การรักษาความร้อนของการหล่อเหล็กที่ทนต่อการสึกหรอ (การขัดถู)

เหล็กหล่อที่ทนต่อการสึกหรอ (หรือทนต่อการขัดถู) หมายถึงเหล็กหล่อที่มีความทนทานต่อการสึกหรอที่ดี ตามองค์ประกอบทางเคมี มันถูกแบ่งออกเป็นเหล็กหล่อที่ทนต่อการสึกหรอที่ไม่ใช่โลหะผสม โลหะผสมต่ำ และโลหะผสม เหล็กที่ทนต่อการสึกหรอมีหลายประเภทซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นเหล็กแมงกานีสสูงเหล็กที่ทนต่อการสึกหรอปานกลางและโลหะผสมต่ำเหล็กโครเมียมโมลิบดีนัมซิลิคอนแมงกานีสเหล็กที่ทนต่อการเกิดโพรงอากาศเหล็กที่ทนต่อการสึกหรอ และเหล็กทนการสึกหรอพิเศษ เหล็กกล้าโลหะผสมทั่วไปบางชนิด เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กแบริ่ง เหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสม และเหล็กโครงสร้างโลหะผสม ยังใช้เป็นเหล็กที่ทนต่อการสึกหรอภายใต้สภาวะเฉพาะอีกด้วย

เหล็กที่ทนต่อการสึกหรอโลหะผสมปานกลางและโลหะผสมต่ำมักจะมีองค์ประกอบทางเคมี เช่น ซิลิคอน แมงกานีส โครเมียม โมลิบดีนัม วานาเดียม ทังสเตน นิกเกิล ไทเทเนียม โบรอน ทองแดง ดินหายาก ฯลฯ วัสดุบุผิวของลูกบอลขนาดใหญ่และขนาดกลางจำนวนมาก โรงงานในสหรัฐอเมริกาทำจากเหล็กกล้าโครเมียม-โมลิบดีนัม-ซิลิโก-แมงกานีส หรือโครเมียม-โมลิบดีนัม ลูกบดส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาทำจากเหล็กกล้าโครเมียมโมลิบดีนัมคาร์บอนปานกลางและสูง สำหรับชิ้นงานที่ทำงานภายใต้อุณหภูมิที่ค่อนข้างสูง (เช่น 200~500°C) สภาพการสึกหรอจากการเสียดสีหรือพื้นผิวต้องเผชิญกับอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูงเนื่องจากความร้อนจากการเสียดสี โลหะผสม เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม วานาเดียม โครเมียม โมลิบดีนัม วานาเดียม นิกเกิล หรือ โครเมียม โมลิบดีนัม วาเนเดียม ทังสเตน สามารถใช้

การเสียดสีเป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุบนพื้นผิวการทำงานของวัตถุถูกทำลายหรือสูญหายอย่างต่อเนื่องจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ แบ่งตามกลไกการสึกหรอ การสึกหรอสามารถแบ่งออกเป็นการสึกหรอแบบเสียดสี การสึกหรอแบบยึดติด การสึกหรอการกัดกร่อน การสึกหรอจากการกัดเซาะ การสึกหรอเมื่อยล้าจากการสัมผัส การสึกหรอจากแรงกระแทก การสึกหรอแบบ fretting และประเภทอื่น ๆ ในภาคอุตสาหกรรม การสึกหรอจากการเสียดสีและการสึกหรอแบบยึดติดถือเป็นสัดส่วนที่ใหญ่ที่สุดของความล้มเหลวในการสึกหรอของชิ้นงาน และโหมดความล้มเหลวของการสึกหรอ เช่น การกัดเซาะ การกัดกร่อน ความล้า และการเกิดเฟรต มักจะเกิดขึ้นในการทำงานของส่วนประกอบที่สำคัญบางอย่าง ดังนั้น การสึกหรอเหล่านี้จึงเพิ่มมากขึ้น และให้ความสนใจมากขึ้น ภายใต้สภาพการทำงาน การสึกหรอหลายรูปแบบมักปรากฏขึ้นพร้อมกันหรือทีละรูปแบบ และปฏิกิริยาของการสึกหรอจะเกิดขึ้นในรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น การกำหนดประเภทของความล้มเหลวในการสึกหรอของชิ้นงานเป็นพื้นฐานสำหรับการเลือกหรือการพัฒนาเหล็กทนการสึกหรออย่างเหมาะสม

นอกจากนี้การสึกหรอของชิ้นส่วนและส่วนประกอบยังเป็นปัญหาทางวิศวกรรมระบบอีกด้วย มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อการสึกหรอ รวมถึงสภาพการทำงาน (โหลด ความเร็ว โหมดการเคลื่อนไหว) สภาพการหล่อลื่น ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (ความชื้น อุณหภูมิ ตัวกลางโดยรอบ ฯลฯ) และปัจจัยด้านวัสดุ (องค์ประกอบ การจัดองค์กร คุณสมบัติทางกล) พื้นผิว คุณภาพและคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของชิ้นส่วน การเปลี่ยนแปลงในแต่ละปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้ปริมาณการสึกหรอเปลี่ยนแปลงและอาจถึงขั้นเปลี่ยนกลไกการสึกหรอด้วย จะเห็นได้ว่าปัจจัยด้านวัสดุเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อการสึกหรอของชิ้นงาน เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของชิ้นส่วนเหล็ก จำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยระบบแรงเสียดทานและการสึกหรอโดยรวมภายใต้สภาวะเฉพาะเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ

1. การบำบัดความร้อนด้วยสารละลาย (การบำบัดน้ำให้แกร่ง) ของการหล่อเหล็กแมงกานีสสูงที่ทนทานต่อการสึกหรอ

มีคาร์ไบด์ตกตะกอนจำนวนมากในโครงสร้างแบบหล่อของเหล็กแมงกานีสสูงที่ทนทานต่อการสึกหรอ คาร์ไบด์เหล่านี้จะลดความเหนียวของการหล่อและทำให้แตกหักง่ายระหว่างการใช้งาน วัตถุประสงค์หลักของการบำบัดความร้อนด้วยสารละลายของการหล่อเหล็กแมงกานีสสูงคือเพื่อกำจัดคาร์ไบด์ในโครงสร้างแบบหล่อและบนขอบเขตของเกรนเพื่อให้ได้โครงสร้างออสเทนไนต์เฟสเดียว สิ่งนี้สามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กแมงกานีสสูงได้ ดังนั้นการหล่อเหล็กแมงกานีสสูงจึงเหมาะสำหรับพื้นที่ที่กว้างขึ้น

การบำบัดความร้อนของสารละลายสำหรับการหล่อเหล็กแมงกานีสสูงที่ทนทานต่อการสึกหรอสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นหลายขั้นตอน: การให้ความร้อนแก่ตัวหล่อให้สูงกว่า 1,040°C และคงไว้ในช่วงเวลาที่เหมาะสม เพื่อให้คาร์ไบด์ในนั้นละลายอย่างสมบูรณ์ในออสเทนไนต์เฟสเดียว ; แล้วเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว จะได้โครงสร้างสารละลายของแข็งออสเทนไนต์ การบำบัดด้วยสารละลายนี้เรียกอีกอย่างว่าการบำบัดน้ำให้แกร่ง

(1) อุณหภูมิของการบำบัดน้ำให้แกร่ง

อุณหภูมิความเหนียวของน้ำขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กแมงกานีสสูง ซึ่งปกติคือ 1,050°C-1100°C เหล็กกล้าแมงกานีสสูงที่มีปริมาณคาร์บอนสูงหรือมีปริมาณโลหะผสมสูง (เช่น เหล็ก ZG120Mn13Cr2 และเหล็ก ZG120Mn17) ควรใช้ขีดจำกัดบนของอุณหภูมิความเหนียวของน้ำ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิความเหนียวของน้ำที่สูงเกินไปจะทำให้เกิดการสลายคาร์บอนอย่างรุนแรงบนพื้นผิวของการหล่อ และการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของเม็ดเหล็กแมงกานีสสูง ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของเหล็กแมงกานีสสูง

(2) อัตราการให้ความร้อนของการบำบัดน้ำให้แกร่ง

ค่าการนำความร้อนของเหล็กแมงกานีสนั้นแย่กว่าเหล็กคาร์บอนทั่วไป การหล่อเหล็กแมงกานีสสูงมีความเค้นสูงและแตกง่ายเมื่อถูกความร้อน ดังนั้นควรกำหนดอัตราการให้ความร้อนตามความหนาและรูปร่างของผนังการหล่อ โดยทั่วไปแล้ว การหล่อที่มีความหนาของผนังน้อยกว่าและโครงสร้างที่เรียบง่ายสามารถให้ความร้อนได้ในอัตราที่เร็วกว่า การหล่อที่มีความหนาของผนังมากขึ้นและโครงสร้างที่ซับซ้อนควรได้รับความร้อนอย่างช้าๆ ในกระบวนการบำบัดความร้อนจริง เพื่อลดการเสียรูปหรือการแตกร้าวของการหล่อในระหว่างกระบวนการทำความร้อน โดยทั่วไปจะถูกให้ความร้อนที่ประมาณ 650°C เพื่อรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านในและด้านนอกของการหล่อให้ลดลง และอุณหภูมิใน เตาเผามีความสม่ำเสมอและเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิความเหนียวของน้ำ

(3) ระยะเวลาในการบำบัดน้ำให้แกร่ง

ระยะเวลาการกักเก็บน้ำที่แข็งตัวขึ้นอยู่กับความหนาของผนังการหล่อเป็นหลัก เพื่อให้แน่ใจว่าคาร์ไบด์ในโครงสร้างแบบหล่อจะละลายได้อย่างสมบูรณ์และการทำให้โครงสร้างออสเทนไนต์เป็นเนื้อเดียวกัน ภายใต้สถานการณ์ปกติ สามารถคำนวณได้โดยเพิ่มเวลาการยึดเกาะ 1 ชั่วโมง สำหรับความหนาของผนังที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 25 มม.

(4) การระบายความร้อนของการบำบัดน้ำให้แกร่ง

กระบวนการหล่อเย็นมีอิทธิพลอย่างมากต่อดัชนีประสิทธิภาพและโครงสร้างของการหล่อ ในระหว่างการบำบัดน้ำให้แกร่ง อุณหภูมิของการหล่อก่อนลงน้ำควรสูงกว่า 950°C เพื่อป้องกันไม่ให้คาร์ไบด์ตกตะกอนอีกครั้ง ด้วยเหตุนี้ช่วงเวลาระหว่างการหล่อออกจากเตาและลงน้ำจึงไม่ควรเกิน 30 วินาที อุณหภูมิของน้ำควรต่ำกว่า 30°C ก่อนที่การหล่อจะเข้าสู่น้ำ และอุณหภูมิของน้ำสูงสุดหลังจากลงน้ำไม่ควรเกิน 50°C

(5) คาร์ไบด์หลังการบำบัดน้ำให้แกร่ง

หลังจากการบำบัดน้ำที่แกร่งขึ้น หากคาร์ไบด์ในเหล็กแมงกานีสสูงถูกกำจัดออกไปโดยสิ้นเชิง โครงสร้างทางโลหะวิทยาที่ได้รับในเวลานี้จะเป็นโครงสร้างออสเทนไนต์เดี่ยว แต่โครงสร้างดังกล่าวสามารถรับได้เฉพาะในการหล่อแบบผนังบางเท่านั้น โดยทั่วไป อนุญาตให้มีคาร์ไบด์จำนวนเล็กน้อยในเมล็ดออสเทนไนต์หรือบนขอบเขตของเกรนได้ คาร์ไบด์ที่ไม่ละลายน้ำและคาร์ไบด์ที่ตกตะกอนสามารถกำจัดออกได้ด้วยการบำบัดความร้อนอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ยูเทคติกคาร์ไบด์ที่ตกตะกอนเนื่องจากอุณหภูมิความร้อนที่สูงเกินไปในระหว่างการบำบัดน้ำทำให้แข็งกระด้างนั้นไม่เป็นที่ยอมรับ เนื่องจากไม่สามารถกำจัดยูเทคติกคาร์ไบด์ด้วยการบำบัดความร้อนได้อีก

 

2. การตกตะกอนซึ่งช่วยเพิ่มความร้อนให้กับการหล่อเหล็ก Hanganese ที่ทนทานต่อการสึกหรอ

การรักษาความร้อนด้วยการตกตะกอนของเหล็กแมงกานีสสูงที่ทนต่อการสึกหรอหมายถึงการเติมองค์ประกอบการขึ้นรูปคาร์ไบด์จำนวนหนึ่ง (เช่นโมลิบดีนัม ทังสเตน วานาเดียม ไทเทเนียม ไนโอเบียม และโครเมียม) ผ่านการบำบัดความร้อนเพื่อให้ได้ปริมาณและขนาดที่แน่นอน เหล็กแมงกานีสสูง ระยะที่สองของอนุภาคคาร์ไบด์ที่กระจายตัว การรักษาความร้อนนี้สามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับเมทริกซ์ออสเทนไนต์และปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของเหล็กแมงกานีสสูง

3. การอบชุบด้วยความร้อนของการหล่อเหล็กโครเมียมปานกลางที่ทนต่อการสึกหรอ

วัตถุประสงค์ของการรักษาความร้อนของการหล่อเหล็กโครเมียมปานกลางที่ทนต่อการสึกหรอคือการได้รับโครงสร้างเมทริกซ์มาร์เทนไซต์ที่มีความแข็งแรง ความเหนียว และความแข็งสูง เพื่อปรับปรุงความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานการสึกหรอของการหล่อเหล็ก

เหล็กโครเมียมปานกลางที่ทนต่อการสึกหรอมีองค์ประกอบโครเมียมมากกว่าและมีความสามารถในการชุบแข็งสูงกว่า ดังนั้นวิธีการอบชุบด้วยความร้อนตามปกติคือ: หลังจากอุณหภูมิ 950°C-1000°C จะมีการออสเทนไนซ์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลง และการบำบัดด้วยการแบ่งเบาบรรเทาตามเวลาที่กำหนด (ปกติจะอยู่ที่ 200-300°C)

 

4. การอบชุบด้วยความร้อนของการหล่อเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำที่ทนต่อการสึกหรอ

การหล่อเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำที่ทนต่อการสึกหรอได้รับการบำบัดโดยการชุบในน้ำ การชุบด้วยน้ำมันและการชุบอากาศ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและปริมาณคาร์บอน เหล็กหล่อที่ทนต่อการสึกหรอของ Pearlitic ใช้การบำบัดความร้อนแบบนอร์มอลไลซ์ + แบ่งเบาบรรเทา

เพื่อให้ได้เมทริกซ์มาร์เทนไซต์ที่มีความแข็งแรง ความเหนียว และความแข็งสูง และเพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของการหล่อเหล็ก การหล่อเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำที่ทนต่อการสึกหรอมักจะถูกดับที่อุณหภูมิ 850-950°C และอบคืนตัวที่ 200-300°C .