פרמטרי ביצועים של לוחית התוחם

בלאי מכני כרוך בהיבטים רבים, ביניהם בלאי שוחק מהווה יותר מ-50% מכלל הלבוש התעשייתי. מדינות כמו גרמניה ובריטניה סובלות מדי שנה מהפסדים של מיליארדי דולרים עקב בלאי שוחק, ובאוסטרליה, תעשיית הכרייה מאבדת 2% מההכנסות ממכירות מוצרי המינרלים שלה מדי שנה עקב בלאי שוחק. חלק ניכר מהבלאי השוחק הזה מתרחש בספינות טחנת כדורים. ישנן שתי גישות עיקריות לטיפול בבעיה זו: ראשית, שיפור עמידות החומרים לבלאי; ושנית, שיפור סביבת הבלאי באמצעות אופטימיזציה של תהליך. מחקר זה מתמקד בעיקר בהיבט החומרי.

חומר מסורתי ZGMn13 המשמש במפעלי כדורים:
ZGMn13 היא פלדת מנגן גבוהה-, שהומצאה על ידי Hadfield בשנת 1882. היא מיוצרת על ידי הוספת כ-13% Mn לפלדה, תוך ניצול המאפיין של Mn כדי להזיז את ה"אף" של עקומת S-של הפלדה ימינה ולהוריד את קווי Ms ו-Mf. מבנה אוסטניטי מלא מתקבל באמצעות החזקה ממושכת ב-1000-1050 מעלות ולאחר מכן קירור מאולץ. מבנה אוסטניטי לחלוטין זה מציג תכונות התקשות עבודה. השימוש בו כטחנת כדורים שואף להשיג התקשות עבודה באמצעות ההשפעה של כדורי שחיקה וחומרים שוחקים על התוחם. עם זאת, במהלך פעולת טחנת הכדורים, כדורי הטחינה והחומרים השוחקים נישאים לנקודה גבוהה על ידי סיבוב הגליל ואז נופלים במפל. כדורי השחזה וחומרי השחיקה הנופלים מגובה רק משפיעים ישירות על כדורי הטחינה וחומרי השחיקה בבסיס ערימת החומר, ופוגעים בעקיפין על התוחם דרך השכבה המצטברת של כדורי שחיקה וחומרי שחיקה. זה מביא לעוצמת השפעה נמוכה יותר ולהקשחת עבודה פחות משמעותית. ניסיון מעשי מראה שבמפעלי פחם בתחנות כוח, קשיות העבודה-של פלדת מנגן גבוהה-אוסטניטית היא בין HB230 ל-250, ובמפעלי עיבוד עפרות היא אינה עולה על HB300, הרבה מתחת לגבול העבודה-התקשות של פלדה-גבוהה{5220 של HBganese. לכן, שימוש בפלדת מנגן גבוהה- לייצור ספינות טחנת כדורים אינו הולם מכיוון שהיא לא מצליחה לנצל את המאפיינים העמידים לבלאי- של פלדה עתירת מנגן.

מצב פיתוח של חומרי לינר
בהתחשב ביישום הבלתי הולם של חומר ZGMn13 בטחנת כדורים, מטלורגים ברחבי העולם חוקרים חומרי ריפוד חדשים מאז שנות ה-60, והשיגו תוצאות רבות.
(1) התפתחויות חדשות ב-ZGMn13
חוקרים שיפרו את ZGMn13 על ידי הוספת אלמנטים כגון Cr, Mo ו-V ליצירת קרבידים מסגסוגת סגסוגת יציבים ומפוזרים בצורת -אי- גבוהה- כגון (FeCr)3C ו-VC. הדבר מעכב את צמיחתם של גרגירי אוסטניט במהלך טיפול המרווה במים, וכתוצאה מכך נוצר מבנה אוסטניטי עם נקודות קשות מפוזרות של קרביד, ובכך משפר את יכולת ההתקשות וההתקשות של החומר.
ארצות הברית מייצרת פלדת מנגן יצוקה סטנדרטית גבוהה- עם 1.5%~2.5% Cr (דרגה C) ופלדת מנגן יצוק סטנדרטי גבוה- עם 0.9%~1.2% או 1.8%~2.1% Mo (דרגות E-1 ו-E-2).
יפן מייצרת פלדת מנגן יצוקה סטנדרטית גבוהה- עם 1.5%~2.5% Cr (דרגה SCMnH11) ופלדת מנגן יצוק סטנדרטי גבוה- עם 2.0%~3.0% Cr ו-0.4%~0.7% V (דרגה SCMnH12). המכון לחקר היציקה והפרזול הפנימי של מונגוליה פיתח כרום-המכיל פלדת מנגן גבוהה-עם 1.5%~2.5% Cr, וטיפל בפלדה המותכת ביסודות אדמה נדירים. שכבת פני השטח (0.01 מ"מ) של כרום-המכילה פלדת מנגן גבוהה-יכולה להגיע לקשיות של HB390 לאחר התקשות עבודה בטחנת כדורים, שהיא פי 1.5 מפלדת מנגן גבוהה-רגילה, וחיי השירות שלה ארוכים פי 1.5 עד פי 2} מפלדה רגילה{{2}.

(2) סגסוגת ברזל יצוק לבן
① 15Cr-3Mo ברזל יצוק לבן ופיתוחו. החומר האלטרנטיבי המייצג ביותר עבור ספינות פלדה גבוהות-מנגן הוא ברזל יצוק לבן מרטנסיטי המכיל 15% Cr + 3% Mo. חומר זה מורכב מברזל אוטקטי{10}}כרומי קרבידים (Cr, Fe)7C3 (Cr, Fe)7C3, וכרום-עשירים עם קרביד משני בקירוב, עם חומרי קרבידים משניים, בקירוב. 40% עד 50% מהנפח הכולל. לקרבידים של כרום אלה יש קשיות גבוהה מאוד, כולם מעל HV1200-1800, מספיק כדי לעמוד בפני בלאי מחומרי שוחקים נפוצים. עם זאת, הקשיות של המטריצה ​​המרטנסיטית היא סביב HRC50, שהוא רך יותר מחומרי שוחקים מסוימים ויישחק, מה שעלול לעקור את הקרבידים ממקומם. לכן, עמידות הבלאי המצטיינת של הקרבידים מנוצלת רק באופן חלקי. המכון הטכנולוגי של חרבין עשה גם עבודה מקיפה בשיפור הביצועים של ברזל יצוק לבן 15Cr-3Mo גבוה-כרום. הם השתמשו במלחים וסגסוגות של K, Na, Mg ו-Ca כדי לבצע טיפול בשינוי ריסוס על ברזל יצוק 15Cr-3Mo, ביטול התפלגות הרשת המקורית של קרבידים וגרם להם להיראות דמויי תולעת או גושים, תוך הקטנת גודל הקרבידים. זה שיפר משמעותית את קשיחות החומר ועמידות בפני שחיקה. מחקרים הראו ששיעור הבלאי של ברזל יצוק לבן בעל כרום גבוה 15Cr-3Mo שטופל באלמנטים משנים שונים נמוך מזה של חומר לא מטופל. באופן ספציפי, שיעור הבלאי הממוצע של ברזל יצוק לבן 15Cr-3Mo שעבר אשלגן גבוה בכרום היה נמוך ב-63.2% מזה של החומר הלא מטופל, ושיעור הבלאי של התמיסה האופטימלית היה נמוך ב-74.4% מזה של החומר הלא מטופל.

② Cu-מכיל ברזל יצוק לבן מסגסוגת. סגסוגת ברזל יצוק לבן זה, שפותח בהצלחה על ידי מפעל הכלים של שאנדונג Xinwen, מיוצר על ידי הוספת 1.0% Cu ו-0.9% סגסוגת אדמה נדירה של אדמה נדירה לשינוי וחיסון לפני היציקה, ולאחר מכן טיפול נורמליזציה של 950 מעלות ו-600 מעלות חיסום, וכתוצאה מכך קרבידים מפוזרים, עדינים ומפוזרים אחיד. בדיקת מכונה הראתה בטחנת מלט L1.83 מ' × 6.4 מ', ההתנגדות היחסית לבלאי של ציפוי ברזל יצוק לבן מסגסוגת Cu-המכילה אדמה נדירה הייתה פי 2.4 מזו של אנית פלדת מנגן גבוהה-. (3) פלדות סגסוגת בינוניות ונמוכות
למרות שמבטות טחנת כדורים-בגבוהות ב-מנגן או מברזל יצוק לבן עם תוספת של אלמנטים מתגסוגים מציגות עמידות בפני שחיקה משופרת משמעותית בהשוואה לבתי פלדה רגילות ב-מנגן גבוהות, חומרים אלו יקרים יותר בגלל הכללת כמויות גדולות של מתכות יקרות כמו Cr, Ni ו-Mo, והם מועדים להיסדק ושימוש אפילו במהלך הייצור. בהתבסס על הסיבות הללו, מתכות סינים ועובדי יציקה, בהתחשב בתנאים הספציפיים של ארצי, החלו לחקור את השימוש בפלדות מסגסוגת בינונית ונמוכה עבור ספינות טחנת כדורים והשיגו תוצאות מעודדות.

① Cr, Mo, Cu בינוני-פלדה עמידה בפחמן נמוך-מסגסוגת-. פלדה עמידה ב-פחמן נמוך- בינונית לבלאי- המכילה Cr, Mo ו-Cu, וטופלה ביסודות אדמה נדירים, שפותחה על ידי אוניברסיטת שניאנג לטכנולוגיה, השיגה קשיות של מעל HRC50 וערך השפעה של 25-60 J/cm² לאחר כיבוי אוויר ב-0 דרגות 2 מעלות. המטריצה ​​שלו היא מרטנזיט מחוסמת, ומיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת גילתה מבנה של צרורות של מרטנזיט בצורת-מרטנזיט. תחת מיקרוסקופ אלקטרונים של העברה-בהגדלה גבוהה, המבנה הראה בבירור תערובת של מרטנזיט נקע וכמות קטנה של מרטנזיט תאום, עם סרט דק לא רציף-כמו אוסטניט שמור המופץ בין רצועות המרטנסיט. צורה והפצה זו של אוסטניט שיפרו את קשיחות ההשפעה ואת עמידות הבלאי היחסית של הפלדה. עמידות הבלאי של פלדה זו באנרגיות השפעה שונות הראתה ניגוד בולט לפלדה עתירת מנגן.
עם הגדלת אנרגיית ההשפעה, עמידות הבלאי בהשפעה של פלדת מנגן גבוהה- השתפרה משמעותית, בעוד שעמידות הבלאי של פלדת Cr, Mo, Cu שפותחה לאחרונה ירדה. עם זאת, בכל תנאי אנרגיית ההשפעה שנבחרו בבדיקות ההשוואתיות, עמידות הבלאי של הפלדה החדשה הייתה גבוהה מזו של פלדת מנגן גבוהה-. בשימוש בטחנת כדורים L1.83m × 3m במכרה הברזל Qian'an במחוז הביי, הספוגית העשויה מחומר זה הייתה בעלת תוחלת חיים של 10-12 חודשים, בעוד שאורך החיים של ספינות ZGMn13 היה 3-5 חודשים בלבד.

② Cr-Mo-V-Ti בינוני-פלדת סגסוגת פחמנית מרובה-. פלדת סגסוגת פחמן מרובה-בינונית המכילה Cr, Mo וכמויות קורט של V, Ti ו-Nb, שפותחה על ידי המכון למחקר ועיצוב מלט Hefei, משיגה מרטנזיט מחוסמ + כמות קטנה של מטריצת בייניט נמוכה יותר עם שלבים קשים מפוזרים של קרביד לאחר טיפול באדמה נדירה (RE) וטיפול בחום ספציפי. בדיקות מראות שלסוג זה של תוחם יש קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה טובה, וקשיחות פגיעה וחוזק כיפוף גבוהים, עם תוחלת חיים של יותר מפי שלושה מזה של פלדת מנגן גבוהה-רגילה. הוא שימש במפעלי טחינה במפעל המלט Huaihai (L4.2m×12m), מפעל המלט של קונמינג (L3.5m×11m), ובמפעל המלט של סצ'ואן דוקאו (L2.2m×13m), עם קצב בלאי ממוצע של 3.16 גרם/ט בתא הראשון ו-1.53 ​​גרם/ט בחדר השני; בעוד ששיעור הבלאי הממוצע של-רפידות פלדת מנגן גבוהות הוא 13 גרם/ט של מלט.

③ פלדת סגסוגת כרום גבוהה-בינונית-פחמן. ריפוד פלדה מסגסוגת כרום גבוהה נוספת-בבינונית- המכילה 4.5%~5.5% Cr ו-0.3%~0.7% Mo, ומטופלת בחיסון RE, שפותחה גם היא על ידי מכון המחקר והעיצוב של המלט Hefei, יושמה בהצלחה במפעלי כדורי בלט.

④ פלדת מנגן Cr-Ti בינונית-. פלדת מנגן בינונית- המכילה 5.5%~8.0% Mn, 1.5%~2.0% Cr, 0.05%~0.1% Ti, ומטופלת ב-0.02%~0.05% RE, השיגה מבנה אוסטניט יחיד עם גרגירים עדינים יותר מאשר פלדה גבוהה{12} רגילה ±0 ±10 מנגן ברמת מנגן 10 ±10 במים. ספינות עשויות מחומר זה השיגו תוצאות טובות במפעלי כדורים במכרה הברזל בנשיגאו ובמכרה הנחושת של טונגואה של מפעל הפלדה של טונגואה. עמידות הבלאי היחסית שלו היא פי 1.64 מזו של פלדת מנגן גבוהה- בעת טחינת עפרות מגנטיט; ופי 1.48 מפלדת-מנגן גבוהה בעת טחינת עפרות נחושת. הסיבה העיקרית לעמידות הבלאי המשופרת של חומר זה היא ביצועי התקשות העבודה הטובים יותר במפעלי כדורים בהשוואה לפלדת מנגן גבוהה-רגילה.

⑤ Cr-Mo מרובת-פלדה סגסוגת נמוכה-. אנית הפלדה הרב-פאזית עמידה לבלאי-סגסוגת-שנבדקה, המכילה 3% Cr ו-0.4% Mo, עברה טיפול חום עם כיבוי איזותרמי כדי להשיג מבנה מיקרו של בייניט + מרטנזיט + אוסטניט נשמר. חומר זה הוא בעל קשיחות גבוהה וקשיות גבוהה, וכתוצאה מכך עמידות מצוינת בפני פגיעות, עייפות, עיוות ובלאי. יישומי שטח הוכיחו שלרפידה זו יש חיי שירות ארוכים פי 1 עד 2 מזה של פלדת מנגן גבוהה-רגילה.