FI56700C - Mot abrasiv noetning bestaendigt maskinelement av segjaern foer behandling av mineraler - Google Patents

Description

- Γαΐ KUULUTUSJULKAISU . „ „ W (11) UTLAGG N I NGSSKRI FT 56700 ‘ C Patentti .ny3nnctty 10 03 1939

Patent oeddelat ~ Ύ ~ (51) Ky.lk.*/lnt.CI.» C 21 D 5/00 SUOMI — FINLAND (21) p«*n«lh*k·""'*-P»t*nttn«eicnln| 7^2835 (22) H»k*ml*pilvl — Aniöknlnfidtg 05.10.76 ' ' (23) Alkupilvl — Glltighattdag 05 »10.76 (41) Tullut |ulklMkil — Bllvlt offuntilg θβ. θ1+·7δ „ * (44) NihUvIkfIptnon ]t kuul.lulkalsun pvm. — „, _ _

Patent· oeh registerstyrelsen v Antöktn utiigd och uti.«krift«n publicerad 30.11.79 (32)(33)(31) Pyydetty etuolkeui—Begird prioritet (71) Kymin Osakeyhtiö - Kymmene Aktiebolag, 1+5700 Kuusankoski, Suomi-Finland(Fl) (72) Matti Johansson, Karkkila, Pekka Rikka, Karkkila, Suomi-Finland(Fl) (7*0 Berggren Oy Ab (5*0 Abrasiivista kulutusta kestävä pallografiittiraudasta valmistettu kone-elin mineraalien käsittelyä varten - Mot abrasiv nötning bestän-digt maskinelement av segjärn för behandling av mineraler e

Keksintö kohdistuu pallografiittiraudasta valmistettuun kone-elimeen, jonka tulee kestää käytössä siihen nähden liikkuvan hienojakoisen mineraalin, kuten kvartsin aiheuttama abrasiivinen kulutus.

Tällainen kone-elin on yleensä karkaistua hiiliterästä, karkaistua seostettua työkaluterästä, pintakarkaistua terästä, kulutuskerroksella päällystettyä terästä, austeniittistä mangaaniterästä (Hadfield-teräs), kovaa valurautaa, kokilliin valettua valurautaa tai perliit-tistä pallografiittirautaa.

Mainituissa tunnetuissa abrasiivista kulutusta kestävissä kone-elimissä on seuraavia epäkohtia. Läpikarkaistua hiiliterästä ja valurautaa ei voida käyttää silloin, kun niihin käytön aikana voi kohdistua iskuja. Pintakarkaistun teräksen, pinnoitetun teräksen ja kokilli-valuraudan kulutusvara on yleensä liian pieni. Austeniittinen mangaa-niteräs ei kestä abrasiivista kulutusta ellei siihen kohdistu kulutuksen yhteydessä sen pintaa muokkaavia iskuja. Runsasseosteinen työkaluteräs tulee kalliiksi. Perliittisen pallografiittiraudan kuluminen on liian suuri. Lisäksi useat näistä eivät ole käytettävissä C 22 C 37/01+ 2 66700 silloin, kun kone-elin pitäisi valmistaa valamalla.

Keksinnön mukaiselle kone-elimelle on tunnusomaista se, että se on valmistettu pallografiittiraudasta, jonka mikrorakenteessa on pallo-grafiittiraudalle ominaisen palloutuneen grafiitin lisäksi vähintään noin 8 tilavuusprosenttia jäännösausteniittia, joka on termisesti pysyvää lämpötiloissa välillä +300°C ja -80°C, ja loput etupäässä bainiittia. Edullisimmin tulisi jäännösausteniittia olla yli 20 tilavuusprosenttia.

On ennestään tunnettua, että keksinnön mukainen kone-elin kestää ~ hyvin sellaista kulutusta, jossa esiintyy samanaikaisesti kone-elimen pintaa lujittava kylmämuokkaus. Tällaisissa olosuhteissa kestää myöskin austeniittinen mangaaniteräs, mikä on ymmärrettävää, koska — molempien austeniitti muuttuu kylmämuokkauksessa martensiitiksi, jolloin pinnan kovuus nousee noin 550 HB ja pintakerrokseen muodostuu puristusjännitys. Uuden keksinnön olennainen uutuus perustuu tutkimustulokseen, jonka mukaan mainittu pallografiittirauta kestää abra-siivista kulutusta silloinkin, kun sen pinta ei joudu raskaan rasituksen muokkauslujittamaksi. Tätä ei kestä muuten niin samalla tavalla käyttäytyvä austeniittinen mangaaniteräs, joten tutkimustulosta voidaan pitää yllättävänä.

Keksinnön mukainen kone-elin on edullinen tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna, koska se on koko ainepaksuudeltaan kohtuullisesti kulutusta kestävä, iskunkestävä, pakkasen kestävä ja valmistettavissa valamalla ja lastuamalla.

Keksinnön mukaisia kone-elimiä ovat esimerkiksi hiekankäsittely-laitteiden osat, mineraalimyllyjen ne osat, joissa ei esiinny "" muokkauslujittumista sekä auran kärjet ja äkeen piikit. Esimerkiksi auran kärki voidaan tehdä keksinnön mukaisesta elimestä, jolloin se kestää hyvin sekä kivisessä pellossa että hiekkamaassa. Tunnettuja ratkaisuja käytettäessä ei saada samasta metallista hyvää yleisratkaisua.

Kivisessä maassa on paras metalli auran kärjeksi austeniittinen mangaaniteräs (Hadfield-teräs), joka on sitkeä ja kovettuu saadessaan kivien iskuja, mutta ei kestä hiekkamaan kulutusta. Hiekka-maassa sopii auran kärjeksi parhaiten karkaistu teräs, mutta se 3 66700 ei taas kestäisi kivien iskuja. Myös auran siipi voidaan edullisesti valmistaa keksinnön mukaisesta elimestä.

Keksinnön mukainen abrasiivista kulutusta kestävä kone-elin voidaan valmistaa esimerkiksi suomalaisen patentin 49732 mukaisesta pallo-grafiittiraudasta, jossa on tavanomaisten määrien hiiltä, piitä, fosforia, rikkiä ja magnesiumia lisäksi seosaineina 0,10-0,26 paino-% molybdeeniä ja 0,3-1,4 paino-% mangaania sekä mahdollisesti vielä tinaa, kuparia ja/tai alle 2,5 paino-% nikkeliä. Raaka-aineeksi sopii muukin siten seostettu pallografiittirauta, että sopivalla bainitointilämpötilassa tapahtuvalla isotermisellä lämpökäsittelyllä sen austeniitti muuttuu osittain bainiitiksi ja osittain jää käyttö-lämpötilassa termisesti pysyväksi austeniitiksi. Lämpökäsittelyn ~ jälkeen voi tällaisen pallografiittiraudan mikrorakenteessa olla grafiitin, bainiitin ja austeniitin lisäksi jonkin verran esimerkiksi perliittiä tai martensiittia.

Keksinnön mukainen abrasiivista kulutusta kestävä kone-elin voidaan valmistaa esimerkiksi seuraavasti: Valetaan kone-elimen valmistuk seen sopiva valuaihio pallografiittiraudasta, jossa raudan (Fe) lisäksi on painoprosentteina ilmoitettuna hiiltä (C) 3,6 %, piitä (Si) 2,25 %, mangaania (Mn) 0,7 %, molybdeeniä (Mo) 0,1 %, kuparia (Cu) 0,5 %, magnesiumia (Mg) 0,045 %, fosforia (P) 0,06 % ja rikkiä (S) 0,015 %. Valukappaleen annetaan jäähtyä.

Valukappale koneistetaan lastuamalla suunnitellun kone-elimen mittoihin. Saatu kappale kuumennetaan lämpökäsittelyuunissa 880°C:n lämpötilassa austenitointilämpötilaan ja pidetään siinä kaksi tuntia, jona aikana sen etupäässä perliittinen mikrorakenne muuttuu austeniitiksi. Kappale siirretään lämpökäsittelyuunista suolakylpyyn, jonka lämpötila on 355°C: Suolakylpy on puoliksi natriumnitriittiä (NaNC^) ja puoliksi kaliumnitraattia (KNO^)· Suolakylvyssä on termostaatilla varustettu lämmitys- ja jäähdytyslaite sekä laite sulan suolan kierrättämistä varten. Kappale pidetään suolakylvyssä 120 minuuttia, minkä jälkeen sen annetaan jäähtyä vapaasti ilmassa. Kappale on tämän jälkeen pallografiittirautaa, jonka mikrorakenteessa on grafiittipaloja noin 10 tilavuus-%, bainiittia 50-60 tilavuus-% ja jäännösausteniittia 30-40 tilavuus-%. Kappaleeseen ei tule lämpökäsittelyssä suuria muodonmuutoksia. Kuitenkin lastuava koneistus ja lämpökäsittely voidaan suorittaa toisessakin järjestyksessä, 4 56700 jolloin lastuaminen suoritetaan isotermisen lämpökäsittelyn jälkeen. Näin menetellen lastuamisen jälkeen ei tapahdu mitään muodonmuutoksia, mutta lastuaminen on jonkinverran vaikeampaa työstössä tapahtuvan muokkauslujittumisen takia, mikä johtuu jäännösauste-niitin muuttumisesta osittain martensiitiksi.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkin avulla.

Esimerkki 1

Keksinnön mukaisen abrasiivista kulutusta kestävän kone-elimen kulu- _ tuskestävyyttä on kokeiltu laboratorio-olosuhteissa abrasiivisessa kulutuskokeessa, jossa erilaisia koepaloja liikutetaan kosteassa hiekassa.

Abrasiivinen kulutuskoe suoritetaan seuraavasti. Koekappaleet ovat pyöreitä sauvoja, pituus 100 mm ja halkaisija 20 mm. Koesauvat kiinnitetään pystyasentoon vaakasuoran pyöreän levyn alapintaan samalle etäisyydelle sen keskipisteestä. Levyä pyöritetään sähkömoottorilla keskipisteensä kautta kulkevan pystyakselin ympäri. Levyn alapuolella on astia ja astiassa kvartsihiekkaa, jonka raekoko on 3-7 mm. Kvartsihiekka on kostutettu vedellä, jota on 20 % kvartsihiekan painosta. Levyn pyöriessä koesauvat joutuvat kulkemaan ympyrän muotoista rataa kvartsihiekassa. Koesauvat punnitaan ennen koetta. Kokeessa pyöritetään levyä 120 000 kierrosta, joka vastaa 120 km:n matkaa. Sauvojen keskinopeus hiekassa on 6,25 km/h. Jokaisessa kokeessa on koesauvoista yksi vertailusauva, joka on pehmeää teräs- — tä (Fe 37). Kokeen jälkeen koesauvat punnitaan ja painonvähennykset lasketaan. Koetulosta varten verrataan koesauvan ja vertailusauvan painojen vähennyksiä. Koetulos on koesauvan painon vähennys prosent- _ teinä vertailusauvan painon vähennyksestä. Abrasiivisista kulutus-kokeista valittiin seuraavat edustavat kokeet. Kolme keksinnön mukaista jäännösausteniittista pallografiittirautaa ja yksi vähän jäännösausteniittinen pallografiittirauta, austeniittinen mangaani-teräs (Hadfield-teräs), koska se on yleensä kulutusta kestävä, per-liittinen pallografiittirauta, jota aikaisemmin pidettiin parhaiten kulutusta kestävänä pallografiittirautana, perliittinen teräs, ratakisko K 54, koska se on hyvin kulutusta kestävä teräs. Lisäksi otettiin kaksi nuorrutusterästä niiden suuren peruslujuuden takia. Runsaasti seostetut austeniittiset teräkset ja valuraudat ovat hyviä korroosinkestävyydeltään, mutta ne eivät kestä abrasiivista 5 56700 kulutusta. Kulutuskokeisiin ei otettu karkaistuja teräksiä eikä valurautoja niiden haurauden takia.

Abrasiivisissa kulutuskokeissa saatuja tuloksai on esitetty oheisessa taulukossa, jossa on kuvaus koesauvasta sekä sen kovuus (HB) ja kuluminen prosentteina pehmeän teräksen (Fe 37) kulumisesta. Koesauvat 2-5 edustavat keksinnön mukaisia kone-elimiä ja koesauvat 6-10 muita mahdollisia kone-elimiä, jotka ovat sitkeitä. Koesauva 1 on vertailusauva. Koesauvat 2, 3 ja 4 ovat pallografiittirautaa, jossa on raudan lisäksi hiiltä (C) 3,6 %, piitä (Si) 2,2 %, mangaania (Mn) 0,7 %, molybdeeniä (Mo) 0,08 %, kuparia (Cu) 0,7 % ja magnesiumia (Mg) 0,044 %. Koesauvat on austenitoitu lämpötilassa 880°C yhden tunnin ajan ja bainitoitu eri tavoin. Koesauva 5 on pallografiittirautaa, jossa on hiiltä (C) 3,6 %, piitä (Si) 2,25 %, kupari (Cu) 0,77 %, magnesiumia (Mg) 0,045 % ja koesauva on austenitoitu lämpötilassa 880°C yhden tunnin ajan ja bainitoitu lämpötilassa 210°C 100 min ajan.

[>6700 6 c <#> α> ι CO o m in in o o m in· σι H G o m m Tr m oo in , in r- tj<

E Ή H

3 m

H CU

p * (0 p in o in o o o o in *a< o 3 31 Tr ro o cn σι h in m o in >33 ιΗ n n n oi in rs m m 0 Ui

dP

1 01 01 · p :θ C P C 0) > G -P cd ** uo oo r·" :cd 03 h n rs m :cd P -H b fl +i (0 X C O O o o

•H -H -H IN O O O

-P (0 g H H m rH

c

O -H

X O

X -P

3 H 4-1 H C :0 p -H CUCJ un o o o cd id go in h m h E-* ffl :cd n n m r—l

dP

(d H -P

P H

(d -

oi PC

C :<d -H S

Φ P 4J

C 0) -p

•H 4J H dP

4-> -H -H N· in

4-> c 4-1 in H CN

G G H G Cd ή 41 N OI

φ φ -H Φ Cd P - CN CN

c C C C &> tn O

-H H φ H c O W W

CO 4-1 4-> 4-1 4-1 cd H U H H

4-1 4-> 01 4-> g H - M (O

φ H -H P H Cd U* -H -H Cd H C Λ -O· 01 01 C C 01 C Φ in :cd :cd

03 Φ Φ :0 <D C C PP

:cd 4-14-* G -P H Φ « <U Φ

Φ P 03 03 C 03 4-1 c 4-1 -P

C φ 3 3 :cd 3 -P HO0101 H 4-icdcdadcdH -P 3 3

< H t» -n 01 Ή 4J014-1-P

red :0 :0 :0 C H -H p p Φ c C C C Φ -H.*pp JC G :rd C 4-> ncdpp

:cd :cd X3 :id oi P 4J O O

Φ :cd :cd :cd :d 3 Φ cd 3 3

Pc b}ib>bi<< Pc (S 53 Z

Φ

O

Ui HfNcoTfinio r>oo<riO

H

7 56700

Keksinnön mukainen kone-elin, jonka pallografiittiraudan mikrorakenteessa on jäännösausteniittia 26-34 tilavuus-% on kulutuskestävyydeltään erittäin hyvä. Kun jäännösausteniittia on vain 8 tilavuus-%, on kulutuskestävyys vielä hyvä, mutta kuitenkin vähän heikompi kuin edellä mainituilla ja kun jäännösaustenittia on vielä vähemmän on kulutuskestävyys huonompi kuin tunnetusti käytetyllä, taulukossa 5 esitetyllä perliittisellä pallografiittiraudalla. Koetuloksista nähdään myöskin, että keksinnön mukainen jäännösausteniittinen pallograf iittirauta kestää yllättävän hyvin kulutusta koeolosuhteissa, joissa kone-elimen jäännösausteniittia ei kylmämuokkauksen avulla muuteta martensiitiksi. Tämä näkyy erikoisesti verrattaessa sitä austeniittisen mangaaniteräksen heikkoon kulutuskestävyyteen samoissa olosuhteissa.

Keksinnön mukaisen kone-elimen mikrorakenteen jäännösausteniitin termistä pysyvyyttä on kokeiltu kappaleilla, joissa oli jäännösausteniittia 20 tilavuus-%. Kappaleita pidettiin 5 tuntia lämpötilassa 400°C, 500 tuntia lämpötilassa 300°C, 20 minuuttia lämpötilassa -80°C ja 15 minuuttia lämpötilassa -190°C eikä mikään koe aiheuttanut jäännösausteniitin havaittavaa muuttumista.

Keksinnön mukaisissa kone-elimissä käytetyn pallografiittiraudan mikrorakenteessa olevan pysyvän jäännösausteniitin yläraja on noin 50 tilavuus-%, koska sen ylittäminen on vaikeaa ilman kalliiden seosaineiden runsasta käyttöä.

,v·;