Famiglie di leghe principali utilizzate in getti resistenti all'usura

Le fonderie selezionano un sistema di leghe in base al meccanismo di usura dominante che una parte dovrà affrontare, quindi regolano la chimica e il trattamento termico per ottimizzare durezza, tenacità e comportamento alla corrosione. La tabella seguente riassume i gruppi di leghe più spesso specificati per i getti resistenti all'usura.

Getti di ferro bianco ad alto contenuto di cromo

Il ferro bianco ad alto contenuto di cromo è il materiale di riferimento per l'usura abrasiva pura poiché la sua microstruttura contiene densi carburi di cromo M7C3 incorporati in una matrice martensitica. Un contenuto di cromo compreso tra il 15 e il 26% produce carburi che resistono alla scriccatura di sabbia, minerali o aggregati di cemento molto meglio del semplice acciaio al carbonio. I cilindri di macinazione e le camicie dei tamburi vengono spesso fusi in questa lega, poiché la rete di carburo mantiene intatte le superfici soggette ad usura per migliaia di ore di funzionamento. Il trattamento termico mediante destabilizzazione e rinvenimento viene utilizzato per convertire l'austenite trattenuta in martensite, che aumenta la durezza superficiale senza rendere il getto sufficientemente fragile da rompersi sotto i normali carichi di servizio.

Getti in ghisa Ni-Hard

Il ferro Ni-Hard aggiunge nichel per sopprimere la formazione di perlite morbida durante il raffreddamento, consentendo alla matrice di trasformarsi direttamente in martensite anche in sezioni spesse. Ciò conferisce ai getti Ni-Hard un equilibrio favorevole tra durezza, costo di fusione e lavorabilità rispetto al ferro ad alto contenuto di cromo. Le pale della betoniera sono un'applicazione Ni-Hard comune, poiché il materiale tollera l'abrasione mista e l'impatto leggero di aggregati, sabbia e pasta di cemento. Gradi di materiali come AS2027 NiCr4 sono ampiamente specificati perché combinano la resistenza all'usura con la consistenza dimensionale necessaria per le parti di ricambio imbullonate.

Getti di acciaio ad alto contenuto di manganese

L'acciaio ad alto contenuto di manganese, noto anche come acciaio Hadfield, si comporta diversamente dalle due famiglie di ferro sopra menzionate. Allo stato grezzo è relativamente morbido e resistente, ma l'impatto ripetuto fa sì che lo strato superficiale si indurisca attraverso l'accoppiamento per deformazione, aumentando la durezza superficiale mentre il nucleo rimane duttile. I dati del settore indicano che questo meccanismo può fornire un aumento di circa 25 volte della resistenza all’usura rispetto all’acciaio al carbonio non trattato una volta che la superficie è completamente indurita. Ciò rende l'acciaio ad alto contenuto di manganese la scelta standard per mascelle, martelli e piastre d'urto di frantoi dove il carico d'urto improvviso, e non l'abrasione graduale, è la modalità di guasto dominante.

Selezione della lega corrispondente al meccanismo di usura

Selezionare una lega esclusivamente in base ai valori di durezza può portare a rotture premature o a costi eccessivi. Un approccio più affidabile consiste nel classificare prima l'ambiente operativo, quindi abbinare la famiglia di leghe e, ove necessario, un trattamento superficiale.

Processo di fusione e suoi effetti sulle prestazioni della lega

La composizione della lega determina la durata teorica dell'usura di una fusione, ma il processo di fusione determina se tale potenziale viene realizzato. La fusione centrifuga viene spesso applicata a parti cilindriche soggette ad usura come cilindri e rulli di macinazione, perché la solidificazione rotazionale compatta il metallo più denso verso la parete esterna, dove la resistenza all'usura conta di più, mentre la porosità e le inclusioni più leggere migrano verso il foro. La fusione statica in sabbia rimane comune per forme irregolari come le pale del miscelatore e le piastre guida, dove un cestello di fusione di precisione o uno stampo a conchiglia controlla l'accuratezza dimensionale per le parti che devono adattarsi alle apparecchiature esistenti senza rilavorazioni. Le velocità di raffreddamento controllate dopo la colata sono altrettanto importanti, poiché un raffreddamento rapido o irregolare può intrappolare l'austenite trattenuta nel ferro ad alto contenuto di cromo, lasciando la fusione più morbida della sua durezza di progetto fino all'applicazione di un adeguato trattamento termico di destabilizzazione.

Gamma di prodotti di fusione resistenti all'usura

I seguenti componenti illustrano come le diverse famiglie di leghe vengono applicate nelle apparecchiature di macinazione, miscelazione e controllo del flusso, dai cilindri di macinazione ad alto contenuto di cromo alle lame del miscelatore Ni-Hard.

Cilindri di macinazione Lega ad alto contenuto di cromo

Barili di macinazione Lega ad alto contenuto di cromo

Disco della valvola del gas Acciaio 42CrMo

Piastra guida flusso Acciaio 42CrMo

Lame usurate del miscelatore Ghisa Ni-Hard

Verifica della qualità per getti resistenti all'usura

Poiché le prestazioni della lega dipendono fortemente dalla microstruttura, l'ispezione visiva da sola non può confermare la resistenza all'usura. Fornitori affidabili verificano i getti attraverso una combinazione di metodi.

Manutenzione e riparazione di fusioni in leghe usurate

Estendere la vita utile di una fusione resistente all'usura solitamente costa meno della sostituzione completa, a condizione che il metodo di riparazione corrisponda alla lega e all'entità del danno.

• Rivestimento superficiale: La spruzzatura al plasma o il rivestimento laser rigenerano uno strato superficiale duro sulle aree usurate e ripristinano la precisione dimensionale.
• Riparazione della saldatura: Le bacchette alcaline a basso contenuto di idrogeno con preriscaldamento e raffreddamento lento, mantenendo la temperatura di saldatura intorno a 250-300 gradi Celsius, preservano le proprietà di indurimento del materiale di base.
• Lavorazione e lucidatura: L'usura minore viene rimossa mediante tornitura o molatura, seguita da un trattamento termico per ripristinare la durezza originale.
• Sostituzione diretta: Le parti con crepe da impatto o scheggiature su vasta area vengono sostituite completamente anziché rilavorate, evitando il degrado microstrutturale che il trattamento termico ripetuto può causare.

Oltre la resistenza all'usura: componenti del forno ad alta temperatura

Molte strutture che utilizzano apparecchiature resistenti all'usura gestiscono anche linee di trattamento termico, quindi vale la pena notare le relative fusioni in lega utilizzate in tali sistemi. I tubi di calore radiante, i rulli del forno e i rulli del forno per linee di forni continui sono generalmente fusi in leghe Cr-Ni resistenti al calore piuttosto che nelle leghe antiusura sopra descritte, poiché la loro sfida principale è l'ossidazione e lo scorrimento ad alta temperatura piuttosto che l'abrasione. Gli impianti per il trattamento termico, gli impianti per il trattamento termico di saldatura, i vassoi di base per il trattamento termico e i cestelli per fusione di precisione trasportano i pezzi attraverso il forno e devono resistere alla fatica termica nel corso di cicli ripetuti. Componenti come la pala della ventola Ipsen, le colonne del forno, le rotaie e i rulli del forno AFC, la testa di spinta AFC, il rullo della suola per il forno a nastro a maglie colate e la piastra della catena per il forno di colata a catena completano l'attrezzatura e il sistema di trasporto all'interno dei forni continui. Laddove questi sistemi incontrano anche abrasione da particelle, come nelle zone di carico, vengono spesso aggiunti rivestimenti resistenti all'usura in lega ad alto contenuto di cromo o Ni-Hard per proteggere la struttura sottostante.

Scelta di un fornitore di getti resistenti all'usura

Al di là della selezione della lega, l’esperienza del fornitore influisce sulla coerenza tra i lotti di produzione. Le fonderie che controllano la chimica della fusione, i cicli di trattamento termico e l'ispezione post-fusione tendono a fornire getti con una durata di servizio più prevedibile. Richiedere certificati dei materiali, rapporti sui test di durezza e, ove pertinente, registrazioni di test non distruttivi prima di ordini di grandi dimensioni aiuta a confermare che la lega consegnata corrisponde alle specifiche anziché fare affidamento solo sui nomi delle qualità nominali.