Ako si vyberiete správny odliatok z chrómovej zliatiny odolný proti opotrebeniu pre vašu aplikáciu?

Ako obsah chrómu určuje, ktorý mechanizmus opotrebenia odliatok najlepšie odoláva

Odliatky zo zliatiny chrómu odolné voči opotrebovaniu sú zvyčajne klasifikované podľa obsahu chrómu do tried s nízkym obsahom chrómu (10 – 15 %), so stredným obsahom chrómu (15 – 20 %) a s vysokým obsahom chrómu (20 – 30 %) a táto klasifikácia nie je ľubovoľná; priamo určuje, ktorému druhu opotrebovania bude odliatok odolávať najúčinnejšie. Odliatky z bieleho železa s vysokým obsahom chrómu tvoria hustú sieť karbidov chrómu v kovovej matrici a tieto karbidy sú výrazne tvrdšie ako abrazívne častice, s ktorými sa bežne stretávame pri spracovaní minerálov, ako je kremičitý piesok alebo drvená ruda. Vďaka tomu sú odliatky s vysokým obsahom chrómu obzvlášť vhodné na abrazívne opotrebenie spôsobené klzným kontaktom s tvrdými časticami, ako sú napríklad vložky kalových čerpadiel alebo zdvíhacie tyče guľového mlyna.

Naproti tomu nižšie triedy chrómu majú tendenciu dosahovať lepšie výsledky v podmienkach opotrebovania s prevahou nárazu, pretože znížený objem karbidu zanecháva tvrdšiu, ťažnejšiu matricu, ktorá dokáže absorbovať energiu nárazu bez praskania. Odliatok vybraný čisto na základe hodnotenia tvrdosti bez toho, aby sa zvažovalo, či je skutočný režim opotrebovania v prevádzke abrazívny alebo s prevahou nárazu, často nedosahuje dobrú výkonnosť, pretože odliatok s vysokým obsahom chrómu optimalizovaný na odolnosť proti oderu môže byť náchylnejší na praskanie pri opakovanom zaťažení nárazom ako trieda s nižším chrómom s tvrdšou matricou.

Prispôsobenie triedy chrómu veľkosti častíc a energii nárazu

Aplikácie zahŕňajúce veľké nárazy s vysokou energiou, ako sú drviace kladivá spracovávajúce hrubú horninu, vo všeobecnosti ťažia z nižšieho obsahu chrómu s vyššou húževnatosťou, zatiaľ čo aplikácie zahŕňajúce jemnú brúsnu kašu s minimálnym nárazom, ako sú plášte čerpadiel manipulujúce s hlušinou, ťažia z vyššieho obsahu chrómu optimalizovaného čisto pre odolnosť proti oderu. Preskúmanie skutočnej distribúcie veľkosti častíc a energie nárazu pri špecifickej aplikácii, skôr ako predvolené nastavenie najvyššej dostupnej triedy chrómu, pomáha prispôsobiť zloženie odlievania dominantnému mechanizmu opotrebovania, ktorému bude skutočne čeliť.

Postupy tepelného spracovania, ktoré určujú konečnú tvrdosť a húževnatosť

Odliatky zo zliatiny chrómu v odliatku nedosahujú svoj plný potenciál odolnosti voči opotrebovaniu bez riadneho tepelného spracovania, pretože mikroštruktúra po odliatí zvyčajne obsahuje zadržaný austenit, ktorý znižuje tvrdosť pod úroveň, ktorú je schopné dosiahnuť zloženie zliatiny. Proces destabilizačného tepelného spracovania udržuje odliatok pri zvýšenej teplote, typicky v rozsahu 950-1050 °C v závislosti od špecifickej zliatiny, ktorá vyzráža sekundárne karbidy z matrice a premieňa veľkú časť zadržaného austenitu na martenzit riadeným chladením. Táto transformácia dáva odliatkom s vysokým obsahom chrómu ich charakteristickú vysokú tvrdosť, často v rozsahu 58-64 HRC po správnom spracovaní, v porovnaní s tvrdosťou po odliatí, ktorá môže výrazne klesnúť.

Regulácia rýchlosti chladenia počas tohto procesu je dôležitá rovnako ako samotná špičková teplota. Príliš pomalé ochladzovanie umožňuje austenitu premeniť sa späť na mäkší perlit namiesto martenzitu, zatiaľ čo príliš rýchle ochladzovanie môže spôsobiť praskanie tepelným napätím, najmä pri odliatkoch s premenlivou hrúbkou steny, kde tenké časti chladnú oveľa rýchlejšie ako hrubé časti. Dodávatelia s vyspelými procesmi tepelného spracovania zvyčajne používajú profily chladenia špecifické pre jednotlivé sekcie alebo ochladzovanie vzduchom prispôsobené geometrii odliatku, a nie jednotnú fixnú rýchlosť chladenia aplikovanú rovnomerne bez ohľadu na hrúbku dielu.

Porovnanie bežných tried chrómových zliatin pre aplikácie Wear

Výber medzi štandardnými triedami zliatiny chrómu si vyžaduje váženie tvrdosti, húževnatosti a nákladov v porovnaní so špecifickými podmienkami opotrebovania aplikácie. Nižšie uvedené porovnanie ukazuje, kde sa bežné známky líšia v praktickom výkone.

Molybdén a nikel sa často pridávajú do tried s vysokým obsahom chrómu v malých percentách na zlepšenie kaliteľnosti odliatkov s hrubšou sekciou, pretože tieto legovacie prvky pomáhajú zabezpečiť, aby sa celá sekcia premenila na martenzit počas tepelného spracovania a nie iba vonkajšie vrstvy, čo je dôležité, keď hrúbka steny odliatku presiahne zhruba 50 mm.

Bežné chyby odliatkov špecifické pre výrobu chrómových zliatin

Odliatky zo zliatiny chrómu nesú určité riziká defektov, ktoré sú výraznejšie ako u štandardných odliatkov z uhlíkovej ocele alebo šedej liatiny, a to najmä v dôsledku vysokého obsahu karbidov a citlivosti zliatiny na rýchlosť ochladzovania. Segregácia karbidov, kde sa karbidy zhlukujú nerovnomerne namiesto toho, aby sa rovnomerne distribuovali cez matricu, vytvára lokalizované zóny so zníženou húževnatosťou, ktoré môžu iniciovať praskanie pri náraze, aj keď priemerná hodnota tvrdosti dielu spĺňa špecifikácie. Táto chyba nie je vždy zvonka viditeľná a často si vyžaduje prierezové metalografické vyšetrenie.

• Trhanie za tepla počas tuhnutia je pravdepodobnejšie pri zliatinách s vysokým obsahom chrómu v dôsledku ich širšieho rozsahu teplôt tuhnutia a vyžaduje starostlivý dizajn vtoku a stúpačky, aby sa zvládli namáhania zmršťovania pri ochladzovaní odliatku.
• K praskaniu pri tepelnom spracovaní môže dôjsť, ak cyklus destabilizácie a kalenia nie je prispôsobený špecifickej geometrii odliatku, najmä v ostrých vnútorných rohoch, kde sa koncentruje tepelné napätie počas rýchleho ochladzovania.
• Pórovitosť zmršťovania v hrubých častiach je bežná, ak umiestnenie stúpačiek nezohľadňuje vzor tuhnutia zliatiny, pretože zliatiny chrómu tuhnú s iným vzorom ako obyčajná uhlíková oceľ a vyžadujú príslušnú veľkosť a umiestnenie stúpačiek.

Metódy overovania kvality, ktoré by kupujúci mali požadovať

Pretože odliatky zo zliatiny chrómu, ktoré sa opotrebúvajú, sa často používajú na komponenty, ktorých výmena je po inštalácii nákladná alebo rušivá, overenie kvality pred odoslaním, a nie po poruche v prevádzke, je výhodnou investíciou pre kupujúcich, ktorí získavajú objem. Testovanie tvrdosti vo viacerých bodoch na odliatku namiesto jediného odčítania na jednom vhodnom mieste kontroluje rovnomernosť tvrdosti, ktorá indikuje správny prienik tepelného spracovania cez celú hrúbku prierezu, nielen na povrchu.

Metalografické vyšetrenie vzorky odliatku z každej výrobnej šarže odhaľuje skutočnú morfológiu a distribúciu karbidu, čím sa potvrdzuje, že mikroštruktúra zodpovedá tomu, čo by mala produkovať špecifikovaná zliatina a tepelné spracovanie, a nie spoliehať sa len na certifikát chemického zloženia a číslo tvrdosti. Pre kritické aplikácie, vyžiadanie si údajov z nárazových testov spolu s údajmi o tvrdosti poskytuje úplnejší obraz o tom, ako sa bude odliatok správať v prevádzke, pretože dva odliatky s rovnakými údajmi o tvrdosti môžu mať výrazne odlišnú húževnatosť v závislosti od ich distribúcie karbidov a kvality tepelného spracovania.

Rozmerová kontrola opotrebiteľných dielov s toleranciou párovania

Opotrebené odliatky, ktoré sa montujú na iné zariadenia, ako sú vložkové dosky priskrutkované do plášťa mlyna alebo drviča, vyžadujú okrem kontroly vlastností materiálu aj rozmerové overenie montážnych prvkov a lícujúcich plôch. Odliatok so správnou tvrdosťou a zložením, ale vzor montážnych otvorov mimo tolerancie môže stále spôsobiť oneskorenie inštalácie alebo vyžadovať úpravu v teréne, čo je náklad, ktorému má zabrániť rozmerová kontrola pred odoslaním.