Haus mekanikal melibatkan banyak aspek, antaranya haus kasar menyumbang lebih daripada 50% daripada semua pakaian industri. Negara seperti Jerman dan United Kingdom mengalami kerugian berbilion-bilion dolar setiap tahun akibat haus kasar, dan di Australia, industri perlombongan kehilangan 2% daripada hasil jualan produk mineralnya setiap tahun akibat haus kasar. Sebahagian besar haus kasar ini berlaku pada pelapik kilang bebola. Terdapat dua pendekatan utama untuk menangani masalah ini: pertama, meningkatkan rintangan haus bahan; dan kedua, menambah baik persekitaran haus melalui pengoptimuman proses. Penyelidikan ini tertumpu terutamanya kepada aspek material.
Bahan tradisional ZGMn13 yang digunakan dalam kilang bola:
ZGMn13 ialah keluli mangan-tinggi, dicipta oleh Hadfield pada tahun 1882. Ia dibuat dengan menambahkan kira-kira 13% Mn pada keluli, menggunakan ciri Mn untuk mengalihkan "hidung" lengkung S-keluli itu ke kanan dan menurunkan garisan Ms dan Mf. Struktur austenit sepenuhnya diperoleh melalui pegangan berpanjangan pada 1000-1050 darjah diikuti dengan penyejukan paksa. Struktur austenit sepenuhnya ini mempamerkan sifat pengerasan kerja. Penggunaannya sebagai pelapik kilang bebola bertujuan untuk mencapai pengerasan kerja melalui kesan bola pengisaran dan bahan melelas pada pelapik. Walau bagaimanapun, semasa operasi kilang bebola, bebola pengisar dan bahan pelelas dibawa ke titik tinggi dengan putaran silinder dan kemudian jatuh dalam lata. Bola pengisar dan bahan pelelas yang jatuh dari ketinggian hanya memberi kesan secara langsung kepada bola pengisar dan bahan pelelas di dasar longgokan bahan, dan secara tidak langsung memberi kesan kepada pelapik melalui lapisan terkumpul bola pengisar dan bahan pelelas. Ini menghasilkan intensiti impak yang lebih rendah dan pengerasan kerja yang kurang ketara. Pengalaman praktikal menunjukkan bahawa dalam kilang arang batu di loji janakuasa, kerja-kekerasan keras keluli mangan austenit tinggi-adalah antara HB230 dan 250, dan dalam kilang pemprosesan bijih, ia tidak melebihi HB300, jauh di bawah had pengerasan kerja-keluli mangan{{22} tinggi. Oleh itu, menggunakan-keluli mangan tinggi untuk mengeluarkan pelapik kilang bebola adalah tidak sesuai kerana ia gagal menggunakan-sifat tahan haus keluli mangan tinggi.
Status Pembangunan Bahan Pelapik
Memandangkan penggunaan bahan ZGMn13 yang tidak sesuai dalam pelapik kilang bola, ahli metalurgi di seluruh dunia telah menyelidik bahan pelapik baharu sejak 1960-an, mencapai banyak keputusan.
(1) Perkembangan Baru dalam ZGMn13
Penyelidik telah menambah baik ZGMn13 dengan menambahkan unsur seperti Cr, Mo dan V untuk membentuk karbida aloi kekerasan tinggi-berbentuk pulau yang stabil,{1}}berbentuk{2}}seperti (FeCr)3C dan VC. Ini menghalang pertumbuhan bijirin austenit semasa rawatan pelindapkejutan air, menghasilkan struktur austenit dengan titik keras karbida tersebar, dengan itu meningkatkan keupayaan pengerasan kerja bahan dan kesan pengerasan.
Amerika Syarikat menghasilkan keluli mangan -tinggi tuang standard dengan 1.5%~2.5% Cr (gred C) dan keluli mangan tinggi tuangan standard-tinggi dengan 0.9%~1.2% atau 1.8%~2.1% Mo (gred E-1 dan E-2).
Jepun menghasilkan keluli mangan -tinggi tuang standard dengan 1.5%~2.5% Cr (gred SCMnH11) dan keluli mangan tinggi tuang standard-dengan 2.0%~3.0% Cr dan 0.4%~0.7% V (gred SCMnH12). Institut Penyelidikan Casting dan Penempaan Mongolia Dalam telah membangunkan kromium-mengandungi-keluli mangan tinggi dengan 1.5%~2.5% Cr, dan merawat keluli cair dengan unsur nadir bumi. Lapisan permukaan (0.01mm) kromium ini-mengandungi-keluli mangan tinggi boleh mencapai kekerasan HB390 selepas pengerasan kerja dalam kilang bebola, iaitu 1.5 kali ganda daripada keluli mangan{-tinggi biasa, dan hayat perkhidmatannya adalah 1.5 hingga 2 kali lebih lama daripada keluli mangan tinggi biasa-
(2) Aloi Besi Tuang Putih
① 15Cr-Besi tuang putih 3Mo dan perkembangannya. Bahan alternatif yang paling mewakili untuk-pelapis keluli mangan tinggi ialah besi tuang putih martensit yang mengandungi 15% Cr + 3% Mo. Bahan ini terdiri daripada besi eutektik-karbida kromium terputus-putus (Cr, Fe)7C3 dan kromium-kaya karbida menengah yang kaya dengan karbida menduduki%0 dengan karbida menengah martensitik kepada 50% daripada jumlah keseluruhan. Karbida kromium ini mempunyai kekerasan yang sangat tinggi, semuanya melebihi HV1200-1800, mencukupi untuk menahan haus daripada bahan pelelas biasa. Walau bagaimanapun, kekerasan matriks martensit adalah sekitar HRC50, yang lebih lembut daripada beberapa bahan pelelas dan akan haus, berpotensi mencabut karbida. Oleh itu, rintangan haus yang luar biasa bagi karbida hanya digunakan sebahagiannya. Institut Teknologi Harbin juga telah melakukan kerja yang meluas dalam meningkatkan prestasi 15Cr-3Mo high-chromium white cast iron. Mereka menggunakan garam dan aloi K, Na, Mg dan Ca untuk melakukan rawatan pengubahsuaian semburan pada besi tuang 15Cr-3Mo, menghapuskan pengedaran rangkaian asal karbida dan menjadikannya kelihatan seperti cacing atau berketul-ketul, sambil turut mengurangkan saiz karbida. Ini dengan ketara meningkatkan keliatan bahan dan rintangan haus. Kajian telah menunjukkan bahawa kadar haus besi tuang putih kromium tinggi 15Cr-3Mo yang dirawat dengan elemen pengubahsuaian berbeza adalah lebih rendah daripada bahan yang tidak dirawat. Secara khusus, kadar haus purata besi tuang putih kromium tinggi 15Cr-3Mo yang diubah suai kalium adalah 63.2% lebih rendah daripada bahan yang tidak dirawat, dan kadar haus penyelesaian optimum adalah 74.4% lebih rendah daripada bahan yang tidak dirawat.
② Cu-mengandungi aloi besi tuang putih. Besi tuang putih aloi ini, yang berjaya dibangunkan oleh Kilang Alat Shandong Xinwen, dihasilkan dengan menambahkan 1.0% Cu dan 0.9% aloi ferrosilikon nadir bumi untuk pengubahsuaian dan inokulasi sebelum penuangan, diikuti dengan penormalan 950 darjah dan rawatan pembajaan 600 darjah, menghasilkan karbida yang tersebar, halus dan teragih seragam. Ujian mesin menunjukkan bahawa dalam kilang simen L1.83m × 6.4m, rintangan haus relatif bagi pelapik besi tuang putih nadir bumi Cu-yang mengandungi aloi adalah 2.4 kali ganda daripada pelapik keluli mangan.tinggi. (3) Keluli Aloi Sederhana dan Rendah
Walaupun pelapis-keluli mangan tinggi atau pelapis kilang bebola besi tuang putih beraliran dengan elemen pengaloian tambahan menunjukkan ketahanan haus yang lebih baik dengan ketara berbanding dengan pelapik keluli mangan-tinggi biasa, bahan ini lebih mahal disebabkan oleh kemasukan sejumlah besar logam berharga seperti Cr, Ni dan Mo, dan terdedah kepada keretakan dan juga retak semasa pengeluaran dan penggunaan. Berdasarkan sebab-sebab ini, pakar metalurgi dan pekerja faundri Cina, dengan mengambil kira keadaan khusus negara saya, mula menyelidik penggunaan keluli aloi sederhana dan rendah untuk pelapik kilang bebola dan telah mencapai hasil yang memberangsangkan.
① Cr, Mo, Cu sederhana-karbon rendah-keluli tahan haus-keluli. Keluli tahan haus-karbon rendah-sederhana-mengandungi Cr, Mo dan Cu serta dirawat dengan unsur nadir bumi, yang dibangunkan oleh Universiti Teknologi Shenyang, mencapai kekerasan melebihi HRC50 dan nilai impak 25-60 J/cm² selepas pelindapkejutan udara pada 950 darjah dan suhu pembajaan. Matriksnya ialah martensit terbaja dan mikroskop elektron pengimbasan mendedahkan struktur berkas martensit{14}}berbentuk lath. Di bawah-mikroskop elektron penghantaran pembesaran tinggi, struktur jelas menunjukkan campuran martensit kehelan dan sejumlah kecil martensit berkembar, dengan filem nipis tak selanjar-seperti austenit tertahan yang diagihkan di antara pelarik martensit. Bentuk dan pengedaran austenit ini meningkatkan keliatan impak dan rintangan haus relatif keluli. Rintangan haus keluli ini di bawah tenaga hentaman yang berbeza menunjukkan kontras yang ketara dengan keluli mangan tinggi.
Dengan peningkatan tenaga hentaman, rintangan haus hentakan bagi keluli mangan-tinggi meningkat dengan ketara, manakala rintangan haus keluli Cr, Mo, Cu yang baru dibangunkan berkurangan. Walau bagaimanapun, di bawah semua keadaan tenaga impak yang dipilih dalam ujian perbandingan, rintangan haus keluli baharu adalah lebih tinggi daripada keluli -mangan tinggi. Digunakan dalam kilang bebola L1.83m × 3m di Lombong Besi Qian'an di Wilayah Hebei, pelapik yang diperbuat daripada bahan ini mempunyai jangka hayat 10-12 bulan, manakala jangka hayat pelapik ZGMn13 hanya 3-5 bulan.
② Cr-Mo-V-Ti sederhana-keluli aloi berbilang unsur-karbon. Keluli aloi-berbilang karbon sederhana-yang mengandungi Cr, Mo dan jumlah surih V, Ti dan Nb, yang dibangunkan oleh Institut Penyelidikan dan Reka Bentuk Simen Hefei, memperoleh martensit terbaja + sedikit matriks bainit rendah dengan fasa keras karbida tersebar selepas rawatan nadir bumi (RE) dan rawatan haba khusus. Ujian menunjukkan bahawa pelapik jenis ini mempunyai kekerasan yang tinggi, rintangan haus kasar yang baik dan keliatan impak tinggi serta kekuatan lenturan, dengan jangka hayat lebih daripada tiga kali ganda daripada keluli mangan tinggi-biasa. Ia telah digunakan dalam kilang pengisar di Loji Simen Huaihai (L4.2m×12m), Loji Simen Kunming (L3.5m×11m), dan Loji Simen Sichuan Dukou (L2.2m×13m), dengan kadar haus purata 3.16 g/t di ruang pertama dan 1.53 g/t di ruang kedua; manakala purata kadar haus bagi-pelapis keluli mangan tinggi ialah 13 g/t simen.
③ Keluli aloi-karbon tinggi-tinggi. Satu lagi-medium karbon-pelapis keluli aloi kromium tinggi yang mengandungi 4.5%~5.5% Cr dan 0.3%~0.7% Mo, dan dirawat dengan inokulasi RE, juga dibangunkan oleh Institut Penyelidikan dan Reka Bentuk Simen Hefei, telah berjaya digunakan dalam kilang bebola simen.
④ Cr-Ti sederhana-keluli mangan. Keluli mangan-sederhana yang mengandungi 5.5%~8.0% Mn, 1.5%~2.0% Cr, 0.05%~0.1% Ti, dan dirawat dengan 0.02%~0.05% RE, memperoleh struktur austenit tunggal dengan butiran yang lebih halus daripada keluli mangan0.05tinggi biasa pada 30 darjah 0.0.0 melalui pelindapkejutan air. Pelapik yang diperbuat daripada bahan ini telah mencapai hasil yang baik dalam kilang bola di Lombong Besi Banshigou dan Lombong Tembaga Tonghua Steel Plant. Rintangan haus relatifnya ialah 1.64 kali ganda daripada keluli mangan-tinggi apabila mengisar bijih magnetit; dan 1.48 kali ganda daripada keluli mangan-tinggi apabila mengisar bijih kuprum. Sebab utama rintangan haus yang dipertingkatkan bagi bahan ini ialah prestasi pengerasan kerjanya yang lebih baik dalam kilang bebola berbanding keluli mangan-tinggi biasa.
⑤ Cr-Mo berbilang-keluli aloi-rendah. Pelapik keluli tahan haus-berbilang fasa rendah-yang dikaji, mengandungi 3% Cr dan 0.4% Mo, telah tertakluk kepada rawatan haba pelindapkejutan isoterma untuk mendapatkan struktur mikro austenit bainit + martensit + tertahan. Bahan ini mempunyai keliatan yang tinggi dan kekerasan yang tinggi, menghasilkan rintangan yang sangat baik terhadap hentaman, keletihan, ubah bentuk, dan haus. Aplikasi lapangan telah menunjukkan bahawa pelapik ini mempunyai hayat perkhidmatan 1 hingga 2 kali lebih lama daripada keluli mangan tinggi-biasa.
