耐摩耗鋳物にはどのような種類の鋼/合金が使用されていますか?

耐摩耗性鋳物に使用されるコア合金ファミリー

鋳造工場は、部品が直面する主な摩耗メカニズムに基づいて合金システムを選択し、化学薬品と熱処理を調整して硬度、靱性、腐食挙動を微調整します。以下の表は、耐摩耗鋳物に最もよく指定される合金グループをまとめたものです。

高クロム白鉄鋳物

高クロム白鉄は、その微細構造がマルテンサイトマトリックスに埋め込まれた高密度の M7C3 クロム炭化物を含むため、純粋な摩耗の基準材料です。クロム含有量が 15 ～ 26% の炭化物は、普通の炭素鋼よりもはるかに優れた砂、鉱石、またはセメント骨材からのガウジングに耐える炭化物を生成します。超硬ネットワークが数千時間の稼働時間を通じて摩耗面を無傷に保つため、研削シリンダーとドラムライナーはこの合金で鋳造されることがよくあります。不安定化と焼き戻しによる熱処理は、残留オーステナイトをマルテンサイトに変換するために使用されます。これにより、通常の使用負荷で鋳物が割れてしまうほど脆くなることなく、表面硬度が向上します。

二硬質鋳鉄鋳物

Ni-Hard 鉄は、冷却中に軟質パーライトの形成を抑制するためにニッケルを添加し、厚い部分であってもマトリックスが直接マルテンサイトに変態することを可能にします。これにより、Ni-Hard 鋳物は、高クロム鉄と比較して、硬度、鋳造コスト、および被削性の間で好ましいバランスが得られます。コンクリート ミキサー ブレードは、材料が骨材、砂、セメント ペーストによる混合摩耗や軽い衝撃に耐えられるため、一般的な Ni-Hard 用途です。 AS2027 NiCr4 などの材料グレードは、摩耗寿命とボルトオン交換部品に必要な寸法の一貫性を兼ね備えているため、広く指定されています。

高マンガン鋼鋳物

ハドフィールド鋼としても知られる高マンガン鋼は、上記の 2 つの鉄族とは異なる挙動をします。鋳放しの状態では比較的柔らかくて丈夫ですが、繰り返しの衝撃により表層が変形双晶化によって加工硬化し、コアの延性を保ちながら表面硬度が上昇します。業界データによると、このメカニズムにより、表面が完全に加工硬化すると、未処理の炭素鋼と比較して耐摩耗性が約 25 倍向上します。このため、徐々に摩耗するのではなく突然の衝撃荷重が主な故障モードとなるクラッシャージョー、ハンマー、衝撃プレートには高マンガン鋼が標準的な選択肢となります。

摩耗メカニズムに合わせた合金の選択

純粋に硬度の数値に基づいて合金を選択すると、早期に亀裂が発生したり、過剰なコストが発生したりする可能性があります。より信頼性の高いアプローチは、最初に動作環境を分類し、次に合金ファミリーと、必要に応じて表面処理を一致させることです。

鋳造プロセスと合金の性能に対するその影響

合金組成によって鋳物の理論上の摩耗寿命が決まりますが、その可能性が実現されるかどうかは鋳造プロセスによって決まります。遠心鋳造は、研削バレルやローラーなどの円筒形の摩耗部品によく適用されます。これは、回転凝固により、耐摩耗性が最も重要な外壁に向かってより高密度の金属が詰め込まれ、一方、気孔率や軽い介在物が穴に向かって移動するためです。静的砂型鋳造は、ミキサーブレードやガイドプレートなどの不規則な形状では依然として一般的であり、精密鋳造バスケットまたはシェルモールドが再加工なしで既存の機器に適合する必要がある部品の寸法精度を制御します。注湯後の冷却速度の制御も同様に重要です。急速または不均一な冷却は、高クロム鉄中に残留オーステナイトを閉じ込めて、適切な不安定化熱処理が適用されるまで鋳物が設計硬度よりも軟らかいままになる可能性があるためです。

耐摩耗性鋳造製品群

次のコンポーネントは、高クロム粉砕シリンダーから Ni-Hard ミキサーブレードまで、粉砕、混合、および流量制御装置全体にさまざまな合金ファミリーがどのように適用されるかを示しています。

研削シリンダー 高クロム合金

研磨バレル 高クロム合金

ガスバルブディスク 42CrMo鋼

導流板 42CrMo鋼

ミキサー摩耗ブレード 二硬質鋳鉄

耐摩耗鋳物の品質検証

合金の性能は微細構造に大きく依存するため、目視検査だけでは耐摩耗性を確認できません。信頼できるサプライヤーは、さまざまな方法を組み合わせて鋳物を検証します。

摩耗した合金鋳物のメンテナンスと修理

耐摩耗性鋳造品の耐用年数を延ばすには、合金と損傷の程度に応じた修理方法があれば、通常、完全に交換するよりも費用がかかりません。

• 表面クラッド: プラズマ溶射またはレーザー被覆により、摩耗した領域の硬い表面層が再生され、寸法精度が回復します。
• 溶接修理： 予熱と徐冷を備えた低水素アルカリ性ロッドは、溶接温度を摂氏 250 ～ 300 度近くに保ち、母材の硬化特性を維持します。
• 機械加工と研磨： 軽度の摩耗は旋削または研削によって除去され、その後再熱処理によって元の硬度が回復されます。
• 直接交換: 衝撃による亀裂や広範囲の剥離のある部品は、再加工するのではなく完全に交換し、繰り返しの熱処理によって引き起こされる可能性のある微細構造の劣化を回避します。

耐摩耗性を超えて: 高温炉コンポーネント

耐摩耗装置を運用する多くの施設では熱処理ラインも稼動しているため、これらのシステムで使用されている関連合金鋳物に注目する価値があります。輻射熱管、炉ローラー、および連続炉ライン用の炉ローラーは通常、上記の摩耗合金ではなく耐熱性 Cr-Ni 合金で鋳造されます。これは、それらの主な課題は摩耗ではなく酸化と高温でのクリープであるためです。熱処理治具、溶接熱処理治具、熱処理ベース トレイ、精密鋳造バスケットは、ワークピースを炉内に運び、繰り返しのサイクルでの熱疲労に耐える必要があります。イプセンのファンブレード、炉の橋脚、AFC 炉のローラーレールとローラー、AFC プッシャーヘッド、キャストリンクベルト炉用のハースロール、チェーン鋳造炉用のチェーンプレートなどのコンポーネントは、連続炉内の治具と搬送システムを完成させます。これらのシステムも、荷重ゾーンなどで粒子の摩耗に遭遇する場合、基礎構造を保護するために、高クロムまたは Ni 硬合金の耐摩耗性ライナーが追加されることがよくあります。

耐摩耗性鋳造サプライヤーの選択

合金の選択以外にも、サプライヤーの経験が生産バッチ全体の一貫性に影響します。溶湯の化学的性質、熱処理サイクル、および鋳造後の検査を制御する鋳造工場は、より予測可能な耐用年数を備えた鋳物を提供する傾向があります。大量注文の前に材料証明書、硬度試験レポート、および必要に応じて非破壊試験記録をリクエストすると、公称グレード名だけに依存するのではなく、納入された合金が仕様に適合していることを確認するのに役立ちます。