Jak wybrać odpowiedni odlew odporny na zużycie ze stopu chromu do swojego zastosowania?

Jak zawartość chromu określa, który mechanizm zużycia jest najbardziej odporny na zużycie

Odlewy ze stopów chromu, odporne na zużycie są zazwyczaj klasyfikowane według zawartości chromu na gatunki o niskiej zawartości chromu (10–15%), o średnim chromie (15–20%) i o wysokiej zawartości chromu (20–30%), a klasyfikacja ta nie jest arbitralna; bezpośrednio określa, jaki rodzaj zużycia odlew będzie najskuteczniej odporny. Odlewy z żeliwa białego o wysokiej zawartości chromu tworzą gęstą sieć węglików chromu w osnowie metalu, a węgliki te są znacznie twardsze niż cząstki ścierne zwykle spotykane w przetwórstwie minerałów, takie jak piasek krzemionkowy lub kruszona ruda. To sprawia, że ​​odlewy o wysokiej zawartości chromu są szczególnie dobrze przystosowane do zużycia ściernego w wyniku ślizgowego kontaktu z twardymi cząstkami, np. w wykładzinach pomp szlamowych lub prętach podnoszących młynów kulowych.

Z kolei gatunki o niższej zawartości chromu zwykle radzą sobie lepiej w warunkach zużycia zdominowanego uderzeniami, ponieważ zmniejszona objętość węglika pozostawia twardszą, bardziej ciągliwą osnowę, która może absorbować energię uderzenia bez pękania. Odlew wybrany wyłącznie na podstawie oceny twardości, bez uwzględnienia, czy rzeczywisty tryb zużycia podczas pracy jest ścierny, czy zdominowany przez uderzenia, często daje gorsze wyniki, ponieważ odlew o wysokiej zawartości chromu, zoptymalizowany pod kątem odporności na ścieranie, może być bardziej podatny na pękanie pod powtarzającym się obciążeniem udarowym niż gatunek o niższej zawartości chromu i twardszej osnowie.

Dopasowanie gatunku chromu do wielkości cząstek i energii uderzenia

Zastosowania wymagające dużych uderzeń o wysokiej energii, takie jak młoty kruszące przetwarzające gruboziarnistą skałę, generalnie korzystają z niższej zawartości chromu przy wyższej wytrzymałości, podczas gdy zastosowania obejmujące szlam drobnoziarnisty o minimalnym uderzeniu, takie jak obudowy pomp obsługujące odpady poflotacyjne, korzystają z wyższej zawartości chromu zoptymalizowanej wyłącznie pod kątem odporności na ścieranie. Przeglądanie rzeczywistego rozkładu wielkości cząstek i energii uderzenia dla konkretnego zastosowania, zamiast domyślnego wybierania najwyższej dostępnej klasy chromu, pomaga dopasować skład odlewu do dominującego mechanizmu zużycia, z którym faktycznie będzie się borykał.

Praktyki obróbki cieplnej określające ostateczną twardość i wytrzymałość

Odlane odlewy ze stopów chromu nie osiągają pełnego potencjału odporności na zużycie bez odpowiedniej obróbki cieplnej, ponieważ mikrostruktura po odlaniu zazwyczaj zawiera austenit szczątkowy, który zmniejsza twardość poniżej wartości, jaką jest w stanie osiągnąć skład stopu. W procesie destabilizującej obróbki cieplnej odlew utrzymuje się w podwyższonej temperaturze, zazwyczaj w zakresie 950-1050°C, w zależności od konkretnego stopu, co powoduje wytrącenie wtórnych węglików z osnowy i przekształca większość austenitu szczątkowego w martenzyt po kontrolowanym chłodzeniu. Ta przemiana nadaje odlewom wysokochromowym charakterystyczną wysoką twardość, często w zakresie 58-64 HRC po odpowiedniej obróbce, w porównaniu z twardością odlewu, która może znacznie spaść.

Kontrola szybkości chłodzenia podczas tego procesu ma takie samo znaczenie, jak sama temperatura szczytowa. Zbyt wolne chłodzenie pozwala na przekształcenie austenitu z powrotem w bardziej miękki perlit zamiast martenzytu, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie może spowodować pękanie naprężeniowe cieplne, szczególnie w odlewach o zmiennej grubości ścianki, gdzie cienkie przekroje schładzają się znacznie szybciej niż grube przekroje. Dostawcy dysponujący dojrzałymi procesami obróbki cieplnej zazwyczaj stosują profile chłodzenia specyficzne dla sekcji lub hartowanie powietrzem dostosowane do geometrii odlewu, zamiast pojedynczej stałej szybkości chłodzenia stosowanej równomiernie niezależnie od grubości części.

Porównanie popularnych gatunków stopów chromu do zastosowań wymagających zużycia

Wybór pomiędzy standardowymi gatunkami stopów chromu wymaga rozważenia twardości, wytrzymałości i kosztu w odniesieniu do specyficznych warunków zużycia w danym zastosowaniu. Poniższe porównanie pokazuje, gdzie popularne gatunki różnią się pod względem praktycznego działania.

Molibden i nikiel są często dodawane w małych ilościach do gatunków o wysokiej zawartości chromu, aby poprawić hartowność odlewów o grubszych przekrojach, ponieważ te pierwiastki stopowe zapewniają, że podczas obróbki cieplnej cały przekrój przekształci się w martenzyt, a nie tylko warstwy zewnętrzne, co staje się ważne, gdy grubość ścianki odlewu przekracza około 50 mm.

Typowe wady odlewów charakterystyczne dla produkcji stopów chromu

Odlewy ze stopów chromu niosą ze sobą pewne ryzyko wad, które jest bardziej wyraźne niż w przypadku standardowych odlewów ze stali węglowej lub żeliwa szarego, głównie ze względu na wysoką zawartość węglika i wrażliwość stopu na szybkość chłodzenia. Segregacja węglików, podczas której węgliki skupiają się nierównomiernie, a nie równomiernie rozprowadzają się w osnowie, tworzy zlokalizowane strefy o obniżonej wytrzymałości, które mogą inicjować pękanie pod wpływem uderzenia, nawet jeśli średni odczyt twardości części jest zgodny ze specyfikacją. Wada ta nie zawsze jest widoczna na zewnątrz i często wymaga przekrojowego badania metalograficznego w celu wykrycia.

• Rozrywanie na gorąco podczas krzepnięcia jest bardziej prawdopodobne w przypadku stopów o wysokiej zawartości chromu ze względu na ich szerszy zakres temperatur krzepnięcia i wymaga starannego zaprojektowania wlewu i pionu, aby zarządzać naprężeniami skurczowymi podczas stygnięcia odlewu.
• Pękanie po obróbce cieplnej może wystąpić, jeśli cykl destabilizacji i hartowania nie zostanie dostosowany do specyficznej geometrii odlewu, szczególnie w ostrych narożnikach wewnętrznych, gdzie podczas szybkiego chłodzenia koncentrują się naprężenia termiczne.
• Porowatość skurczowa w grubych przekrojach jest powszechna, jeśli rozmieszczenie pionów nie uwzględnia wzorca krzepnięcia stopu, ponieważ stopy chromu krzepną z innym wzorem niż zwykła stal węglowa i wymagają odpowiednich wymiarów i umiejscowienia pionów.

Metody weryfikacji jakości, o które powinni prosić kupujący

Ponieważ odlewy ze stopów chromu często trafiają do komponentów, których wymiana po zainstalowaniu jest kosztowna lub kłopotliwa, weryfikacja jakości przed wysyłką, a nie po awarii w serwisie, jest opłacalną inwestycją dla kupujących, którzy zaopatrują się w ilościach. Badanie twardości w wielu punktach odlewu, zamiast pojedynczego odczytu w jednym dogodnym miejscu, sprawdza jednorodność twardości, która wskazuje na odpowiednią penetrację obróbki cieplnej przez całą grubość przekroju, a nie tylko na powierzchni.

Badanie metalograficzne próbki odlewu z każdej partii produkcyjnej ujawnia rzeczywistą morfologię i rozkład węglika, potwierdzając, że mikrostruktura odpowiada temu, co powinien dać określony stop i obróbka cieplna, zamiast polegać wyłącznie na certyfikacie składu chemicznego i liczbie twardości. W przypadku zastosowań krytycznych żądanie danych z testów udarności wraz z danymi dotyczącymi twardości daje pełniejszy obraz zachowania odlewu w trakcie eksploatacji, ponieważ dwa odlewy o identycznych odczytach twardości mogą znacząco różnić się wytrzymałością w zależności od rozkładu węglików i jakości obróbki cieplnej.

Kontrola wymiarowa części eksploatacyjnych z tolerancjami dopasowania

Odlewy zużywalne mocowane do innego sprzętu, takie jak płyty wykładzinowe przykręcone do korpusu młyna lub obudowy kruszarki, wymagają oprócz sprawdzenia właściwości materiału weryfikacji wymiarowej elementów montażowych i współpracujących powierzchni. Odlew o prawidłowej twardości i składzie, ale wzór otworów montażowych wykraczający poza tolerancję może nadal powodować opóźnienia w montażu lub wymagać modyfikacji w terenie, co stanowi koszt, któremu ma zapobiec kontrola wymiarowa przed wysyłką.