Mechaninis nusidėvėjimas apima daugybę aspektų, tarp kurių abrazyvinis nusidėvėjimas sudaro daugiau nei 50 % viso pramoninio susidėvėjimo. Tokios šalys kaip Vokietija ir Jungtinė Karalystė kasmet patiria milijardus dolerių nuostolių dėl abrazyvinio nusidėvėjimo, o Australijoje kasmet kasmet dėl abrazyvinio nusidėvėjimo kasybos pramonė netenka 2% mineralinių produktų pardavimo pajamų. Didelė šio abrazyvinio susidėvėjimo dalis atsiranda rutulinių malūnų įdėkluose. Yra du pagrindiniai šios problemos sprendimo būdai: pirma, pagerinti medžiagų atsparumą dilimui; ir, antra, pagerinti nusidėvėjimo aplinką optimizuojant procesą. Šiame tyrime daugiausia dėmesio skiriama materialiniam aspektui.
Tradicinė medžiaga ZGMn13, naudojama rutuliniuose malūnuose:
ZGMn13 yra daug -mangano turintis plienas, kurį 1882 m. išrado Hadfieldas. Jis gaminamas į plieną įdedant maždaug 13 % Mn, naudojant Mn charakteristiką, kad plieno S-kreivės „nosis“ būtų perkelta į dešinę ir Ms bei Mf linijos nuleistos. Visiškai austenitinė struktūra gaunama ilgą laiką laikant 1000{13}}1050 laipsnių temperatūroje, po to priverstinai aušinant. Ši visiškai austenitinė struktūra pasižymi darbo kietėjimo savybėmis. Naudojant jį kaip rutulinio malūno įdėklą, siekiama sukietėti darbe, kai šlifavimo rutuliukai ir abrazyvinės medžiagos veikia įdėklą. Tačiau veikiant rutuliniam malūnui, šlifavimo rutuliukai ir abrazyvinės medžiagos cilindro sukimosi metu nukeliauja į aukščiausią tašką, o po to nukrenta kaskadoje. Iš aukščio krintantys šlifavimo rutuliai ir abrazyvinės medžiagos tik tiesiogiai veikia šlifavimo rutulius ir abrazyvines medžiagas, esančias medžiagų krūvos apačioje, ir netiesiogiai paveikia įdėklą per susikaupusį šlifavimo rutulių ir abrazyvinių medžiagų sluoksnį. Tai lemia mažesnį smūgio intensyvumą ir ne tokį reikšmingą darbo sukietėjimą. Praktinė patirtis rodo, kad elektrinių anglių gamyklose austenitinio didelio-mangano plieno grūdintas kietumas yra tarp HB230 ir 250, o rūdos perdirbimo gamyklose jis neviršija HB300, o tai yra daug mažesnis už aukšto-apdirbimo -kietėjimo ribą, esant aukštam{20}mangano plienui{20}HB2020}. Todėl rutulinių malūnų įdėklų gamyboje nedera naudoti daug -mangano turinčio plieno, nes neišnaudojamos{24}}dėvėjimuisi atsparios daug mangano turinčio plieno savybės.
Įdėklų medžiagų kūrimo būsena
Atsižvelgiant į netinkamą ZGMn13 medžiagos naudojimą rutulinių malūnų įdėkluose, metalurgai visame pasaulyje nuo septintojo dešimtmečio tiria naujas įdėklų medžiagas ir pasiekė daug rezultatų.
(1) Nauji ZGMn13 pokyčiai
Tyrėjai patobulino ZGMn13, pridėdami tokių elementų kaip Cr, Mo ir V, kad susidarytų stabilūs, išsklaidyti granuliuoti ir salelės formos didelio{2} kietumo lydinio karbidai, tokie kaip (FeCr)3C ir VC. Tai trukdo austenito grūdelių augimui vandens gesinimo metu, todėl susidaro austenitinė struktūra su išsklaidytomis karbido kietosiomis vietomis, taip pagerinant medžiagos kietėjimo gebėjimą darbe ir kietėjimo efektą.
Jungtinėse Amerikos Valstijose gaminamas standartinis lietinis didelio -mangano plienas su 1,5 %–2,5 % Cr (C klasė) ir standartinis didelio -mangano plienas su 0,9–1,2 % arba 1,8 %–2,1 % Mo (E-1 ir E-2 klasės).
Japonija gamina standartinį lietinį didelio-mangano plieną su 1,5 %–2,5 % Cr (klasė SCMnH11) ir standartinį lietinį aukštą -mangano plieną su 2,0–3,0 % Cr ir 0,4–0,7 % V (SCMnH12 klasė). Vidinės Mongolijos liejimo ir kalimo tyrimų institutas sukūrė chromo{11}}turinčio daug mangano plieno ir 1,5–2,5 % Cr, o išlydytą plieną apdorojo retųjų žemių elementais. Šio chromo{17}}plieno, kurio sudėtyje yra daug mangano, paviršiaus sluoksnis (0,01 mm) po grūdinimo rutuliniame malūne gali pasiekti HB390 kietumą, kuris yra 1,5 karto didesnis nei įprasto didelio-mangano plieno, o jo tarnavimo laikas yra nuo 1,5 iki 2 kartų ilgesnis nei įprasto aukšto-mangano plieno.
(2) Baltojo ketaus lydinys
① 15Cr-3Mo baltas ketus ir jo kūrimas. Tipiškiausia alternatyvi medžiaga didelio -mangano plieno įdėklams yra martensitinis baltas ketus, kuriame yra 15 % Cr + 3 % Mo. Šią medžiagą sudaro nepertraukiami eutektiniai geležies -chromo karbidai (Cr, Fe)7C3 ir chromo-matrica, kurioje gausu antrinių martensitinių karbidų. maždaug 40–50 % viso tūrio. Šių chromo karbidų kietumas yra labai aukštas, didesnis nei HV1200-1800, todėl pakanka, kad būtų atsparus nusidėvėjimui nuo įprastų abrazyvų. Tačiau martensitinės matricos kietumas yra maždaug HRC50, kuris yra minkštesnis už kai kurias abrazyvines medžiagas ir bus nusidėvėjęs, todėl gali išstumti karbidus. Todėl išskirtinis karbidų atsparumas dilimui išnaudojamas tik iš dalies. Harbino technologijos institutas taip pat daug nuveikė gerindamas 15Cr-3Mo aukšto-chrominio baltojo ketaus našumą. Jie naudojo K, Na, Mg ir Ca druskas ir lydinius, kad atliktų 15Cr-3Mo ketaus purškimo modifikavimo apdorojimą, pašalindami pradinį karbidų pasiskirstymą tinkle ir padarydami juos sliekinius arba gumulinius, taip pat sumažindami karbidų dydį. Tai žymiai pagerino medžiagos tvirtumą ir atsparumą dilimui. Tyrimai parodė, kad 15Cr-3Mo didelio chromo baltojo ketaus, apdoroto skirtingais modifikavimo elementais, nusidėvėjimo greitis yra mažesnis nei neapdorotos medžiagos. Tiksliau, vidutinis kaliu modifikuoto 15Cr-3Mo didelio chromo baltojo ketaus nusidėvėjimo greitis buvo 63,2 % mažesnis nei neapdorotos medžiagos, o optimalaus tirpalo nusidėvėjimo greitis buvo 74,4 % mažesnis nei neapdorotos medžiagos.
② Cu-turinčio baltojo ketaus lydinio. Šis lydinys baltas ketus, sėkmingai sukurtas Shandong Xinwen Tool Factory, gaminamas pridedant 1,0 % Cu ir 0,9 % retųjų žemių ferosilicio lydinio, kad būtų galima modifikuoti ir pasėti prieš liejimą, po to apdorojama 950 laipsnių normalizavimu ir 600 laipsnių grūdinimu, todėl pasiskirstę, smulkūs ir tolygiai pasiskirstę karbidai. Mašininiai bandymai parodė, kad L1,83 m × 6,4 m cemento gamykloje santykinis retųjų žemių Cu- lydinio baltojo ketaus įdėklo atsparumas dilimui buvo 2,4 karto didesnis nei didelio -mangano plieno įdėklo. (3) Vidutinio ir mažai legiruoto plieno
Nors didelio -mangano plieno arba legiruoto baltojo ketaus rutulinio malūno įdėklai su pridėtais legiravimo elementais pasižymi žymiai geresniu atsparumu dilimui, palyginti su įprastais didelio-mangano plieno įdėklais, šios medžiagos yra brangesnės, nes juose yra daug tauriųjų metalų, pvz., Cr, Ni ir Mo, ir gamybos metu jos gali įtrūkti ir net lūžti. Remdamiesi šiomis priežastimis, Kinijos metalurgai ir liejyklų darbuotojai, atsižvelgdami į specifines mano šalies sąlygas, pradėjo tyrinėti vidutinio ir mažai legiruoto plieno naudojimą rutulinių malūnų įdėklams ir pasiekė vilčių teikiančių rezultatų.
① Cr, Mo, Cu vidutinio-anglies-lydinio susidėvėjimui-atsparus plienas. Šenjango technologijos universiteto sukurtas vidutinio -anglies -legirinio susidėvėjimui atsparus plienas, kurio sudėtyje yra Cr, Mo ir Cu ir apdorotas retųjų žemių elementais, pasiekė didesnį kaip HRC50 kietumą ir 25-60 J/cm² smūgio vertę po oro gesinimo 950 laipsnių ir 25 laipsnių temperatūroje. Jo matrica yra grūdintas martensitas, o skenuojanti elektroninė mikroskopija atskleidė juostos formos martensito pluoštų struktūrą. Atliekant didelio-didinimo pralaidumo elektronų mikroskopiją, struktūroje aiškiai matyti dislokacinio martensito ir nedidelio kiekio susipynusio martensito mišinys su nepertraukiama plona plėvele{18}}, panašia į sulaikytą austenitą, paskirstytą tarp martensito juostų. Ši austenito forma ir pasiskirstymas pagerino plieno atsparumą smūgiams ir santykinį atsparumą dilimui. Šio plieno atsparumas dėvėjimuisi esant skirtingoms smūgių energijoms parodė ryškų kontrastą su daug mangano turinčiu plienu.
Didėjant smūgio energijai, stipriai{0}}mangano plieno atsparumas smūgiams žymiai pagerėjo, o naujai sukurto Cr, Mo, Cu plieno atsparumas dilimui sumažėjo. Tačiau visomis poveikio energijos sąlygomis, pasirinktomis lyginamuosiuose bandymuose, naujojo plieno atsparumas dilimui buvo didesnis nei didelio -mangano plieno. Naudotas L1,83 m × 3 m rutuliniame malūne Qian'an geležies kasykloje Hebei provincijoje, iš šios medžiagos pagamintas įdėklas tarnavo 10–12 mėnesių, o ZGMn13 įdėklų tarnavimo laikas buvo tik 3–5 mėnesiai.
② Cr-Mo-V-Ti vidutinio-anglies kelių- elementų legiruotasis plienas. Hefėjaus Cemento tyrimų ir projektavimo instituto sukurtas vidutinis -anglies daugia-komponentinis legiruotas plienas, kuriame yra Cr, Mo ir V, Ti ir Nb pėdsakų, po apdorojimo retųjų žemių (RE) ir specifiniu terminiu apdorojimu gauna grūdintą martensitą + nedidelį kiekį apatinės bainito matricos su dispersinėmis kietosiomis karbido fazėmis. Bandymai rodo, kad šio tipo įdėklai pasižymi dideliu kietumu, geru atsparumu dilimui, atsparumu smūgiams ir lenkimui, o jų tarnavimo laikas daugiau nei tris kartus didesnis nei įprasto didelio{10}}mangano plieno. Jis buvo naudojamas Huaihai cemento gamyklos (L4,2 m × 12 m), Kunmingo cemento gamyklos (L3,5 m × 11 m) ir Sichuan Dukou cemento gamyklos (L2,2 m × 13 m) malimo malūnuose, kurių vidutinis nusidėvėjimo greitis yra 3,16 g/t pirmoje kameroje ir 5,3 tt antroje kameroje. o vidutinis didelio{20}}mangano plieno įdėklų susidėvėjimo greitis yra 13 g/t cemento.
③ Didelio{0}}anglies vidutinio-chromo legiruotas plienas. Kitas didelio -anglies vidutinio-chromo legiruoto plieno įdėklas, kuriame yra 4,5–5,5 % Cr ir 0,3–0,7 % Mo ir apdorotas RE inokuliacija, taip pat sukurtas Hefėjaus Cemento tyrimų ir projektavimo instituto, sėkmingai pritaikytas cemento rutulinėse malūnėse.
④ Cr-Ti vidutinio-mangano plieno. Vidutinis -mangano plienas, kurio sudėtyje yra 5,5–8,0 % Mn, 1,5–2,0 % Cr, 0,05–0,1 % Ti ir apdorotas 0,02–0,05 % RE, gavo vieną austenito struktūrą su smulkesniais grūdeliais nei paprastas plienas, esant 0 ± 3,0 laipsnio mangano gesinimo vandenyje. Iš šios medžiagos pagaminti įdėklai pasiekė gerų rezultatų Tonghua plieno gamyklos Banshigou geležies kasyklų ir Tonghua vario kasyklų rutuliniuose malūnuose. Jo santykinis atsparumas nusidėvėjimui yra 1,64 karto didesnis nei didelio-mangano plieno malant magnetito rūdą; ir 1,48 karto daugiau nei didelio -mangano plieno šlifuojant vario rūdą. Pagrindinė šios medžiagos atsparumo dilimui priežastis yra geresnis jos grūdinimas rutuliniuose malūnuose, palyginti su įprastu didelio -mangano plieno kiekiu.
⑤ Cr-Mo kelių-fazių mažai-legiruotas plienas. Ištirtas daugiafazis mažo -lydinio dilimui-atsparus plieninis įdėklas, kuriame yra 3 % Cr ir 0,4 % Mo, buvo termiškai apdorotas izoterminiu būdu, kad būtų gauta bainito + martensito + išlikusio austenito mikrostruktūra. Ši medžiaga pasižymi dideliu tvirtumu ir kietumu, todėl puikiai atspari smūgiams, nuovargiui, deformacijai ir dilimui. Taikymas vietoje parodė, kad šio įdėklo tarnavimo laikas yra 1–2 kartus ilgesnis nei įprasto didelio{14}}mangano plieno.
