Многокомпонентные износостойкие литые поковки

Когда слышишь ?многокомпонентные износостойкие литые поковки?, многие сразу представляют себе нечто монолитное и простое, типа цельнолитой болванки. На деле же — это часто сложный гибрид технологий, где литьё и ковка переплетаются, а износостойкость достигается не только материалом, но и структурой. В ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? мы через это прошли, и не раз. Порой заказчик хочет ?просто очень твёрдую деталь?, не понимая, что для футеровки мельницы и для ковша экскаватора — это разные истории, хоть и оба изнашиваются. Вот об этих нюансах, о том, что остаётся за рамками ТУ, и хочу порассуждать.

Что на самом деле скрывается за термином?

Если брать нашу специализацию — шары, поковки, футеровки для энергетики — то здесь многокомпонентность часто идёт не в смысле сборки из разных частей, а в смысле структуры материала. Речь о том, чтобы в одной отливке-поковке совместить, условно, вязкую сердцевину и износостойкую поверхность. Это не слоёный пирог в прямом смысле, а результат специфических режимов термообработки и иногда — внесения модификаторов в процессе литья.

На сайте https://www.nglsjc.ru мы указываем характеристики готовых изделий, но редко расписываем, как именно добиваемся, например, высокой стойкости к абразивному износу в условиях мокрого помола. А это целая эпопея с подбором хрома, марганца и карбидов, их распределением. Бывало, перекаливали поверхность — вроде твёрдость по Бринеллю за 600, а при ударном воздействии откалывался кусок. Вот она, обратная сторона ?максимальной износостойкости? без оглядки на комплекс нагрузок.

Именно поэтому для футеровок мельниц мы ушли от идеи просто лить высокохромистый чугун. Сейчас идём по пути многокомпонентных износостойких литых поковок — сначала отливка заготовки с приближённой формой, потом горячая штамповка (ковка) критических зон. Это позволяет сформировать направленную волокнистую структуру в местах наибольших ударных нагрузок. Не везде это нужно, но для крупных узлов — критически важно.

Практика: где теория сталкивается с возможностями цеха

Взять, к примеру, стальные шары для помола. Казалось бы, что тут сложного? Отлил шар, закалил. Но для крупных диаметров, от 100 мм, проблема ликвации (неоднородности состава) по сечению стоит остро. Можно получить шар с твёрдой коркой и мягкой сердцевиной, который быстро разобьётся. Наше решение — опять же, элемент подхода к многокомпонентным поковкам: литая заготовка подвергается интенсивной проковке, что дробит крупные кристаллы и выравнивает свойства по всему объёму.

Оборудование, конечно, диктует свои правила. Не каждый пресс позволяет обеспечить нужное обжатие для крупногабаритной поковки. Приходится идти на компромиссы, иногда проектировать оснастку, которая позволяет ковать не всю деталь, а только её рабочие грани. Это увеличивает трудоёмкость, но для ответственных узлов в энергетике — единственный путь.

Запомнился случай с футеровкой для дробилки на одной из ТЭЦ. По чертежу — массивная литая деталь из высокомарганцовистой стали. Сделали, как обычно. А она в работе дала трещину не в самом изнашиваемом месте, а в зоне крепления. Оказалось, там была концентрация напряжений от литья, которую не сняли. Пришлось пересматривать технологию: после литья эту зону локально подогревали и проковывали прессом. Добавило этап, но проблема ушла. Теперь для подобных ответственных вещей мы сразу закладываем в техпроцесс операцию локальной ковки.

Материалы: не только хром и марганец

Говоря об износостойкости, все сразу лезут в справочники по легированию. Да, хром — основа стойкости к абразиву, марганец — для работы на удар. Но в многокомпонентных литых поковках ключевым часто становится не основной легирующий элемент, а микродобавки: титан, ниобий, ванадий. Они формируют мелкие, равномерно распределённые карбиды, которые и работают как армирующая фаза.

Важный момент, который редко обсуждают в открытых источниках, — это влияние технологии переплава и разливки на чистоту стали. Для деталей, работающих в условиях кавитации (например, некоторые узлы гидротурбин), наличие неметаллических включений даже в малых количествах катастрофично. Мы для таких заказов переходим на выплавку в печах с ковшевой обработкой, хотя это и дороже. Но иначе — гарантированные проблемы у заказчика позже.

Эмпирическим путём пришли к тому, что для ударно-абразивного износа (как в мельницах) лучше работает не максимально твёрдая структура, а структура с определённой долей остаточного аустенита, который при наклёпе упрочняется. Это позволяет детали ?адаптироваться? к нагрузке в первые часы работы. Добиться такого баланса в литой детали сложно, а в поковке — реально за счёт контролируемой деформации и последующей термообработки.

Контроль качества: увидеть неочевидное

Самая большая головная боль — контроль внутренних дефектов в таких комбинированных изделиях. Ультразвук хорошо работает по поковкам, но плохо ?видит? переходные зоны между литой и кованой структурой. Приходится комбинировать методы: УЗК основного тела, капиллярный контроль поверхностей, а для самых ответственных — рентген в критических сечениях.

Были прецеденты, когда по паспорту и твёрдости всё идеально, а деталь в полевых условиях не выхаживала и половины ресурса. Разбор показывал, что в зоне перехода от литья к поковке образовалась сетка мелких, не выявленных при контроле, трещин. Сейчас для таких зон мы ввели обязательный выборочный металлографический анализ под микроскопом с каждого плавка-ковочной партии. Трудоёмко, но необходимо.

Именно поэтому на https://www.nglsjc.ru в описании продукции мы делаем акцент не на абстрактных ?высоких характеристиках?, а на конкретных режимах испытаний, которым изделия подвергаются. Для нас это вопрос репутации. Клиент из энергетики не может позволить себе частые остановки на замену футеровки или шаров в мельнице. Надёжность здесь в деталях, в буквальном смысле.

Взгляд вперёд: куда двигаться технологии?

Сейчас много говорят про аддитивные технологии для быстрого прототипирования. Для нас, в производстве износостойких литых поковок, это пока скорее инструмент для изготовления сложной литейной оснастки. Но интересное направление — это гибридные процессы, где основное тело детали отливается традиционно, а самые нагруженные рабочие кромки наплавляются или навариваются методом наплавки порошковой проволокой с иным составом. Получается истинно многокомпонентная деталь.

Ещё один тренд — цифровизация и моделирование. Мы начали внедрять ПО для симуляции процессов литья и ковки. Это позволяет заранее, на этапе техзадания, увидеть потенциальные проблемы: места возможной ликвации, зоны с высокой вероятностью образования трещин при ковке. Раньше на это уходили месяцы проб и ошибок, теперь — недели моделирования. Это сокращает сроки от разработки до опытной партии.

В конечном счёте, вся работа ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? сводится к одному: предоставить заказчику не просто изделие из металла по ГОСТ, а готовое техническое решение его проблемы с износом. Будь то шаровая мельница на угольной ТЭЦ или дробильный узел. И многокомпонентные износостойкие литые поковки — это не модный термин, а наш ежедневный инструмент для достижения этой цели. Инструмент сложный, требующий опыта и постоянного поиска, но другого пути к настоящей надёжности просто нет.