FI12710Y1

FI12710Y1 - Wear part of a stone crusher or grinding mill

Info

Publication number: FI12710Y1
Application number: FIU20190028U
Authority: FI
Inventors: Mikko Talvitie; Jari Ilmari Liimatainen
Original assignee: Kerpua Solutions Oy
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-14
Also published as: FI12710U1

Abstract

1. Slitdel till en stenkross eller malningskvarn, kännetecknad av att komponenten av järnbaserat gjutmaterial (B) innefattar högst 60 volym-% slitstarka inlägg (A), som är minst 30 HRC hårdhet och innehåller minst 6 volym-% hårda partikler som karbider, nitrider och oxider. Därtill skyddskraven 2-9.Wear part of a stone crusher or grinding mill, characterized in that the component of iron-based casting material (B) comprises a maximum of 60% by volume of durable inserts (A), which are at least 30 HRC hardness and contain at least 6% by volume of hard particles such as carbides, nitrides and oxides. In addition, the protection requirements 2-9.

Description

Kivenmurskaimen tai jauhinmyllyn kulutusosa Keksinnön ala Keksintö on suojavaatimuksen 1 johdanto-osassa kuvattu kulutusosa, missä käytetään rautapohjaisessa valetussa perusmateriaalissa kulumiskestävyyttä — lisääviä erikoismateriaaleja kulutusosan korkeimmin kuluvalla alueella lisäämässä rakenteen kulumiskestävyyttä. Keksinnön tausta Mineraalien ja kiviaineksen murskauksessa ja hienontamisessa käytetään metallisia, usein valettuja komponentteja joiden on kestettävä sekä mekaanisia — kuormituksia kuten iskuja ja väsymiskuormituksia, että erilaisia kulumismuotoja kuten abraasiota, eroosiota ja iskukulumista. Usein on tarpeen optimoida materiaalien eri ominaisuuksia riippuen sovelluksessa esiintyvistä mekaanista kuormituksista kuten iskuista ja väsyttävästä kuormituksesta ja toisaalta kulumistyypistä.FIELD OF THE INVENTION The invention is a wear part as described in the preamble of protective claim 1, where wear resistance is used in an iron-based cast base material - increasing special materials in the highest wear area of the wear part to increase the wear resistance of the structure. BACKGROUND OF THE INVENTION Crushing and grinding of minerals and aggregates use metallic, often cast, components that must withstand both mechanical loads such as shocks and fatigue loads and various forms of wear such as abrasion, erosion and impact wear. It is often necessary to optimize the different properties of materials depending on the mechanical loads present in the application, such as impact and fatigue load, on the one hand, and the type of wear, on the other.

Useiden perinteisten mineraali- ja kaivosteollisuuden kulumissuojamateriaalien ongelmana on optimaalisten mikrorakenteiden tuottaminen sekä valmistustekniikan asettamat rajoitukset. Esimerkiksi hyvin yleisesti käytetty Hadfieldin mangaaniteräs (Mn-pitoisuus tyypillisesti 11-20 paino-%, hiilipitoisuusThe problem with many traditional wear protection materials in the mineral and mining industries is the production of optimal microstructures as well as the limitations imposed by manufacturing technology. For example, the very commonly used Hadfield manganese steel (Mn content typically 11-20% by weight, carbon content

1.0-1.8 paino-%) on erittäin sitkeätä mutta sen abraasionkestävyys ei ole erityisen hyvä varsinkaan jos se ei lujitu prosessin aikaansaamien pintapaineiden vaikutuksesta. Jos rakenteeseen voitaisiin tuottaa kovia partikkeleita kuten karbideja kulumiskestävyys parantuisi mutta samalla rakenteen sitkeys heikkenisi. Koska mangaaniteräskomponentit valmistetaan — yleensä valamalla niiden karbidirakenteesta muodostuu helposti hyvin karkea ja raerajoja peittävä jatkuva, sitkeyttä alentava verkosto. Tämän vuoksi kulumiskestävyyttä lisäävän karbidirakenteen tuottaminen mangaaniteräkseen on vaikeaa ilman sitkeyden menettämistä. S 30 Toisaalta kromiseosteisia valurautoja on käytetty kohteissa missä komponenttiin N ei kohdistu merkittäviä mekaanisia kuormituksia tai iskuja kuten lietepumpuissa, ro putkistoissa, pienissä kuulamyllyissä ja suhteellisen hienoa mineraalia N murskaavissa iskupalkkimurskaimissa. Koska niiden sitkeys ei ole rittävä N johtuen suurista, osin jatkuvista karbidiverkostoista, niiden käyttö ei ole E 35 — kuitenkaan mahdollista suurissa murskaimissa ja jauhinmyllyissä missä © kulutusosiin kohdistuu voimakkaita iskuja ja vasyttavia kuormituksia.1.0-1.8% by weight) is very tough but its abrasion resistance is not particularly good, especially if it is not strengthened by the surface pressures caused by the process. If hard particles such as carbides could be produced in the structure, the wear resistance would improve but at the same time the toughness of the structure would deteriorate. Because manganese steel components are manufactured - usually by casting, their carbide structure easily forms a very coarse and grain-continuous continuous, toughness-reducing network. Therefore, it is difficult to produce a carbide structure in manganese steel that increases the wear resistance without losing toughness. S 30 On the other hand, chromium alloy cast irons have been used in applications where component N is not subjected to significant mechanical loads or shocks such as sludge pumps, ro pipelines, small ball mills and impact beam crushers that crush the relatively fine mineral N. As their toughness is not sufficient N due to the large, partly continuous carbide networks, their use is not E 35 - however, it is possible in large crushers and grinding mills where © consumables are subjected to strong impacts and weary loads.

QA

O & Karkaistuja, valssattuja kulutusteräksiä käytetään valikoiduissa S kulutussovelluksissa missä on tarpeen normaalirakenneteräksiä parempi > 40 — kulutuskestävyys mutta myös hyvä sitkeys. Toisaalta, materiaalilla tulee olla hyvä kuumamuokattavuus koska muuten kuumamuokkauksen, taonnan taivalssauksen aikana materiaaliin syntyy repeämiä ja tämän tyyppisen teräksen valmistus ei olisi mahdollista. Pulverimetallurgisia tai erittäin nopeasti jäähtyneitä materiaaleja (rapidly solidified) on käytetty erittäin korkeaseosteisten materiaalien valmistukseen mm. kaasuatomisoidun pulverin kuumaisostaattisella puristuksella tai sulakerrostuksella. Nämä menetelmät mahdollistavat erittäin korkean seostusasteen, suuren tilavuusosuuden erittäin kovia ja kulumiskestävyyttä lisääviä karbideja sekä suhteellisen hyvän mekaanisen kestävyyden ja — sitkeyden. Tämä johtuu homogeenisestä mikrorakenteesta ja sopivasta karbidirakenteesta missä ei ole pitkiä, jatkuvia karbidiverkkoja tai liian suuria, sitkeyttä ja väsymiskestävyyttä heikentäviä karbideja. Toisaalta, näiden menetelmien rajoitteena on korkeammat kustannukset johtuen toisaalta kalliimmasta seostuksesta esimerkiksi karbideja muodostavien seosaineiden — osalta (esimerkiksi Mo,Cr,V,W,Nb,Ti,Zr) ja itse valmistustekniikan suuremmista kustannuksista. Monien kuluvien komponenttien kohdalla kuluminen keskittyy tiettyihin alueisiin joiden suojaaminen riittäisi kulumiskestävyyden parantamiseen koko komponentin osalta. Jos komponentti voitaisiin valmistaa useasta eri materiaalista tai jos kulumiskestävä materiaali voitaisiin liittää esimerkiksi kustannuksiltaan edullisempaan ja mekaanisesti luotettavaan materiaaliin olisi komponenttitason optimointi mahdollinen. Toisaalta liitokselta vaaditaan erittäin suurta lujuutta koska esimerkiksi murskaimissa ja suurissa jauhinmyllyissä komponenttiin kohdistuu erittäin suuria ja jatkuvia kuormituksia. Jos liittäminen olisi tehtävä jokaiseen komponenttiin erikseen nousisi luotettavien liitosten valmistuskustannukset erittäin suuriksi. Mekaaniset liittämistavat ovat erittäin kalliita johtuen tarvittavista tarkoista — koneistuksista koviin vaikeasti koneistettaviin kulumiskestäviin materiaaleihin. Lisäksi niiden luotettavuus väsyttävässä kuormituksessa saattaa olla heikko. o Jos mekaaninen liitos perustuu mm. inserttien mekaaniseen tai kemialliseen N liittämiseen esimerkiksi esivalmistettuihin onkaloihin liittyy niiden valmistukseen N esimerkiksi poraamalla tai keernoilla ylimääräisiä työvaiheita ja kustannuksia. O 35 — Lisäksi useiden materiaalien kuten mangaaniterästen tai karkaistujen N nuorrutusterästen koneistaminen ja poraaminen on erittäin vaikeaa.O & H, rolled wear steels are used in selected S wear applications where> 40 wear resistance but also good toughness than normal structural steels is required. On the other hand, the material must have good hot workability because otherwise cracks will be created in the material during hot working, forging, and the production of this type of steel would not be possible. Powder metallurgical or rapidly solidified materials have been used for the production of very high-alloy materials, e.g. by thermostatic compression or melt deposition of a gas atomized powder. These methods allow a very high degree of alloying, a high volume fraction of very hard and wear-resistant carbides, and relatively good mechanical strength and toughness. This is due to a homogeneous microstructure and a suitable carbide structure with no long, continuous carbide networks or too large carbides that impair toughness and fatigue resistance. On the one hand, these methods are limited by higher costs due to the more expensive alloying, for example for carbide-forming alloying elements (e.g. Mo, Cr, V, W, Nb, Ti, Zr) and the higher costs of the manufacturing technique itself. For many wear components, wear is concentrated in certain areas whose protection would be sufficient to improve wear resistance for the entire component. If the component could be made of several different materials or if the wear-resistant material could be combined with, for example, a more cost-effective and mechanically reliable material, optimization of the component level would be possible. On the other hand, a very high strength is required from the joint because in crushers and large grinding mills, for example, the component is subjected to very high and continuous loads. If the connection had to be made to each component separately, the manufacturing costs of reliable connections would increase very high. Mechanical joining methods are very expensive due to the precise machining required for hard, hard-to-machine, wear-resistant materials. In addition, their reliability under fatigue loading may be poor. o If the mechanical connection is based on e.g. the mechanical or chemical N connection of the inserts to, for example, prefabricated cavities involves additional work steps and costs in their manufacture N, for example by drilling or cores. O 35 - In addition, many materials such as manganese steels or hardened N annealing steels are very difficult to machine and drill.

I E Hitsaaminen liittämistapana on varsinkin suurissa komponenteissa e kyseenalainen johtuen suurien liitospintojen hitsauskustannuksista. Lisäksi S 40 — useimpien kulumiskestävien materiaalien hitsattavuus on heikko jolloin hitsien S laadusta tulee helposti heikko ja liitoksesta epävarma. 5 Eräs tapa liittää kahta materiaalia yhteen on liitosvalu. Liitosvaluteknologiassa liitettävän materiaalin mikrorakenne vastaa kuitenkin valetun materiaalinmikrorakennetta aiemmin mainittuine heikkouksineen kuten suuri ja karkea karbidirakenne, jatkuvat karbidiverkot, epähomogeenisuus ja valuvirheet. Liitosvalussa materiaalien rajapintaan syntyy myös helposti liitosvirheitä johtuen esimerkiksi liitospintojen hapettumisesta. Lisäksi, johtuen eroista lämpölaajenemiskertoimissa ja faasimuutoksiin liittyvissä ominaistilavuusmuutoksissa rakenteeseen saattaa syntyä erittäin suuria jäännosjännityksiä. Hitsauspinnoituksella voidaan paikallisesti suojata kulutusosien kriittisiä alueita paremmin kulumiskestävillä pinnoitteilla. Hitsauspinnoituksilla on kuitenkin vaikea valmistaa paksuja pinnoitteita. Hitsauspinnoitteiden rakenne ei ole varsinkaan korkeaseosteisilla materiaaleilla mekaanisilta ominaisuuksiltaan hyvä ja lisäksi siihen muodostuu helposti säröjä mitkä saattavat käytön aikana kasvaa suuremmiksi ja aiheuttaa pinnoitteen irtoamisen tai kappaleen — murtumisen. Hitsauspinnoitus edellyttää lisäksi että kulumiskestävyyttä lisäävä pinnoitemateriaali on saatavissa hitsauslisäaineena ja että se samoin kuin perusmateriaali sopivat hitsaukseen.I E Welding as a joining method is questionable, especially for large components e due to the welding costs of large joints. In addition, S 40 - most wear-resistant materials have poor weldability, making the quality of welds easily poor and the connection uncertain. 5 One way to join two materials together is by joint casting. However, the microstructure of the material to be joined in the joint casting technology corresponds to the microstructure of the cast material with the previously mentioned weaknesses such as large and coarse carbide structure, continuous carbide networks, inhomogeneity and casting defects. In joint casting, joint errors also easily occur at the interface of materials due to, for example, oxidation of the joint surfaces. In addition, due to differences in coefficients of thermal expansion and changes in specific volume associated with phase changes, very high residual stresses may arise in the structure. Welding can be used to better protect critical areas of wear parts locally with wear-resistant coatings. However, it is difficult to produce thick coatings with welding coatings. Welded coatings do not have a good mechanical properties, especially with high-alloy materials, and it also easily cracks, which can become larger during use and cause the coating to come loose or break. Welding coating also requires that the wear material that increases the wear resistance be available as a welding additive and that it, as well as the base material, is suitable for welding.

Kuumaisostaattinen puristus on eräs tapa liittää yhteen kaksi eri materiaalia.Thermostatic compression is one way of joining two different materials together.

Sen kustannukset ovat kuitenkin erittäin suuret johtuen yksittäisten komponenttien kapseloinnista ja niihin liittyvistä kustannuksista. Lisäksi monet kulutusosat ovat liian suuria käsiteltäviksi kuumaisostaattisissa puristusyksiköissä.However, its cost is very high due to the encapsulation of the individual components and the associated costs. In addition, many consumables are too large to be handled in thermostatic press units.

— Yhteenvetona, tällä hetkellä ei ole olemassa teknologiaa valmistaa mineraalien prosessointilaitteissa käytettäviä monimateriaalikulutusosia siten että kuluvilla alueilla voitaisiin käyttää suuria määriä sopivan kokoisia karbideja sisältäviä kulutuskestäviä teräksiä liitettynä luotettavasti ja kustannustehokkaasti matalaseosteisiin, kustannuksiltaan edullisiin teräksiin.- In summary, there is currently no technology to manufacture multi-material consumables for use in mineral processing equipment so that large amounts of wear-resistant steels containing suitably sized carbides can be used in wear areas reliably and cost-effectively combined with low-alloy, low-cost steels.

Keksinnön tarkoitusPurpose of the invention

O S Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatut tuotteiden teknistä N suorituskykyä ja kustannustehokasta valmistusta rajoittavat tekijät ja parantaa O 35 —murskainten ja jauhinkulutusosien kulumiskestävyyttä käyttäen kulumiskestäviä N erikoismateriaaleja yhdessä valuterästen kanssa.O S The object of the invention is to eliminate the factors limiting the technical N performance and cost-effective manufacture of the products described above and to improve the wear resistance of O 35 crushers and grinding consumables by using wear-resistant N special materials together with cast steels.

I & Keksinnön yhteenvetoI & Summary of the Invention

N S 40 — Keksinnön mukaisissa kivenmurskainten tai jauhinten kulutusosassa sijoitetaan S kuvan 1 mukaisesti rautapohjaisen valetun perusmateriaalin (B) S kulumiskestävyyttä vaativilla pinnoilla riittävä määrä optimaalisen kokoisia kovia partikkeleita sisältäviä erikoismateriaaleja (A) luotettavilla liitoksilla. Erikoismateriaalin (A) mikrorakenne on kuvattu kuvassa 7 missä kovat partikkelitvoivat olla esimerkiksi karbideja, nitridejä tai oksideja. Keksinnön mukaisessa kulutusosassa kovia partikkeleita sisältävä erikoismateriaali (A) on sijoitettu valetun perusmateriaalin (B) korkeimman kulutuksen alueille. Erikoismateriaalin (A) määrä ja tiheys korkeimman kulumisen alueilla on riittävä nostamaan — kulumiskestävyyttä kuitenkin siten että rakenteen mekaaninen kestävyys on riittävä perustuen sitkeän perusmateriaalina (B) käytetyn valuteräksen tai - raudan ominaisuuksiin. Erikoismateriaalista (A) valmistetut osat liitetään valettuun rautapohjaiseen perusmateriaaliin (B) perusmateriaalin valmistuksen yhteydessä valussa mikä mahdollistaa hyvän kiinnipysyvyyden — erikoismateriaalin (A) muotoilulla ja hyödyntäen erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) lämpölaajemiskertoimien ja ominaistilavuusmuutosten eroja. Rautapohjainen valettu perusmateriaali (B) sisältää rautaa vähintään 70 paino- % loppuosan ollessa tarvittavia seosaineita perusmateriaalin ominaisuuksien kuten lujuuden, sitkeyden ja kulumiskestävyyden saamiseksi riittävälle tasolle. Sopivia perusmateriaaleja ovat mm. mangaaniteräs ja nuorrutusteräs. Mangaaniteräs sopii sovelluksiin missä tarvitaan erittäin hyvää sitkeyttä. Nuorrutusteräs esimerkiksi yli HB 350 kovuudella sopii kohteisiin missä — perusmateriaaliin (B) kohdistuu hankaavaa tai matalan pintapaineen abrasiivista kulumista missä mangaaniteras ei lujitu kuluvalta pinnalta ja mangaaniteräs kuluu nopeasti. Valetun perusmateriaalin (B) käytön yhdistäminen erikoismateriaaliin (A) poistaa — kokorajoitukset ja mahdollistaa myös tuotteen helpon muotoilun. Tämä on merkittävä etu suurissa kulutusosissa mitkä ovat usein keskeisessä roolissa esimerkiksi kaivosten ja kiviaineslaitosten tuotannossa. Erikoismateriaalin (A) karbidien, nitridien tai muiden keraamisten partikkelien — määrän on oltava riittävä ja jakaumaltaan ja koostumukseltaan oikea takaamaan sovellukseen riittävä kulumiskestävyys. Partikkelien lisäksi materiaalissa (A) on o metallinen matriisi antamassa kulumiskestävälle materiaalille riittävä sitkeys ja S valmistettavuus. Erikoismateriaalin (A) metallinen matriisi voi perustua rauta-, N nikkeli-, koboltti- tai titaanipohjaiseen materiaaliin missä on mukana <50 paino- O 35 % muita seosaineita. Erikoismateriaalin (A) karbidien ja muiden keraamisten N partikkelien määrä tulee olla puristavan murskauksen kohteissa edullisesti 10-25 I tilavuus-%:ia. Iskupalkkimurskauksessa voidaan käyttää karbidimäärää 25-50 a tilavuus-%:ia erityisesti kohteissa missä syötekoko on pientä ja kun e erikoismateriaalin (A) insertit sijoitetaan siten että ne eivät joudu suoraan S 40 — iskumaiselle kulutukselle alttiiksi.N S 40 - In the wear part of rock crushers or grinders according to the invention, according to Fig. 1, a sufficient amount of special materials (A) containing optimally sized hard particles are placed on surfaces requiring wear resistance of the iron-based cast base material (B) S with reliable joints. The microstructure of the special material (A) is illustrated in Figure 7 where the hard particles may be, for example, carbides, nitrides or oxides. In the wear part according to the invention, the special material (A) containing hard particles is placed in the areas of the highest consumption of the cast base material (B). The amount and density of the special material (A) in the areas of maximum wear is sufficient to increase - the wear resistance, however, so that the mechanical strength of the structure is sufficient based on the properties of the tough steel or iron used as the tough base material (B). Parts made of special material (A) are joined to cast iron-based base material (B) during the production of the base material in casting which allows good adhesion - by shaping the special material (A) and utilizing the coefficients of thermal expansion and specific volume of the special material (A) and base material (B). The iron-based cast base material (B) contains at least 70% by weight of iron, the remainder being the necessary alloying elements to obtain a sufficient level of properties of the base material such as strength, toughness and wear resistance. Suitable base materials include e.g. manganese steel and rejuvenated steel. Manganese steel is suitable for applications where very good toughness is required. For example, annealing steel with a hardness of more than HB 350 is suitable for applications where - the base material (B) is subjected to abrasive or low surface pressure abrasive wear where the manganese steel does not strengthen from the wear surface and the manganese steel wears rapidly. Combining the use of a cast base material (B) with a special material (A) removes size restrictions and also allows for easy product design. This is a significant advantage in large consumables, which often play a key role in the production of mines and aggregates, for example. The amount of carbides, nitrides or other ceramic particles in the special material (A) must be sufficient and of the correct distribution and composition to ensure sufficient wear resistance for the application. In addition to the particles, the material (A) has an o metallic matrix to give the wear-resistant material sufficient toughness and S manufacturability. The metallic matrix of the special material (A) may be based on an iron, N nickel, cobalt or titanium based material with <50% by weight of other alloying elements. The amount of carbides and other ceramic N particles of the special material (A) in the objects of compressive crushing should preferably be 10-25 l by volume. For impact beam crushing, an amount of carbide of 25-50 a% by volume can be used, especially in areas where the input size is small and when the inserts of the special material (A) are placed so that they are not directly exposed to S 40 impact wear.

O S Erikoismateriaalin (A) sijoittelu perusmateriaalissa (B) siten että sitä ympäröi perusmateriaali (B) kaikilta pinnoilta lukuun ottamatta kulumiselle altistuva pinta antaa hyvän mekaanisen tuen kulumiskestäville inserteille käytön aikana.O S The placement of the special material (A) in the base material (B) so that it is surrounded by the base material (B) on all surfaces except the surface exposed to wear provides good mechanical support for the wear-resistant inserts during use.

Kulumiskestävän erikoismateriaalin (A) pituus/halkaisija-suhde on valittava siten että kulumiskestävästä erikoismateriaalista (A) valmistetun insertin kuluessa lyhyemmäksi sen tartunta perusmateriaaliin (B) säilyy riittävän pitkään hyvänä. Edullisesti kulumiskestävän materiaalin insertin pituus/halkaisija-suhteen tulisi 5 — käytön aikana olla >1 joten riippuen valmistettavan kulutusosan ja suojattavan alueen paksuudesta kulutusosan ollessa uusi pituus/halkaisija-suhteen tulisi olla yleensä 3:1 — 10:1 mutta myös pienempiä pituus/halkaisijasuhteita kuten vähintään 1.5:1 ennen komponentin käyttöä kulutusosana voidaan käyttää. Käytön aikana perusmateriaalin (B) muokkautuessa sen tartunta — erikoismateriaaliin (A) paranee johtuen useiden terästen, mutta erityisesti mangaaniterästen ominaistilavuuden kasvusta sen muokkautuessa. Kuvaluettelo Kuva 1 Kulutusosaratkaisu missä erikoismateriaalia (A) on sijoitettuna perusmateriaaliin (B) Kuva 2 Erikoismateriaalista (A) valmistettujen inserttien keskeisiä mittoja. Kuva 3 Kulutusosaratkaisu, missä erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) välissä on metallivälikerros (C) Kuva 4 Poikkileikkaus kuvan 3 mukaisesta kulutusosaratkaisusta, missä erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) välissä on metallinen välikerros (C) Kuva 5 Kulutusosaratkaisu missä erikoismateriaali (A) on valmistuksen jälkeen kokonaan perusmateriaalin(B) ympäröimä Kuva 6A- 6B Poikkileikkaus kuvan 5 mukaisesta kulutusosaratkaisusta kun perusmateriaali (B) on kulunut pois ja erikoismateriaali (A) tulee esiin kuluvalla pinnalla Kuva 7 Erikoismateriaalin (A) mikrorakenne, missä metallisessa matriisissa (a1) on kovia partikkeleita (a2) kuten karbideja, nitridejä ja oksideja N Keksinnön yksityiskohtainen selostusThe length / diameter ratio of the wear-resistant special material (A) must be selected so that during an insert made of wear-resistant special material (A) shorter, its adhesion to the base material (B) remains good for a sufficiently long time. Preferably, the length / diameter ratio of the wear-resistant material insert should be> 1 during use, so depending on the thickness of the wear part to be manufactured and the area to be protected, the wear part should generally have a length / diameter ratio of 3: 1 to 10: 1 but also smaller length / diameter ratios such as at least 1.5: 1 before using the component as a consumable can be used. During use, as the base material (B) is modified to adhere to the special material (A), it improves due to the increase in the specific volume of several steels, but especially manganese steels as it is modified. Image list Figure 1 Consumables solution where special material (A) is placed on base material (B) Figure 2 Key dimensions of inserts made of special material (A). Figure 3 Consumables solution with metal intermediate layer (C) between special material (A) and base material (B) Figure 4 Cross-section of consumables solution according to Figure 3 with metal intermediate layer (C) between special material (A) and base material (B) Figure 5 Consumables solution with special material (A) is completely surrounded by the base material (B) after manufacture Figure 6A-6B Cross-section of the wear part solution according to Figure 5 when the base material (B) is worn out and the special material (A) appears on the wearing surface Figure 7 Microstructure of the special material (A) in which metal matrix ( a1) is hard particles (a2) such as carbides, nitrides and oxides N Detailed description of the invention

N LÖ Kuvissa 1 ja 2 on esitetty keksinnön mukainen murskaimen tai jauhimen = kulutusosa ja materiaalien sijoittelu. Rautapohjaiseen valettuun N 30 — perusmateriaaliin (B) on lisätty kulumiskestävästä erikoismateriaalista (A) = valmistettuja inserttejä korkeimman kulumisrasituksen alueelle. Erikoismateriaalista (A) valmistetut insertit peittävät enintään 80 % korkeamman N kulumisen alueen pinnasta siten että perusmateriaali (B) muodostaa S olennaisesti jatkuvan matriisin erikoismateriaalista (A) valmistettujen inserttien > 35 — ympärille. Erikoismateriaalista valmistetut insertit (A) eivät saa muodostaa yli 60 D tilavuus-% koko kulutusosan tilavuudesta johtuen rakenteen mekaanisen kestävyyden heikkenemisestä.Figures 1 and 2 show the crusher or grinder according to the invention = the consumable part and the arrangement of the materials. Inserts made of wear - resistant special material (A) have been added to the iron - based cast N 30 base material (B) in the region of the highest wear stress. Inserts made of special material (A) cover up to 80% of the surface of the higher N wear area so that the base material (B) forms a substantially continuous matrix around inserts made of special material (A). Inserts (A) made of special material must not account for more than 60 D% by volume of the volume of the entire wear part due to the deterioration of the mechanical strength of the structure.

Kulumiskestävien erikoismateriaalista (A) valmistettujen inserttien ja perusmateriaalin (B) välissä oleva rako minimoidaan ja perusmateriaalin (B) ja erikoismateriaalista (A) valmistettujen inserttien välissä ei saisi olla mitään epämetallisia aineita kuten keraamia tai polymeeriä mikä saattaa murentua tai — irrota kulutusosan käytön aikana ja siten heikentää liitosta. Kun sekä erikoismateriaalista (A) valmistettu insertti että sitä ympäröivä perusmateriaali (B) ovat metallisia ja suorassa kontaktissa keskenään saadaan aikaan luotettavin liitos erilaisiin kuormitustilanteisiin. Jos erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) välissä käytetään keraamista tai jotain muuta epämetallista — materiaalia joka irtoaa käytön aikana väliin voi tunkeutua murskattua tai jauhettua materiaalia ja siten heikentää liitosta tunkeutumalla vähitellen erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) väliin.The gap between the wear-resistant inserts made of special material (A) and the base material (B) is minimized and there should be no non-metallic substances such as ceramic or polymer between the base material (B) and the inserts made of special material (A) which may crumble or detach during wear and thus weakens the joint. When both the insert made of the special material (A) and the surrounding base material (B) are metallic and in direct contact with each other, the most reliable connection for different load situations is obtained. If a ceramic or other non-metallic material is used between the special material (A) and the base material (B), crushed or ground material may penetrate during use and thus weaken the joint by gradually penetrating between the special material (A) and the base material (B).

Tavoitteena on että perusmateriaalin (B) kutistuma on jähmettyessä ja jäähtyessä suurempi kuin kulumiskestävän erikoismateriaalin (A) kutistuma.The aim is that the shrinkage of the base material (B) during solidification and cooling is greater than the shrinkage of the wear-resistant special material (A).

Tämä tavoite täyttyy hyvin käytettäessä perusmateriaalina (B) esimerkiksi mangaaniterästä minkä lämpökutistuma on suuri verrattuna useisiin kulumiskestäviin teräksiin tai metallimatriisikomposiitteihin. Jos erikoismateriaalista (A) valmistettu kulumiskestävä insertti on bainiittista tai martensiittista mikrorakennetta missä tapahtuu jäähtymisvaiheessa — faasimuutokseen liittyvä ominaistilavuuden kasvu se edistää lujaa tartuntaa perusmateriaaliin (B) erikoismateriaalin (A) laajentuessa valun ja/tai lämpökäsittelyn jälkeisessä faasimuutoksessa. Perusmateriaalin (B) lämpölaajenemiskerroin alueessa 300-100*C tulisi olla vähintään 5% suurempi kuin erikoismateriaalin (A) jotta varmistetaan riittävä lämpökutistuman takaama — puristusjännitys erikoismateriaaliin (A) varmistamaan sen kiinnipysyvyys. Erikoismateriaalista (A) valmistettu insertti tarttuu kiinni perusmateriaaliin (B) osin kutistusliitoksen, osin erikoismateriaalin (A) tilavuusmuutokseen liittyvän tartunnan kiristymisen ja osin metallurgisen liitoksen avulla riippuen käytetystä valulämpötilasta ja materiaalien (A) ja (B) sulamispisteistä ja muista — metallurgisista ominaisuuksista. Liitoksen laadun varmistamiseksi sekä o kutistusliitoksen, muotolukituksen että metallurgisen liitoksen osalta on tärkeätä S että perusmateriaalin (B) ja erikoismateriaalin (A) välissä ei ole mitään LÖ epämetallisia materiaalikerroksia.This object is well achieved when using, for example, manganese steel as the base material (B), which has a high heat shrinkage compared to many wear-resistant steels or metal matrix composites. If the wear-resistant insert made of special material (A) is a bainitic or martensitic microstructure where it occurs during the cooling phase - the increase in specific volume associated with the phase change promotes strong adhesion to the base material (B) as the special material (A) expands after casting and / or heat treatment. The coefficient of thermal expansion of the base material (B) in the range 300-100 * C should be at least 5% higher than that of the special material (A) to ensure sufficient compressive stress to ensure its adhesion to the special material (A). The insert made of special material (A) adheres to the base material (B) partly by shrinkage, partly by tightening of the adhesion of the special material (A) and partly by metallurgical connection depending on the casting temperature used and the melting points and other metallurgical properties of materials (A) and (B). In order to ensure the quality of the joint, it is important for both the shrink joint, the form lock and the metallurgical joint that there are no LÖ non-metallic material layers between the base material (B) and the special material (A).

O N Perusmateriaalin (B) osalta on tärkeätä, että sillä on valutilassa riittävä sitkeys I 35 — koska muuten siihen syntyy valun jälkeisessä kutistusliitoksen E syntymisvaiheessa mikrosäröjä valun kutistuessa insertin ympärille. Jos O erikoismateriaalina (A) on materiaali, missä on merkittävä tilavuudenkasvu S jäähtymisvaiheessa, on perusmateriaalin (B) sitkeyteen valutilassa on 2 kiinnitettävä erityistä huomiota. Käytettäessä perusmateriaalina (B) N 40 — mangaaniterästä on erityisesti pyrittävä välttämään valutilassa ja lämpökäsittelyn jälkeen tilannetta missä mikrorakenteessa on runsaasti sitkeyttä alentavia raerajakarbideja. Perusmateriaalin (B) koostumuksen tuleemangaanipitoisuuden osalta oltava 8.0 — 20.0 paino-%. Lisäksi hiilipitoisuuden on oltava alueessa 0.7-1.8 paino-% ja karbideja muodostavien seosaineiden (Cr-Mo,Ti,W,Nb) alle 5 paino.O N For the base material (B), it is important that it has sufficient toughness I 35 in the casting state - because otherwise it will be micro-cracked in the post-casting shrinkage joint E as the casting shrinks around the insert. If O as a special material (A) is a material with a significant volume increase S during the cooling phase, special attention must be paid to the toughness of the base material (B) in the casting space 2. When using N 40 manganese steel as the base material, special care must be taken to avoid in a casting state and after heat treatment a situation in which the microstructure is rich in toughness - reducing grain boundary carbides. The composition of the base material (B) should be 8.0 to 20.0% by weight with respect to the manganese content. In addition, the carbon content must be in the range from 0.7 to 1.8% by weight and the carbide-forming alloys (Cr-Mo, Ti, W, Nb) must be less than 5% by weight.

Raerajakarbidien määrää voidaan alentaa minimoimalla mangaaniteräksen hiilipitoisuutta alle 1.2 paino-%:iin, edullisesti alle 1.05 paino-%:iin ja rajoittamalla karbideja ja nitridejä muodostavien seosaineiden määrä alle 3 paino-%:iin.The amount of grain bound carbides can be reduced by minimizing the carbon content of manganese steel to less than 1.2% by weight, preferably less than 1.05% by weight, and by limiting the amount of carbide and nitride-forming alloys to less than 3% by weight.

Kulumiskestävän insertin ympärillä voidaan käyttää metallista holkkia tai metallivälikerrosta (C) kuvien 3 ja 4 mukaisesti suojaamaan erikoismateriaalia (A) valun aikaisilta lämpövaikutuksilta ja tukemaan luotettavan, tiiviin liitoksen — syntymistä.A metal sleeve or a metal intermediate layer (C) can be used around the wear-resistant insert, as shown in Figures 3 and 4, to protect the special material (A) from the thermal effects during casting and to support the formation of a reliable, tight connection.

Metallivälikerros (C), mikä on matalalujuuksista metallista materiaalia voi myös vähentää valettuun perusmateriaaliin muodostuvia jännityksiä valetun perusmateriaalin (B) kutistuessa valun jälkeen kulumiskestävän erikoismateriaalista (A) valmistetun metallivälikerroksen (C) ympärille.The metal intermediate layer (C), which is a low-strength metallic material, can also reduce the stresses formed in the cast base material as the cast base material (B) shrinks after casting around the metal intermediate layer (C) made of wear-resistant special material (A).

Metallivälikerros (C) erikoismateriaalin (A) ympärillä tiivistää liitoksen — erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) välissä.The metal intermediate layer (C) around the special material (A) seals the joint - between the special material (A) and the base material (B).

Sen on oltava toisaalta riittävä kestävä estämään käsiteltävän mineraalin tunkeutumisen erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) väliin ja toisaalta riittävän joustava ja pehmeä edistämään tartuntaa erikoismateriaalin (A) ja perusmateriaalin (B) välillä.On the one hand, it must be strong enough to prevent the mineral to be treated from penetrating between the special material (A) and the base material (B) and on the other hand sufficiently flexible and soft to promote adhesion between the special material (A) and the base material (B).

Sopiva materiaali on matalaseosteinen rautapohjainen hyvin eri — tuotemuodoissa saatava materiaali kuten matalaseosteinen teräs missä seostus alle 15 paino-%. Metallivälikerros (C) voidaan myös yhdistää erikoismateriaalin (A) valmistukseen siten että se on metallurgisen liitoksen kautta yhdistetty erikoismateriaaliin (A). Tässä tapauksessa valetussa perusmateriaalissa (B) voidaan käyttää yhtenäistä erikoismateriaalin (A) ja sitä ympäröivän — metallivälikerroksen (C) yhdistelmää.A suitable material is a low-alloy iron-based material available in very different product forms, such as low-alloy steel where the alloy is less than 15% by weight. The metal intermediate layer (C) can also be combined with the production of the special material (A) by being connected to the special material (A) via a metallurgical joint. In this case, a uniform combination of the special material (A) and the surrounding metal interlayer (C) can be used in the cast base material (B).

Metallivälikerroksen (C) paksuuden on oltava vähintään 0.1 mm jotta sen kestää valuprosessin ja tarjoaa kuvatut edut kiinnipysyvyydessä.The thickness of the metal intermediate layer (C) must be at least 0.1 mm in order to withstand the casting process and offer the described advantages in terms of adhesion.

Erikoismateriaalista (A) valmistettujen kulumiskestävien inserttien pituuden (L) ja halkaisijan (R) suhde vaikuttaa niiden kiinnipysyvyyteen valetussa — perusmateriaalissa (B). Hyvä lähtökohta kiinnipysyvyyden varmistamiseksi on o käyttää pituus/halkaisija-suhdetta mikä on suurempi kuin 5:1 mikä varmistaa e jopa hyvin merkittävän kulumisen jälkeen hyvän kiinnipysyvyyden b perusmateriaalissa (B) pituus/halkaisija-suhteen pienentyessä mutta myös = pituus/halkaisija-suhdetta 1.5:1 voidaan käyttää. - 35 — Erikoismateriaalista (A) valmistettujen inserttien muoto voi olla n. poikkileikkaukseltaan esimerkiksi pyöreä, soikea tai suorakaiteen muotoinen.The ratio of the length (L) to the diameter (R) of wear-resistant inserts made of a special material (A) affects their adhesion in the molded base material (B). A good starting point for ensuring adhesion is o to use a length / diameter ratio greater than 5: 1 which ensures e even after very significant wear good adhesion b in the base material (B) as the length / diameter ratio decreases but also = length / diameter ratio 1.5: 1 can be used. - 35 - The shape of the inserts made of a special material (A) can be, for example, round, oval or rectangular in cross-section.

O Erikoismateriaalista (A) valmistettujen inserttien koko on rajoitettava jotta niihin S valmistuksessa syntyvät termiset jännitykset eivät aiheuta niissä vaurioita kuten 2 halkeamia.O Inserts made of special material (A) must be limited in size so that the thermal stresses generated in their manufacture during S do not cause damage such as 2 cracks.

Jotta inserttien halkeilutaipumus valmistuksen aikana ja käytössä N 40 — olisi mahdollisimman pieni on mahdollisimman pyöreä poikkileikkaus edullinen siten että minimisäteen (Rmin) ja maksimisäteen (Rmax) suhde, kuva 2, on vähintään 0.8 insertin (A) poikkileikkauksen eri kohdissa.In order to minimize the tendency of the inserts to crack during manufacture and in use N 40 - a circular cross-section is preferred so that the ratio of the minimum radius (Rmin) and maximum radius (Rmax), Figure 2, is at least 0.8 at different points in the cross-section of the insert (A).

Erikoismateriaalista (A) valmistettuun inserttiin voidaan valmistaa myös erilaisia tartuntaa valuun parantavia muotolukituksia kuten vastapäästöjä tai uria erikoismateriaalista (A) valmistetun insertin ulkopinnalle. Niiden muotoilussa on huomioitava vaikutus valmistuksen ja käytön aikaiseen mekaaniseen — kestävyyteen. Liian terävät ja suuria jännityshuippuja käytön tai valmistuksen aikana aikaansaavat muodot esimerkiksi erikoismateriaalin (A) ulkopinnalla saattavat aiheuttavat halkeamia ja heikentää erikoismateriaalin (A) mekaanista lujuutta. Toisaalta jos erikoismateriaalin (A) ulkopinnalla käytetään metallurgisen liitoksen pohjalta siinä kiinni olevaa metallivälikerrosta (C) minkä sitkeys on hyvä, voidaan käyttää muotolukitusta edistäviä uria ilman riskiä murtumista. Erikoismateriaalista (A) valmistetut insertit sijoitetaan kuvan 1 mukaisesti siten että niitä ympäröi kulumispintaa lukuunottamatta perusmateriaali (B). Erikoismateriaalista (A) valmistetut insertit voidaan sijoittaa kuvien 5, 6A ja 6B mukaisesti myös siten että niitä ympäröi valmistuksen jälkeen kokonaan perusmateriaali (B) kuvan 6A mukaisesti mutta alkuvaiheen jälkeen kulumispinnassa olevan perusmateriaalin (B) kuluessa erikoismateriaalista (A) valmistetut insertit tulevat esiin kuva 6B mukaisesti alkaen hidastamaan kulumista. Erikoismateriaalissa (A) on kuvan 7 mukaisesti kovia partikkeleita (a2) kuten — karbideja tai nitridejä vähintään 6 tilavuus-% ja niiden määrää säädetään kulumisolosuhteen mukaisesti. Kovien partikkelien kuten karbidien ja nitridien lisäksi erikoismateriaalissa (A) on metallinen matriisi (a1) mikä voi olla rauta-, nikkeli-, titaani- tai kobolttipohjainen. Metallisen matriisin koostumusta säädetään halutun kovuuden ja sitkeyden aikaansaamiseksi. Haluttu rakenne — voi perustua kovien keraamisten partikkelien kuten karbidien, nitridien, oksidien tai niiden yhdistelmän käyttöön kuvan 7 mukaisesti metallisessa matriisissa. Tällöin kyseessä on nk. metallimatriisikomposiitti. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää materiaaleja missä partikkelit (a2) kuten karbidit muodostuvat lämpökäsittelyssä siinä olevista seosaineista. Useat riittävästi hiiltä ja karbideja — muodostavia seosaineita sisältävät työkaluteräkset kuten AISI D2 ja AISI A11 o sopivat tähän tarkoituksiin hyvin. Niiden kovien partikkelien määrää ei voida S kuitenkaan nostaa merkittävästi yli 30 tilavuus-%:n. Lisäksi osaa tämän b tyyppisistä erikoismateriaaleista (A) olisi edullista lämpökäsitellä valun jälkeen T mikä asettaa vaatimuksia niiden lämpökäsittelyparametrien yhteensopivuudelle N 35 —perusmateriaalin (B) kanssa.The insert made of special material (A) can also be made with various form-locking locks which improve the adhesion to casting, such as counter-releases or grooves on the outer surface of the insert made of special material (A). Their design must take into account the effect on the mechanical - durability during manufacture and use. Forms that are too sharp and cause high stress peaks during use or manufacture, for example on the outer surface of the special material (A), may cause cracks and impair the mechanical strength of the special material (A). On the other hand, if a metal intermediate layer (C) adhering to the outer surface of the special material (A) is used on the basis of the metallurgical joint, which has good toughness, grooves promoting shape locking can be used without the risk of breakage. Inserts made of special material (A) are positioned as shown in Figure 1 so that they are surrounded by the base material (B) except for the wear surface. Inserts made of special material (A) can also be placed according to Figures 5, 6A and 6B so that after manufacture they are completely surrounded by base material (B) according to Figure 6A but after the initial stage of base material (B) on the wear surface inserts made of special material (A) appear Figure 6B in accordance with to slow down wear. According to Figure 7, the special material (A) contains at least 6% by volume of hard particles (a2), such as carbides or nitrides, and their amount is adjusted according to the wear condition. In addition to hard particles such as carbides and nitrides, the special material (A) has a metallic matrix (a1) which can be based on iron, nickel, titanium or cobalt. The composition of the metallic matrix is adjusted to provide the desired hardness and toughness. The desired structure - may be based on the use of hard ceramic particles such as carbides, nitrides, oxides or a combination thereof as shown in Figure 7 in a metallic matrix. In this case, it is a so-called metal matrix composite. Alternatively, materials can be used where particles (a2) such as carbides are formed from the alloying elements therein in the heat treatment. Several tool steels with sufficient carbon and carbide-forming alloying elements, such as AISI D2 and AISI A11, are well suited for this purpose. However, the amount of their hard particles cannot be significantly increased above 30% by volume. In addition, it would be advantageous to heat-treat some of the special materials of this type b (A) after casting T, which sets requirements for the compatibility of their heat-treatment parameters with the N 35 base material (B).

I n. Erikoismateriaalissa (A) on karbidien ja muiden partikkelien (a2) kokoa O säädettävä oikeiden ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Riittävän sitkeyden S aikaansaamiseksi partikkelien (a2) koko määritettynä partikkelin suurimmasta 2 dimensiosta olisi rajoitettava alle 300 pm:iin, mielellään alle 100 um:iin. N 40 — Partikkelien (a2) koon ja osin sen pohjalta määräytyvän sitkeyden merkitys riippuu käyttöympäristöstä, mekaanisista kuormituksista ja kulumisympäristöstä.I n. In the special material (A), the size O of the carbides and other particles (a2) must be adjusted to obtain the correct properties. In order to obtain sufficient toughness S, the size of the particles (a2) as determined from the largest 2 dimensions of the particle should be limited to less than 300 μm, preferably less than 100 μm. N 40 - The importance of the size of the particles (a2) and in part the toughness determined by it depends on the operating environment, mechanical loads and wear environment.

O OF O OF LÖ O OF OF

I a a 00I a a 00

OF O O O TUT O

N D>N D>

Claims

Protection requirements

Wear part of a stone crusher or grinding mill, characterized in that the component of iron-based casting material (B) comprises a maximum of 60% by volume of durable inserts (A), which is at least 30 HRC hardness and contains at least 6% by volume of hard particles such as carbides, nitrides and oxides.

Wear part according to Claim 1, characterized in that the cast steel or cast iron material (B) and the special material (A) are in direct contact with one another without non-metallic intermediate layers.

Wear part according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the ratio between the length of the inserts (A) and the largest cross-sectional diameter is at least

1.5: 1 before using the component as a wear part.

Wear part according to claim 1, characterized in that between the special material (A) and the base material (B) there is a metallic intermediate layer at least 0.1 mm thick (C) so that the intermediate layer (C) is iron-based material containing at least 85% by weight of iron.

Wear part according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the coefficient of thermal expansion of the base material (B) within the temperature range 300-100 ° C is at least 5% greater than that of the special material (A).

Wear part according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the inserts made of special material (A), determined from the total volume, are less than 1800 cm 3.

Wear part according to any one of claims 1-6, characterized in that the average size of the hardened particles (a2) of, for example, carbides, nitrides and oxides comprised of the durable material (A) is less than 300 μm.

Wear part according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the ratio N between the smallest and largest cross-sectional diameter N of the special material insert (A) is at least 0.80. 3 N

Wear part according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the base material (B) N is Hadfield's manganese casting number, whose carbon content is 0.7-1.8% by weight, manganese content E 8.0-20.0% by weight and the amount of alloying elements (Cr, Mo, Ti, W, Nb) which form carbides is below 5.0% by weight.

S> = 5