Ливење ојачано ТИЦ шипком високе чврстоће

Предности перформанси композитних ливених шипки са високим садржајем хрома и титанијум карбида

Композитне шипке од титанијум карбида са високим садржајем хрома су композитни одливци формирани равномерно диспергујућим тврдим фазама титанијум карбида (ТиЦ) у матрици легуре са високим садржајем хрома. Предности њихових перформанси произилазе из синергистичке комплементарности између високе жилавости и отпорности на корозију легура са високим садржајем хрома и високе тврдоће и отпорности на хабање титанијум карбида. Посебно су погодни за тешке услове рада који укључују хабање, корозију и ударна оптерећења. Испод је детаљна анализа њихових основних предности ливења:

И. Изузетна отпорност на хабање: балансирање „отпорности на тврдо хабање“ и „отпорности на хабање на ударце“

Као основна предност одливака отпорних на хабање, композитни штапови од високо хромног титанијум карбида решавају болне тачке традиционалних материјала отпорних на хабање—било „тврди, али ломљиви“ или „чврсти, али не и отпорни на хабање“ — кроз структурални дизајн који комбинује „тврде фазе + јаку матрицу“:

Отпорност на хабање од тврдих фаза узрокована тврдоћом: Титанијум карбид (ТиЦ), као примарна фаза отпорна на хабање, има Мохс-ову тврдоћу од 9–9,5. Равномерно диспергован као честице микронске величине у одливу, формира 'круту баријеру отпорну на хабање'. Када је изложен радним условима као што су млевење руде, рибање метала и удар честица, ТиЦ се директно опире резању и екструзији абразивних медија. Његова отпорност на хабање је 2-4 пута већа од обичног ливеног гвожђа са високим садржајем хрома (нпр. серија Цр15), приближавајући се нивоу отпорности на хабање чистог титанијум карбида.

Отпорност на удар гарантована матрицом са високим садржајем хрома: Матрица од легуре са високим садржајем хрома (обично садржи 12%–20% Цр) формира мартензит + карбидну структуру након термичке обраде, показујући и високу чврстоћу (затезна чврстоћа ≥ 800 МПа) и добру жилавост (ударна жилавост 15 ≥ ≥ Ј ≥ ≥ ≥ ≥ 2 цм). Када је ливење подвргнуто ударним оптерећењима (нпр. пад материјала, вибрације опреме), матрица може да апсорбује енергију удара, спречавајући да ТиЦ тврда фаза отпадне услед кртог лома. У поређењу са чистим ТиЦ одливцима (склоним ломљењу) или керамичким деловима који се хабају (слаба отпорност на удар), прилагодљивији је сложеним сценаријима са „хабањем и ударом“ (нпр. чекићи за дробљење, облоге транспортних цеви).

ИИ. Одлична отпорност на корозију: прилагођавање тешким окружењима са више медија

Саме легуре са високим садржајем хрома су класични материјали отпорни на корозију, а хемијска инертност ТиЦ-а додатно повећава отпорност на корозију композитних одливака, чинећи их погодним за радне услове отпорне на хабање који укључују корозивне медије:

Заштита од пасивизације матрице са високим садржајем хрома: У ваздуху, води или слабо корозивним медијима (нпр. отпадна вода која садржи сумпор, слабо кисела рудна пулпа), легура са високим садржајем хрома брзо формира густ Цр2О₃ пасивациони филм на својој површини, спречавајући даљу оксидацију или корозију. Чак и ако је пасивациони филм локално оштећен, Цр елементи могу да дифундују и брзо га поправе како би одржали отпорност на корозију.

Повећање отпорности на корозију инертношћу ТиЦ: ТиЦ је инертан према већини црних метала (нпр. угљенични челик, нерђајући челик), легурама обојених гвожђа (нпр. алуминијум, бакар) и већини киселина и алкалија (осим јаких оксидирајућих киселина као што је концентрована азотна киселина), и не реагује са корозивним медијима. Код композитних одливака, дисперзована дистрибуција ТиЦ не само да не оштећује пасивациони филм матрице, већ и смањује површину контакта између корозивног медија и матрице, додатно снижавајући стопу корозије. Његова отпорност на корозију је 30%-50% већа од оне код обичног ливеног гвожђа са високим садржајем хрома, што га чини применљивим на сценарије хабања са корозијом, као што су обална обрада руде и третман хемијског отпада.

ИИИ. Добра стабилност при високим температурама: издржати услове хабања од средње до високе температуре

У поређењу са већином органских материјала отпорних на хабање или нисколегираних хабајућих делова, композитне шипке са високим садржајем хрома титанијум карбида имају значајне предности у перформансама на високим температурама и могу се прилагодити хабајућим окружењима од средње до високе температуре (300–800 °Ц), као што су облоге опреме за синтеровање и компоненте за пренос вруће шљаке:

Задржавање тврдоће ТиЦ при високим температурама: Титанијум карбид има тачку топљења до 3140 °Ц и једва омекшава испод 800 °Ц. Његова тврдоћа при високим температурама (ХРА ≥ 85) опада само за 5%–8% у поређењу са тврдоћом на собној температури, што му омогућава да се континуирано одупире ерозији абразивних медија при високим температурама. Насупрот томе, обично ливено гвожђе са високим садржајем хрома доживљава нагли пад отпорности на хабање (губитак тврдоће преко 30%) услед омекшавања матрице изнад 500 °Ц.

Високотемпературна оксидациона отпорност матрице са високим садржајем хрома: Цр елементи у матрици са високим садржајем хрома формирају стабилнији филм од Цр2О₃ + ТиО₂ композитног оксида на високим температурама (ТиО₂ створен оксидацијом ТиЦ синергије са Цр2О₃ да би формирао густу структуру). Овај филм спречава дифузију кисеоника у унутрашњост одливака, избегавајући високотемпературно оксидативно љуштење матрице и обезбеђујући структурни интегритет у условима рада на високим температурама.

ИВ. Добра прилагодљивост процеса ливења и стабилност димензија

Иако композитна структура штапова од титанијум карбида високог хрома садржи ТиЦ фазе високе тврдоће, они и даље показују добру способност ливења, а одливци имају одличну димензијску тачност и стабилност након формирања:

Компатибилност са процесима ливења: Подешавањем величине честица ТиЦ-а (обично 5–50 μм) и додавањем у траговима реткоземних елемената (нпр. Це, Ла) ради побољшања влажења, конвенционални процеси као што су ливење у песак и ливење у центрифуги могу се користити за производњу. Одливци се могу произвести у различитим облицима као што су шипке, цеви и плоче како би се испунили захтеви за уградњу различите опреме (нпр. ваљци за млин за угаљ, вијци за транспорт).

Ниска отпорност на скупљање и деформацију: Разлика у коефицијенту топлотног ширења између ТиЦ (7,4×10⁻⁶/°Ц) и матрице са високим садржајем хрома (11–13×10⁻⁶/°Ц) је мала, тако да је мања вероватноћа да ће се пукотине узроковане термичким напрезањем појавити током процеса хлађења ливења. Истовремено, стопа термичког ширења композитних одливака је стабилна од собне температуре до високих температура (≤ 12×10⁻⁶/°Ц), а не долази до деформације димензија услед температурних флуктуација током рада, обезбеђујући тачност уклапања са опремом (нпр. положаји лежаја, заптивне површине).

В. Дуг радни век и економичност: смањење свеобухватних трошкова коришћења

Из перспективе пуног животног циклуса, предности перформанси композитних штапова од титанијум карбида са високим садржајем хрома се директно преводе у економске предности:

Изузетно дуг радни век: Ослањајући се на свеобухватне перформансе укључујући „отпорност на хабање + отпорност на корозију + отпорност на удар“, животни век ових одливака је обично 2–3 пута већи од обичних делова од ливеног гвожђа са високим садржајем хрома и 4–6 пута већи од делова од челика са високим садржајем мангана. Ово смањује учесталост искључења опреме ради замене резервних делова (нпр. за чекиће за рудну дробилицу, циклус замене се може продужити са 1–2 месеца на 6–12 месеци).

Ниски трошкови одржавања и замене: Иако је почетни трошак куповине већи од трошкова обичних материјала отпорних на хабање, свеобухватни трошкови коришћења по јединици времена (укључујући губитке куповине, инсталације и застоја) могу се смањити за 40%–60% због продуженог века трајања и смањеног одржавања због грешке. Посебно су погодни за кључне хабајуће делове велике индустријске опреме (нпр. вертикалне млинове цемента, металуршке ваљаонице).

Укратко, предности перформанси композитних ливених шипки са високим садржајем хрома титанијум карбида фокусирају се на „синергистичку оптимизацију вишеструких својстава“. Они не само да задржавају екстремну отпорност на хабање титанијум карбида, већ и надокнађују недостатке ломљивости и отпорности на корозију тврдих материјала кроз матрицу са високим садржајем хрома, док балансирају способност ливења и економичност. Они су преферирани одливци отпорни на хабање у индустријама као што су рударство, грађевински материјали, металургија и хемијско инжењерство за сценарије са „великим хабањем и сложеним радним условима“.