Toplinska obrada čeličnih odljevaka otpornih na trošenje (abraziju).

Lijevani čelik otporan na habanje (ili otporan na abraziju) odnosi se na lijevani čelik s dobrom otpornošću na habanje. Prema kemijskom sastavu dijeli se na nelegirani, niskolegirani i legirani lijevani čelik otporan na habanje. Postoji mnogo vrsta čelika otpornih na habanje, koji se grubo mogu podijeliti na čelik s visokim udjelom mangana, čelik s visokim udjelom mangana, čelik s srednjim i niskim postotkom legure otporan na habanje, krom-molibden-silicij-manganski čelik, čelik otporan na kavitaciju, čelik otporan na habanje, i specijalni čelik otporan na habanje. Neki općenito legirani čelici kao što su nehrđajući čelik, čelik za ležajeve, legirani alatni čelik i legirani konstrukcijski čelik također se koriste kao čelici otporni na habanje pod određenim uvjetima.

Srednje i niskolegirani čelici otporni na habanje obično sadrže kemijske elemente kao što su silicij, mangan, krom, molibden, vanadij, volfram, nikal, titan, bor, bakar, rijetke zemlje itd. Obloge mnogih velikih i srednjih kuglica mlinovi u Sjedinjenim Državama izrađeni su od krom-molibden-siliko-mangana ili krom-molibden čelik. Većina mljevenih kugli u Sjedinjenim Državama izrađena je od srednje i visoko ugljičnog krom molibden čelika. Za izratke koji rade pod relativno visokom temperaturom (na primjer, 200～500 ℃) uvjetima abrazivnog trošenja ili čije su površine podvrgnute relativno visokim temperaturama zbog topline trenja, legure kao što su krom molibden vanadij, krom molibden vanadij nikal ili krom molibden vanadij volfram može se koristiti.

Abrazija je pojava u kojoj se materijal na radnoj površini predmeta kontinuirano uništava ili gubi u relativnom gibanju. Podijeljeno prema mehanizmu trošenja, trošenje se može podijeliti na abrazivno trošenje, adhezivno trošenje, korozijsko trošenje, trošenje erozijom, trošenje od kontaktnog zamora, trošenje od udarca, trošenje zbog struganja i druge kategorije. U industrijskom području, abrazivno trošenje i trošenje ljepilom čine najveći udio kvarova obradaka, a oblici kvarova kao što su erozija, korozija, zamor i struganje obično se pojavljuju u radu nekih važnih komponenti, tako da postaju sve veći i više pažnje. U radnim uvjetima često se istovremeno ili jedan za drugim pojavljuje nekoliko oblika trošenja, a interakcija kvara trošenja poprima složeniji oblik. Utvrđivanje vrste oštećenja izratka temelj je za razuman odabir ili razvoj čelika otpornog na habanje.

Osim toga, trošenje dijelova i komponenti je problem inženjeringa sustava. Mnogo je čimbenika koji utječu na trošenje, uključujući radne uvjete (opterećenje, brzinu, način kretanja), uvjete podmazivanja, čimbenike okoline (vlažnost, temperatura, okolni medij itd.) i čimbenike materijala (sastav, organizacija, mehanička svojstva), površinu kakvoća te fizikalna i kemijska svojstva dijelova. Promjene u svakom od ovih čimbenika mogu promijeniti količinu trošenja, pa čak i promijeniti mehanizam trošenja. Vidi se da je čimbenik materijala samo jedan od čimbenika koji utječu na trošenje izratka. Kako bi se poboljšala otpornost na trošenje čeličnih dijelova, potrebno je započeti s cjelokupnim sustavom trenja i trošenja pod određenim uvjetima kako bi se postigao željeni učinak.

1. Toplinska obrada otopinom (tretman očvršćavanja vodom) čeličnih odljevaka otpornih na habanje s visokim sadržajem mangana

Postoji veliki broj istaloženih karbida u lijevanoj strukturi čelika otpornog na habanje s visokim udjelom mangana. Ovi će karbidi smanjiti žilavost odljevka i olakšati njegovo lomljenje tijekom uporabe. Glavna svrha toplinske obrade otopinom čeličnih odljevaka s visokim sadržajem mangana je eliminacija karbida u lijevanoj strukturi i na granicama zrna kako bi se dobila jednofazna austenitna struktura. To može poboljšati čvrstoću i žilavost čelika s visokim sadržajem mangana, tako da su čelični odljevci s visokim sadržajem mangana prikladni za širi raspon područja.

Toplinska obrada otopinom čeličnih odljevaka otpornih na habanje s visokim udjelom mangana može se grubo podijeliti u nekoliko koraka: zagrijavanje odljevaka na temperaturu iznad 1040°C i njihovo držanje odgovarajuće vrijeme, tako da su karbidi u njima potpuno otopljeni u jednofaznom austenitu ; zatim brzo hlađenje , Dobijte strukturu čvrste otopine austenita. Ova obrada otopinom također se naziva obrada očvršćavanja vodom.

(1) Temperatura tretmana za očvršćavanje vodom

Temperatura žilavosti vode ovisi o kemijskom sastavu čelika s visokim sadržajem mangana, obično 1050℃-1100℃. Čelici s visokim udjelom mangana s visokim udjelom ugljika ili visokim udjelom legure (kao što su čelik ZG120Mn13Cr2 i čelik ZG120Mn17) trebali bi imati gornju granicu temperature žilavosti u vodi. Međutim, pretjerano visoka temperatura žilavosti vode uzrokovat će ozbiljno odugljičenje na površini odljevka i brzi rast zrna čelika s visokim sadržajem mangana, što će utjecati na performanse čelika s visokim sadržajem mangana.

(2) Brzina zagrijavanja kod obrade očvršćavanja vodom

Toplinska vodljivost manganskog čelika lošija je od one uobičajenog ugljičnog čelika. Čelični odljevci s visokim sadržajem mangana imaju veliko naprezanje i lako pucaju kada se zagrijavaju, pa se brzina zagrijavanja treba odrediti prema debljini stijenke i obliku odljevka. Općenito govoreći, odljevci s manjom debljinom stjenke i jednostavnom strukturom mogu se zagrijavati brže; odljevke veće debljine stijenke i složene strukture treba polagano zagrijavati. U stvarnom procesu toplinske obrade, kako bi se smanjila deformacija ili pucanje odljevka tijekom procesa zagrijavanja, on se općenito zagrijava na oko 650 ℃ kako bi se smanjila temperaturna razlika između unutarnje i vanjske strane odljevka, a temperatura u peć je jednolika, a zatim brzo porasti na temperaturu žilavosti vode.

(3) Vrijeme zadržavanja tretmana za očvršćavanje vodom

Vrijeme zadržavanja obrade kaljenja vodom uglavnom ovisi o debljini stijenke odljevka, kako bi se osiguralo potpuno otapanje karbida u lijevanoj strukturi i homogenizacija austenitne strukture. Pod normalnim okolnostima, može se izračunati povećanjem vremena zadržavanja za 1 sat za svakih 25 mm povećanja debljine stijenke.

(4) Hlađenje vodom za očvršćavanje

Proces hlađenja ima velik utjecaj na indeks učinka i strukturu odljevka. Tijekom tretmana kaljenja vodom, temperatura odljevka prije ulaska u vodu trebala bi biti iznad 950°C kako bi se spriječilo ponovno taloženje karbida. Iz tog razloga vremenski razmak između izbacivanja iz peći i ulaska u vodu ne smije biti duži od 30 sekundi. Temperatura vode treba biti ispod 30°C prije ulaska odljevka u vodu, a maksimalna temperatura vode nakon ulaska u vodu ne smije prelaziti 50°C.

(5) Karbid nakon obrade kaljenja vodom

Nakon tretmana za očvršćavanje vodom, ako su karbidi u čeliku s visokim sadržajem mangana potpuno eliminirani, metalografska struktura dobivena u ovom trenutku je jednostruka austenitna struktura. Ali takva se struktura može dobiti samo u odljevcima s tankim stijenkama. Općenito, dopuštena je mala količina karbida u austenitnim zrnima ili na granicama zrna. Neotopljeni karbidi i istaloženi karbidi mogu se eliminirati ponovnom toplinskom obradom. Međutim, eutektički karbidi precipitirani zbog previsoke temperature zagrijavanja tijekom tretmana očvršćavanja vodom nisu prihvatljivi. Budući da se eutektički karbid ne može ponovno eliminirati toplinskom obradom.

 

2. Toplinska obrada taložnim ojačanjem čeličnih odljevaka otpornih na habanje s visokim sadržajem hangana

Toplinska obrada za jačanje taloženjem čelika otpornog na habanje s visokim sadržajem mangana odnosi se na dodavanje određene količine elemenata koji tvore karbid (kao što su molibden, volfram, vanadij, titan, niobij i krom) toplinskom obradom kako bi se dobila određena količina i veličina u čelik s visokim sadržajem mangana Druga faza raspršenih karbidnih čestica. Ova toplinska obrada može ojačati austenitnu matricu i poboljšati otpornost na habanje čelika s visokim sadržajem mangana.

3. Toplinska obrada čeličnih odljevaka srednje otpornosti na habanje

Svrha toplinske obrade čeličnih odljevaka srednje otpornosti na habanje je dobivanje strukture martenzitne matrice visoke čvrstoće, žilavosti i visoke tvrdoće, kako bi se poboljšala čvrstoća, žilavost i otpornost na habanje čeličnih odljevaka.

Srednje kromirani čelik otporan na habanje sadrži više elemenata kroma i ima veću prokaljivost. Stoga je njegova uobičajena metoda toplinske obrade: nakon 950 ℃-1000 ℃, njegova austenitizacija, zatim obrada kaljenja i pravodobna obrada kaljenja (obično na 200-300 ℃).

 

4. Toplinska obrada odljevaka od niskolegiranog čelika otpornog na habanje

Odljevci od niskolegiranog čelika otpornog na habanje obrađuju se kaljenjem u vodi, kaljenjem u ulju i kaljenjem na zraku ovisno o sastavu legure i sadržaju ugljika. Perlitni lijevani čelik otporan na habanje prihvaća normalizaciju + toplinsku obradu.

Kako bi se dobila martenzitna matrica visoke čvrstoće, žilavosti i tvrdoće te kako bi se poboljšala otpornost na habanje čeličnih odljevaka, niskolegirani čelični odljevci otporni na habanje obično se kale na 850-950°C i popuštaju na 200-300°C .