вращении барабана было как можно меньше.

Различный характер наклепа стали, брони верхнего, среднего и нижнего поясов дробящего конуса и чаши и различная степень их износа за один и тот же отрезок времени объясняются неодинаковым характером и величиной нагрузки на каждую броню в процессе ее эксплуатации.

Крупные куски руды, падая в дробилку, в основном ударяются о поверхность брони первого и второго пояса конуса я чаши (на броню нижнего пояса они почти не попадают). В верхнем поясе дроблению подвергаются куски размерами 1000— 1500 мм, а в нижнем — 90—100 мм. Усилие, необходимое для разрушения куска, увеличивается с увеличением размера последнего. Поэтому броня верхнего пояса испытывает самые большие удельные сжимающие и ударные нагрузки, а броня нижнего пояса — самые маленькие.

Схематично дробление можно представить следующим образом. В верхнем поясе кусок руды раскалывается на п частей, каждая из которых во втором поясе дробилки раскалывается на т частей. Последние, в свою очередь, разрушаются до заданного размера в третьем поясе. Если в первом поясе в единицу времени было раздроблено, например, р кусков руды, то во втором за это же время будет разрушено р-п, а в третьем р-п-т кусков. Абсолютное количество кусков, раздробленных в третьем поясе дробилки, будет в несколько сот раз больше, чем в первом.

При дроблении кусков в первом поясе разрушающее усилие концентрируется в нескольких точках брони и достигает очень больших значений, а при дроблении в третьем поясе оно прилагается в нескольких сотнях и даже тысячах точек и абсолютное значение усилия для разрушения каждого отдельного куска относительно небольшое.

При дроблении крупного куска относительное перемещение его на футеровке незначительное. Мелких кусков много, опускаясь вниз конуса до начала и в процессе дробления, каждый кусок беспрерывно перемещается по поверхности футеровки.

Броня верхнего пояса конуса и чаши испытывает очень большие сжимающие и ударные нагрузки, а броня третьего пояса в основном работает на абразивное истирание. Поэтому сталь 110Г13Л в брони верхнего пояса конуса и чаши наклепывается на большую глубину и до максимально возможной твердости на поверхности. В таком состоянии она хорошо противостоит абразивному истиранию и износ ее по сравнению с броней нижнего пояса значительно меньше. В броне нижнего пояса наклеп стали по глубине и по поверхностной твердости значительно меньше, а по абразивному трению эта броня находится в худших условиях, чем верхняя, и износ ее больше, чем верхней брони. Средняя броня по условиям работы находится ближе к верхней.

Броню верхнего и среднего поясов необходимо изготовлять из материала с высокой ударной вязкостью; броня нижнего пояса должна изготовляться из материала с высокой твердостью. Очень высокие значения ударной вязкости стали для брони этого пояса не обязательны. Броню верхнего пояса конуса дробилки наиболее рационально изготовлять из материала, способного наклепываться под воздействием сжимающей и ударной нагрузки. Вязкая основная масса такой брони в сочетании с высокой твердостью поверхностного наклепанного слоя будет хорошо противостоять разрушающему усилию при дроблении и абразивному износу.

Из известных материалов такому требованию в наибольшей степени удовлетворяет мелкозернистая сталь 110Г13Л с относительно невысоким содержанием углерода и термически обработанная на чистоаустенитную структуру, с тонкими границами зерен, без наличия карбидных выделений в зернах аустенита и на их границах. Броню нижнего пояса конуса можно было бы изготовлять из низколегированной высокоуглеродистой стали, термически обработанной на высокую твердость. Она дешевле стали 110Г13Л и также стойка против абразивного износа.

Однако в дробилку иногда попадают недробимые тела, например часть зуба ковша экскаватора. Не касаясь стенок брони первого и второго поясов конуса, такой кусок металла проходит до третьего пояса и заклинивает дробилку. Недостаточно пластичная сталь брони не выдерживает и на ней возникает трещина. А это влечет за собой необходимость остановки дробилки и замены брони. Поэтому для изготовления брони нижнего пояса нельзя применять низкопластичные стали.

Практически брони всех поясов изготовляются из одной и той же стали, но быстроизнашиваемую броню нижнего пояса необходимо менять после каждого ремонта дробилки, а броню среднего и верхнего поясов можно менять через один ремонт.

Исследования показали, что нижнюю броню можно изготовить из стали 110Г13Л, легированной хромом. Эта броня обеспечивает большую продолжительность работы дробилки между ремонтами. Повышение стойкости только одной нижней брони за счет легирования стали 110Г13Л хромом позволит сократить количество простоев на ремонты по замене брони всех поясов.

Главное разрушающее действие на верхнюю броню оказывает ударная нагрузка. Сталь 110Г13Л на верхней броне хорошо наклепывается, приобретает высокую поверхностную твердость и хорошо противостоит абразивному износу. Легирование стали для этой брони не приведет к повышению стойкости, так как оно не повышает твердости стали сверх достигаемой путем наклепа. При неблагоприятных условиях легированная карбидообразующими элементами сталь 110Г13Л может оказаться недостаточно стойкой против ударной нагрузки, что приведет к ее поломке и к понижению стойкости.

Испытание нижней брони дробилки, отлитой из стали 110Г13Л с дополнительным легированием хромом (до 1,5%), повысило стойкость детали на 20% по сравнению с лучшими, эксплуатировавшимися на этой дробилке аналогичными деталями, изготовленными из нелегированной стали 110Г13Л.

Наиболее правильным показателем стойкости брони нужно считать количество раздробленной руды, приходящейся на 1 г изношенной стали. На нижней броне количество переработанной руды, приходящейся на 1 г изношенной стали 110Г13Л, легированной молибденом (0,813 т/г) и хромом (0,940 т/г), практически одинаково. На средней броне количество переработанной руды, приходящейся на 1 г изношенного материала футеровки из стали 110Г13Л с молибденом (2,376 т/г), на 40% больше, чем из обычной стали 110Г13Л (1,693 т/г). На верхней броне сталь 110Г13Л, легированная молибденом (5,950 т/г), и нелегированная сталь 110Г13Л (6,021 т/г) практически имеют одинаковую стойкость.

Из сравнения видно, что легирование стали молибденом или хромом для нижней брони одинаково повышает стойкость по сравнению с нелегированной сталью. Легированная молибденом сталь для брони среднего пояса по сравнению с нелегированной имеет стойкость на 40% выше. Легирование стали для брони верхнего пояса не приводит к повышению стойкости.

Согласно различным литературным данным, легирование стали 110Г13Л молибденом и сложная термическая обработка отливок из этой стали, обеспечивающая получение сфероидальных карбидов, повышает ее стойкость по сравнению с обычной сталью 110Г13Л на 40%. В нашем случае легирование стали молибденом при обычной термической обработке отливок повысило их стойкость на столько же. Но наличие карбидов по границам зерен привело к понижению ударной вязкости стали и на брони конуса дробилки крупного дробления возникли трещины. Отсюда можно сделать вывод, что легирование стали молибденом должно сопровождаться также и сложной термической обработкой отливок. Такой метод повышения стойкости в условиях УЗТМ не рационален.

Наиболее целесообразно легировать сталь 110Г13Л хромом, несколько увеличивать выдержку отливок при температуре нагрева под закалку и охлаждать детали при закалке с большой скоростью. Стойкость отливок из такой стали повышается на столько же, на сколько и отливок из стали 110Г13Л, легированной молибденом.

Конусные дробилки среднего и мелкого дробления работают так же, как и дробилки крупного дробления. Отличие заключается в размере кусков дробимого материала. Согласно описанной выше схеме брони конуса и чаши дробилок среднего и мелкого дробления в меньшей степени подвергаются ударным воздействиям и в большей степени абразивному износу. При плотном прилегании брони к опорной поверхности она не испытывает напряжений изгиба и работает главным образом в условиях сжимающих напряжений. С точки зрения легирования стали 110Г13Л для этих броней их можно приравнять к броням нижнего пояса дробилки ККД с учетом всех рассмотренных выше соображений. Для изготовления передней стенки и зуба ковша экскаватора по изложенным соображениям также рационально применять сталь 110Г13Л, легированную хромом.


Комментариев пока нет!
Ваше имя *
Ваш Email *

Сумма цифр справа: код подтверждения

Главная » Статьи » Отливки из стали 110Г13Л » Влияние химического состава стали 110Г13Л на наклеп и стойкость ее против абразивного износа
Порекомендовать
Добавить в закладки