CZ296510B6 - Mlecí prostredky vyrobené z legované oceli s vysokým obsahem uhlíku a zpusob jejich výroby - Google Patents

Abstract

Mlecí prostredky vyrobené z legované oceli s vysokým obsahem uhlíku obsahují hmotnostne 1,1 az 2,0 % uhlíku, 0,5 az 3,5 % manganu, 1,0 az 4,0 % chrómu a 0,6 az 1,2 % kremíku, zbytek je zelezo s obvyklým obsahem necistot. Metalografická struktura vykazuje hlavne nerovnovázný jemný perlit, tvrdost oceli je 47 HRC az 54 HRC. Zpusob výroby mlecích prostredku spocívá v tepelné úprave uhlíkaté oceli poodlití, pri níz se odlitek ochladí z teploty kolem 900 .degree.C na teplotu kolem 500 .degree.C prirychlosti ochlazování 0,3 az 1,9 .degree.C/s. Dosahuje se mikrostruktury oceli sestávající z nerovnovázného jemného perlitu s tvrdostí v rozmezí 47 HRC az 54 HRC.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká mlecích prostředků vyrobených z legované oceli s vysokým obsahem uhlíku a způsobu jejich výroby.

Dosavadní stav techniky

V hornictví je zapotřebí uvolňovat cenné minerály z horniny, v níž jsou obsažené, a koncentrovat je a extrahovat. Při takovém uvolňováni se minerál musí jemně mlít a drtit.

Uvažuje-li se toliko stupeň mletí, odhaduje se, že se ve světě používá ročně 750 000 až 1 milion tun mlecích prostředků ve formě koulí nebo prostředků ve formě komolého kužele či válce. Obvyklými ocelemi, používanými pro mlecí prostředky, jsou:

1. nízkolegované martenzitické oceli (0,7 až 1 % uhlíku, legovacích prvků méně než 1 %) vyráběné válcováním nebo kováním s následným tepelným zpracováním, aby se dosáhlo povrchové tvrdosti 60-65 HRC,

2. martenzitická litina legovaná chrómem (1,7 až 3,5 % uhlíku, 9 až 30 % chrómu) vytváření litím a tepelným zpracováním, aby se získala tvrdost 60-68 HRC ve všech částech,

3. nízkolegovaná perlitická bílá litina (3 až 4,2 % uhlíku, legovacích prvků méně než 2 %), nezpracovaná a s tvrdostí 45-55 HRC, získávaná litím.

Všechna dosavadní řešení mají jisté nedostatky :

- u kovaných martenzitických ocelí jsou to investiční náklady na válcovací a kovací stroje a zařízení na tepelné zpracování, jež zvyšují spotřebu energie,

- u chrómem legované litiny souvisí dodatečné náklady s legovacími prvky (hlavně chrómem) a tepelným zpracováním,

- konečně u nízkolegované perlitické bílé litiny jsou výrobní náklady obvykle poměrně nízké, avšak její odolnost proti opotřebení není tak dobrá jako u jiných řešení. Obvykle se průmyslově vyrábí pouze mlecí prostředky o velikosti do 60 mm.

V případě minerálů, u nichž je hornina velmi abrazivní, např. u zlata, mědi apod., současná řešení použivatelům zcela nevyhovují, protože náklady na výrobky a materiály vystavované opotřebení, mlecí koule a jiné odlitky, ještě více zvyšují náklady na výrobu cenných kovů.

Úkolem vynálezu je získání ocelí se zlepšenými vlastnostmi a překonání problémů a nedostatku dosavadního stavu v řešení opotřebitelných částí, zejména mlecích prostředků. Složení ocelí, jejich odlévání a podmínky po odlévání podle vynálezu umožňují získávat odolnost proti opotřebení, zejména za velmi abrazivních podmínek, jež je srovnatelná s kovanými ocelemi a chromovou litinou, avšak při nižších nákladech a kvalitnějších perlitických litinách (při srovnatelných nákladech).

Další úkoly a výhody tohoto vynálezu vyplynou z následujícího popisu podstaty vynálezu a jeho výhodných provedení.

-1 CZ 296510 B6

Podstata vynálezu

Mlecí prostředky vyrobené z legované oceli s vysokým obsahem uhlíku podle vynálezu obsahují:

uhlík od 1,1 do 2,0 % hmotn., mangan od 0,5 do 3,5 % hmotn., chróm od 1,0 do 4,0 % hmotn., křemík od 0,6 do 1,2 % hmotn., a zbytek je železo s obvyklým obsahem nečistot, a vykazuje metalografickou strukturu nerovnovážného jemného perlitu a tvrdost v rozmezí 47 Rc až 54 HRC.

Pro mlecí prostředky, zejména mlecí koule, je výhodný obsah uhlíku v rozmezí 1,2 až 2,0% hmotn., především pak v rozmezí 1,3 až 1,7 % hmotn., nejvýhodněji v rozmezí 1,5 % hmotn., až 1,6 % hmotn., aby se dosáhlo optimální odolnosti proti opotřebení za současného zachování rázové odolnosti.

V praxi se doporučuje volit obsah manganu podle průměru mlecích koulí a rychlosti chlazení, aby se získala jemná perlitová struktura.

Pro mlecí prostředky, zejména mlecí koule o průměru 100 mm, jsou vhodná následující složení s přihlédnutím k odolnosti proti opotřebení:

uhlík v rozmezí od 1,3 do 1,7 % hmotn., mangan v rozmezí od 1,5 do 3,0 % hmotn., chróm v rozmezí od 2,5 do 3,5 % hmotn., křemík v rozmezí od 0,6 do 1,2 % hmotn.

Pro mlecí koule o průměru 70 mm se slitina o složení:

uhlík v rozmezí od 1,3 do 1,7 % hmotn., mangan v rozmezí od 0,8 do 1,5 % hmotn., chróm v rozmezí od 2,5 do 3,5 % hmotn., křemík v rozmezí od 0,6 do 1,2 % hmotn.

ukázala být jako zvlášť vhodná.

Používané tepelné zpracování se volí tak, aby se minimalizovalo množství cementitu, martenzitu, austenitu a hrubého perlitu, které se mohou vyskytovat ve struktuře oceli.

Podle vynálezu se uvedená uhlíkatá ocel daného složení podrobí po odlití tepelné úpravě sestávající z ochlazení z teploty kolem 900 °C na teplotu kolem 500 °C při rychlosti ochlazování 0,3 až 1,9 °C/s, aby se dosáhla ocel s mikrostrukturou sestávající převážné z nerovnovážného jemného perlitu s tvrdostí v rozmezí 47 Rc až 54 HRC.

Při odlévání se přímo vytvářejí části vystavované opotřebení, zejména mlecí prostředky, což lze provádět jakoukoliv známou odlévací technikou.

Perlitická struktura se dosáhne tak, že se z odlévací formy vytáhne stále ještě horký kus a upraví se chemické složení v hmotě kusu a upraví se rychlosti ochlazování po vytažení z formy.

-2CZ 296510 B6

Vynález bude nyní podrobněji popsán s odvoláním na výhodná provedení, což má ilustrační účel bez jakýchkoliv omezení rozsahu vynálezu.

V příkladech jsou procenta uváděná jako hmotnostní.

Příklady provedení vynálezu

Příklady 1 až 4

Ve všech příkladech se uvádí ocel o složení 1,5 % uhlíku, 3 % chrómu a 0,8 % křemíku, přičemž zbytek tvoří železo s obvyklým obsahem nečistot. Pro různé příklady jsou v tabulce 1 uvedeny specifické obsahy manganu a chrómu, vyjádřené v hmotnostních procentech, a to pro koule různých velikostí.

Tabulka 1

Příklad č.	Průměr koule mm	% Mn	%Cr
1	100	3	3
2	100	1,9	3
3	70	1,5	3
4	70	0,8	3

Po úplném ztuhnutí se kus vyjme z formy při nejvyšší možné teplotě, při níž s ním lze snadno manipulovat a je to s výhodou asi 900 °C. Kus se potom ochladí rovnoměrným způsobem při rychlosti ochlazování uvedené v závislosti na jeho hmotnosti. Toto kontrolované ochlazování se provádí až do teploty 500 °C, načež je již ochlazování nepodstatné. Průměrná rychlost ochlazování, vyjádřená ve °C/s mezi teplotami 1000 a 500 °C je uvedena v následující tabulce 2 pro uvedené příklady.

Tabulka 2

Příklad č.	Průměr koule mm	Průměrná rychlost ochlazování °C/s
1	100	1,15
2	100	1,30
3	70	1,50
4	70	1,65

Hlavní výhodou tohoto tepelného zpracování je to, že se tím umožňuje co nej snadnější získání perlitové struktury. Lze rovněž používat zbytkového tepla kusu po odlití, čímž se snižují výrobní náklady.

Z mikrografů na obrázcích 1 a 2 je patrná struktura ocelí získávaných postupem podle tohoto vynálezu. Obrázek 1 představuje 400-násobné zvětšení mikrografů 100-milimetrové koule o jejím chemickém složení v hmotnostních procentech:

1,5 % uhlíku,

1,9 % manganu,

3,0 % chrómu,

0,8 % křemíku.

-3CZ 296510 B6

Po uvolnění z formy se tento odlitek rovnoměrně ochlazuje z teploty 1100 °C na okolní teplotu rychlostí 1,30 °C/s.

Naměřená tvrdost podle Rockwella je 51 HRC. Struktura sestává z jemného perlitu, 8 až 10 % hmotnostních cementitu a alespoň 5 až 7 % martenzitu.

Na obrázku 2 je ve 400-násobném zvětšení znázorněn mikrograf 70-milimetrové koule o chemickém složení v hmotnostních procentech:

1,5 % uhlíku,

1,5 manganu,

3,0 % chrómu,

0,8 % křemíku.

Tento odlitek se jednotně ochlazuje po vyjmutí z formy z teploty 1100 °C při rychlosti ochlazování 1,50 °C/s na teplotu okolí.

Naměřená tvrdost podle Rockwella je 52 HRC. Struktura obsahuje jemný perlit a 5 až 7 % martenzitu.

Mlecí prostředky nebo koule, jejichž mikrografy jsou znázorněny na obrázcích 1 a 2, se testují na opotřebení, aby se prověřilo jejich chování a vlastnosti v průmyslovém prostředí.

Odolnost proti opotřebení slitiny podle vynálezu se vyhodnocuje technikou zkoušek značených koulí. Tato technika spočívá v použití stanoveného množství koulí, vyrobených ze slitiny podle vynálezu, v průmyslovém mělnícím mlýnu. Koule se nejprve roztřídí podle hmotnosti a identifikují podle vyvrtaných otvorů, společně s koulemi o stejné hmotnosti, vyrobenými z jedné nebo několika různých slitin známých z dosavadního stavu techniky. Po stanovené době provozu se mlýn zastaví a označené koule se vyjmou. Koule se zváží a rozdíl hmotnosti udává kvalitu různých testovaných a srovnávaných slitin. Tyto kontrolní zkoušky se opakují několikrát, aby se získala statisticky podložená hodnota.

První test se provádí ve mlýně na zvlášť abrazivní materiál, obsahující více než 70 % hmotnostních křemene. Koule o průměru 100 mm se testují každý týden po pět týdnů. Srovnávací (referenční) koule z martenzitické vysoce chromované bílé litiny se opotřebují z původní hmotnosti 4,600 kg na 2,800 kg. Poměrná odolnost proti opotřebení různých slitin je následující:

martenzitická bílá litina s 12 % chrómu o 64 HRC 1,00-krát ocel podle vynálezu o 51 HRC 0,98-krát

Obdobné testy se provedou v jiných mlýnech, v nichž zpracovávaný materiál je stejně velmi abrazivní, ale podmínky nárazů ve srovnání s podmínkami v provozním mlýnu jsou různé.

Výsledky získané s koulemi ze slitiny podle vynálezu jsou velmi podobné (0,9 až 1,1-krát lepší) než výsledky získané s vysoce chromovanou bílou litinou.

Tato účinná odolnost proti abrazivnímu opotřebení, jež je u perlitické slitiny podle vynálezu, umožňuje uživatelům snížit znatelně náklady na mletí.

Je zřejmé, že zjednodušením výrobního postupu, snížením nákladů na zařízení a provoz a snížením legovacích prvků se dosáhne ekonomičtější výroby ve srovnání s použitím chromové litiny.

Claims (8)

1. Mlecí prostředky vyrobené z legované oceli s vysokým obsahem uhlíku, vyznačující se t í m , že obsahují uhlík od 1,1 do 2,0 % hmotn., mangan od 0,5 do 3,5 % hmotn., chróm od 1,0 do 4,0 % hmotn., křemík od 0,6 do 1,2 % hmotn., a zbytek je železo s obvyklým obsahem nečistot, a vykazuje metalografickou strukturu hlavně nerovnovážného jemného perlitu a tvrdost v rozmezí 47 HRC až 54 HRC.

2. Mlecí prostředky podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsah uhlíku je v rozmezí 1,2 až 2,0 % hmotn.

3. Mlecí prostředky podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m , že obsah uhlíku je v rozmezí 1,3 až 1,7 % hmotn.

4. Mlecí prostředky podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se tím, že obsah uhlíku je v rozmezí 1,5 % až 1,6 % hmotn.

5. Mlecí prostředky podle nároku 1, vyznačující se tím, že jsou odlity do tvaru koulí o průměru 100 mm a obsahují uhlík v rozmezí od 1,3 do 1,7 % hmotn., mangan v rozmezí od 1,5 až 3,0 % hmotn., chróm v rozmezí od 2,5 do 3,5 % hmotn., křemík v rozmezí od 0,6 do 1,2 % hmotn.

6. Mlecí prostředky podle nároku 1, vyznačující se tím, že jsou odlity do tvaru koulí o průměru 70 mm a obsahují uhlík v rozmezí od 1,3 do 1,7 % hmotn., mangan v rozmezí od 0,8 do 1,5 % hmotn., chróm v rozmezí od 2,5 do 3,5 % hmotn., křemík v rozmezí od 0,6 do 1,2 % hmotn.

7. Způsob výroby mlecích prostředků podle kteréhokoliv z nároků laž6, vyznačující se t í m, že se uhlíkatá ocel daného složení podrobí po odlití tepelné úpravě sestávající z ochlazení z teploty kolem 900 °C na teplotu kolem 500 °C při rychlosti ochlazování 0,3 až 1,9 °C/s pro dosažení mikrostruktury oceli sestávající z nerovnovážného jemného perlitu s tvrdostí v rozmezí 47 HRC až 54 HRC.

8. Způsob výroby mlecích prostředků podle kteréhokoliv z nároků lažó, vyznačující se t í m, že se perlitická struktura dosáhne tak, že se z odlévací formy vytáhne stále ještě horký kus a upraví se chemické složení v hmotě kusu a upraví se rychlost ochlazování po vytažení z formy.