Welke staalsoorten/legeringen worden gebruikt in slijtvaste gietstukken?

Kernlegeringfamilies gebruikt in slijtvaste gietstukken

Gieterijen selecteren een legeringssysteem op basis van het dominante slijtagemechanisme waarmee een onderdeel te maken krijgt, en passen vervolgens de chemie en de warmtebehandeling aan om de hardheid, taaiheid en corrosiegedrag nauwkeurig af te stemmen. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de legeringsgroepen die het vaakst worden gespecificeerd voor slijtvaste gietstukken.

Hoog chroomwit ijzergietwerk

Wit ijzer met een hoog chroomgehalte is het referentiemateriaal voor pure schurende slijtage, omdat de microstructuur dichte M7C3-chroomcarbiden bevat, ingebed in een martensitische matrix. Een chroomgehalte tussen 15 en 26 procent produceert carbiden die veel beter bestand zijn tegen gutsen uit zand, erts of cementaggregaat dan gewoon koolstofstaal. Slijpcilinders en trommelvoeringen worden vaak in deze legering gegoten, omdat het carbidenetwerk de slijtoppervlakken gedurende duizenden bedrijfsuren intact houdt. Warmtebehandeling door middel van destabilisatie en temperen wordt gebruikt om vastgehouden austeniet om te zetten in martensiet, waardoor de oppervlaktehardheid toeneemt zonder het gietstuk broos genoeg te maken om te barsten onder normale belasting.

Ni-hard gietijzeren gietstukken

Ni-hard ijzer voegt nikkel toe om de vorming van zacht perliet tijdens het afkoelen te onderdrukken, waardoor de matrix zelfs in dikke delen direct in martensiet kan transformeren. Dit geeft Ni-Hard-gietstukken een gunstig evenwicht tussen hardheid, gietkosten en bewerkbaarheid in vergelijking met ijzer met een hoog chroomgehalte. Betonmixerbladen zijn een veel voorkomende Ni-Hard-toepassing, omdat het materiaal de gemengde slijtage en lichte impact van aggregaat, zand en cementpasta verdraagt. Materiaalkwaliteiten zoals AS2027 NiCr4 worden breed gespecificeerd omdat ze een lange levensduur combineren met de maatconsistentie die nodig is voor aanboutbare vervangingsonderdelen.

Gietstukken van hoog mangaanstaal

Hoog mangaanstaal, ook bekend als Hadfield-staal, gedraagt zich anders dan de twee ijzerfamilies hierboven. In de gegoten toestand is het relatief zacht en taai, maar herhaalde schokken zorgen ervoor dat de oppervlaktelaag hard wordt door vervormingsverdubbeling, waardoor de oppervlaktehardheid toeneemt terwijl de kern taai blijft. Uit gegevens uit de industrie blijkt dat dit mechanisme een ruwweg 25-voudige toename van de slijtvastheid kan opleveren in vergelijking met onbehandeld koolstofstaal zodra het oppervlak volledig is uitgehard. Dit maakt staal met een hoog mangaangehalte de standaardkeuze voor brekerkaken, hamers en slagplaten waarbij plotselinge schokbelasting, en niet geleidelijke slijtage, de dominante faalwijze is.

Overeenkomende legeringsselectie met slijtagemechanisme

Het selecteren van een legering puur op hardheidsgetallen kan leiden tot voortijdige scheuren of buitensporige kosten. Een betrouwbaardere aanpak is om eerst de werkomgeving te classificeren, vervolgens de legeringsfamilie te matchen en, waar nodig, een oppervlaktebehandeling te ondergaan.

Gietproces en het effect ervan op de prestaties van legering

De legeringssamenstelling bepaalt de theoretische levensduur van een gietstuk, maar het gietproces bepaalt of dat potentieel wordt gerealiseerd. Centrifugaal gieten wordt vaak toegepast op cilindrische slijtdelen zoals slijptonnen en walsen, omdat de roterende stolling dichter metaal naar de buitenwand pakt, waar slijtvastheid het belangrijkst is, terwijl porositeit en lichtere insluitsels naar de boring migreren. Statisch zandgieten blijft gebruikelijk voor onregelmatige vormen zoals mixerbladen en geleideplaten, waarbij een precisiegietmand of schaalvorm de maatnauwkeurigheid regelt voor onderdelen die zonder nabewerking in bestaande apparatuur moeten passen. Gecontroleerde afkoelsnelheden na het gieten zijn net zo belangrijk, omdat snelle of ongelijkmatige afkoeling achtergebleven austeniet in ijzer met een hoog chroomgehalte kan vasthouden, waardoor het gietstuk zachter blijft dan de ontwerphardheid totdat een juiste destabilisatie-warmtebehandeling wordt toegepast.

Slijtvast gietproductassortiment

De volgende componenten illustreren hoe verschillende legeringsfamilies worden toegepast in slijp-, meng- en stroomcontroleapparatuur, van slijpcilinders met een hoog chroomgehalte tot Ni-Hard-mengbladen.

Slijpcilinders Hoge chroomlegering

Slijpen van vaten Hoge chroomlegering

Gasklepschijf 42CrMo-staal

Stroomgeleidingsplaat 42CrMo-staal

Slijtbladen van mixers Ni-hard gietijzer

Kwaliteitscontrole voor slijtvaste gietstukken

Omdat de prestaties van de legering sterk afhankelijk zijn van de microstructuur, kan visuele inspectie alleen de slijtvastheid niet bevestigen. Betrouwbare leveranciers verifiëren gietstukken via een combinatie van methoden.

Onderhoud en reparatie van versleten aluminium gietstukken

Het verlengen van de levensduur van een slijtvast gietstuk kost doorgaans minder dan volledige vervanging, op voorwaarde dat de reparatiemethode past bij de legering en de omvang van de schade.

• Oppervlaktebekleding: Plasmaspuiten of lasercladding regenereert een harde oppervlaktelaag op versleten plekken en herstelt de maatnauwkeurigheid.
• Lassenreparatie: Waterstofarme alkalische staven met voorverwarming en langzame afkoeling, die de lastemperatuur rond de 250 tot 300 graden Celsius houden, behouden de hardingseigenschappen van het basismateriaal.
• Bewerken en polijsten: Kleine slijtage wordt verwijderd door draaien of slijpen, gevolgd door een herverhittingsbehandeling om de oorspronkelijke hardheid te herstellen.
• Directe vervanging: Onderdelen met barsten of afbrokkelingen over een groot oppervlak worden direct vervangen in plaats van herwerkt, waardoor de microstructurele degradatie wordt vermeden die herhaalde hittebehandeling kan veroorzaken.

Meer dan slijtvastheid: ovencomponenten voor hoge temperaturen

Veel faciliteiten die slijtvaste apparatuur gebruiken, beschikken ook over warmtebehandelingslijnen, dus het is de moeite waard om de bijbehorende legeringsgietstukken te vermelden die in deze systemen worden gebruikt. Stralingswarmtebuizen, ovenrollen en ovenrollen voor continue ovenlijnen worden doorgaans gegoten in hittebestendige Cr-Ni-legeringen in plaats van de hierboven beschreven slijtagelegeringen, aangezien hun belangrijkste uitdaging oxidatie en kruip bij hoge temperatuur is in plaats van slijtage. Warmtebehandelingsarmaturen, warmtebehandelingsarmaturen voor lassen, bodemplaten voor warmtebehandeling en precisiegietmanden dragen werkstukken door de oven en moeten thermische vermoeidheid gedurende herhaalde cycli weerstaan. Componenten zoals het Ipsen-ventilatorblad, ovenpijlers, AFC-ovenrolrails en -rollen, AFC-duwkop, haardrol voor ovens met gegoten schakels en kettingplaat voor kettinggietovens ronden het bevestigings- en transportsysteem in continue ovens af. Waar deze systemen ook te maken krijgen met deeltjesslijtage, zoals bij laadzones, worden vaak slijtvaste liners in een hoog chroom- of Ni-Hard-legering toegevoegd om de onderliggende structuur te beschermen.

Een slijtvaste gietleverancier kiezen

Naast de selectie van legeringen heeft de ervaring van leveranciers invloed op de consistentie tussen productiebatches. Gieterijen die de smeltchemie, warmtebehandelingscycli en inspecties na het gieten beheersen, leveren doorgaans gietstukken met een voorspelbaardere levensduur. Het opvragen van materiaalcertificaten, hardheidstestrapporten en, waar relevant, niet-destructieve testrapporten vóór grote bestellingen helpt bevestigen dat de geleverde legering overeenkomt met de specificatie, in plaats van alleen te vertrouwen op nominale kwaliteitsnamen.