Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЛОТКА ДЛЯ ШРЕДЕРНОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к дроблению, измельчению твердых материалов в черной и цветной металлургии и может быть использовано для изготовления износостойких ударных изделий, например молотков шредерной установки для измельчения металлолома.

Известен способ изготовления молотка для шредерной установки путем литья в песчаные формы (http://ru.made-in-china.com/co_shanghaiwuchuan/product_Manganese-Shredder-Hammer-Metal-Crusher-Parts_hourgnygg.html) из стали с высоким содержанием марганца: Mn13Cr, Mn13CrМо.

Недостаток способа в том, что молотки для шредерной установки, изготовленные методом литья в формы, имеют низкую стойкость при измельчении высоколегированного металлолома марок 3АН и 5АТ.

Известен также способ изготовления износостойких ударных изделий путем установки в литейную форму основы изделия из углеродистой стали, нагрева формы до 500-800°C, формирования износостойкого слоя заливкой в форму высокомарганцовистой стали с заданной температурой начала и окончания заливки, покрытие формы теплоизолирующим материалом и выдержкой под ним в течение 5-8 ч с последующим охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды (Патент РФ №2141885, ΜΠΚ B22D 19/06, опубл. 27.11.1999 г.).

Недостаток способа заключается в том, что технология получения молотков методом литья приводит к получению крупнозернистой структуры металла и, как следствие, к недостаточной пластичности литых молотков, что является основной причиной их недостаточной стойкости и поломок в процессе работы.

Наиболее близким к предложенному является способ изготовления пластинчатого молотка, включающий вырубку пластины с двумя отверстиями, одностороннее упрочнение концов пластины наплавкой твердым сплавом, при котором перед упрочнением по периметру одного или обоих концов одной из сторон пластины на определенном расстоянии от ее краев выполняют отверстия или пазы на глубину 1/2-1/3 толщины упрочняемого молотка (Патент РФ №2563696, МПК В02С 13/28, опубл. 20.09.2015 г.).

Недостаток способа заключается в том, что полученный таким способом молоток пригоден для измельчения только мягких материалов, т.к. твердый наплавляемый сплав наносится не на всю поверхность молотка, изнашиваемые поверхности ограничены в размере. При измельчении металлолома практически вся поверхность молотка соприкасается с металлом, слой наплавленного сплава быстро изнашивается, особенно при измельчении высоколегированного металлолома, срок эксплуатации молотка снижается, что приводит к снижению производительности шредера.

Технический результат изобретения - повышение стойкости молотка для шредерной установки, увеличение ее производительности, а также уменьшение вытяжки посадочного отверстия молотка на оси ротора.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления молотка для шредерной установки, включающем получение заготовки молотка, ее термическую обработку, механическую обработку посадочного отверстия на ось ротора, заготовку молотка получают из непрерывнолитого сляба путем вырезки из него первоначально прямоугольной заготовки при температуре не менее 400°C, нагрева ее до температуры ковки 1100-1300°C, последующей ковки на прессе, нагрева до температуры 820-840°C со скоростью не более 80°C/ч и выдержки в течении 3÷4 ч и охлаждения с печью до температуры 300-400°С, последующей вырезки из первоначальной заготовки молотка на газорезательной машине, механической обработки посадочного отверстия на ось ротора и термической обработки путем нагрева молотка до температуры аустенизации Ас₃+30÷50°С со скоростью не более 80°С/ч и выдержки при указанной температуре в течение 3÷4 ч, охлаждения рабочей части молотка в ванне с водой с последующим охлаждением молотка до температуры окружающей среды на воздухе, нагревом молотка до температуры 150-250°C, выдержкой при этой температуре в течение 4÷6 ч и последующим охлаждением на воздухе, при этом непрерывнолитой сляб изготавливают из стали марки типа 40ХС2Н2М.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Из непрерывнолитого сляба при температуре не менее 400°C первоначально вырезают прямоугольную заготовку молотка для шредерной установки заданного размера. Вырезают заготовку с использованием газокислородной резки. При температуре вырезки менее 400°C вследствие перепада температур по месту газокислородной резки образуются трещины. Полученную прямоугольную заготовку нагревают до температуры ковки 1100-1300°C с последующей ковкой на прессе. При температуре менее 1100°C резко возрастает сопротивление деформации, что затрудняет процесс ковки и увеличивает энергозатраты. При температуре более 1300°C происходит укрупнение зерна структуры металла, избыточное образование окалины, все это приводит к образованию внутренних и поверхностных дефектов при ковке. После окончания ковки заготовку вновь нагревают до температуры 820-840°C со скоростью не более 80°C/ч и выдерживают при данной температуре в течение 3÷4 ч, затем охлаждают вместе с печью до температуры 300-400°С. При температуре менее 820°С не происходит полного снятия внутренних напряжений в металле после ковки. При температуре более 840°C происходит избыточное образование окалины и увеличиваются энергозатраты. При скорости нагрева более 80°C/ч вырастает неравномерность температуры по сечению заготовки, что приводит к образованию термических трещин, не происходит выравнивания температуры по сечению заготовки. При выдержке менее 3 ч не происходит выравнивания температуры по объему заготовки, а при выдержке более 4 ч происходит избыточное образование окалины и увеличиваются энергозатраты. Охлаждение заготовки до температуры 300-400°C обеспечивает качественный процесс последующей вырезки молотка и посадочного отверстия на ось ротора из первоначальной кованой заготовки на газорезательной машине.

После получения окончательной формы молотка для шредерной установки производят механическую обработку посадочного отверстия на ось ротора и термическую обработку молотка до температуры аустенизации Ас₃+30÷50°C со скоростью не более 80°C/ч и выдержку при указанной температуре в течение 3÷4 ч. При нагреве со скоростью более 80°C/ч возникают чрезмерные внутренние напряжения в металле вследствие неравномерности температуры по объему изделия, что приводит к образованию дефектов в виде трещин. При выдержке менее 3 ч не происходит выравнивания температуры по объему изделия. При выдержке более 4 ч происходит избыточное образование окалины и увеличиваются энергозатраты. После нагрева и выдержки производят охлаждение рабочей части молотка в ванне с водой с последующим охлаждением молотка до температуры окружающей среды на воздухе, затем производят нагрев молотка до температуры 150-250°C, выдержку при этой температуре в течение 4÷6 ч и последующее охлаждение на воздухе. Нагрев до температуры аустенизации необходим для осуществления полной объемной закалки. При нагреве молотка до температуры менее 150°C не происходит полного устранения закалочных напряжений, а при нагреве свыше 250°C происходит снижение твердости молотка, что снижает его износостойкость. При выдержке менее 4 ч происходит неполное снятие напряжений в молотке, а при выдержке свыше 6 ч снижается твердость молотка. Непрерывнолитой сляб изготавливают из стали марки типа 40ХС2Н2М.

Предложенный способ производства заготовки для молотка из непрерывнолитого сляба из высокопрочной стали и последующей технологией ее обработки и обработки молотка позволяет получить более мелкую по сравнению с литьем структуру металла, что ведет к увеличению стойкости молотка при эксплуатации.

Пример осуществления способа

В электросталеплавильном цехе выплавили высокопрочную сталь следующего химического состава: 0,39% углерода, 0,50% марганца, 1,47% кремния, 0,006% фосфора, 0,003% серы, 1,04% хрома, 1,25% никеля, 0,11% меди, 0,010% азота, 0,30% молибдена, 0,002% кальция, 0,011% алюминия, железо и неизбежные примеси - остальное (возможно использование стали марок 40ХС2Н2М, 42ХСНМА, 43 ХСНМА, 45ХНМФА, 45Х2НМФБА, 50ХГФА, 30ХГСА, 35ХГСА). Данную сталь разлили на машине непрерывного литья в сляб размером 193×1300×6640 мм с последующей горячей прокаткой на размер 125×1300×10000 мм и порезкой на 18 заготовок прямоугольного сечения при температуре 500°C. Полученные заготовки отгрузили в кузнечно-прессовый цех, где их поместили в камерную печь и нагрели до температуры ковки 1200°C, проковали на прессе, затем снова поместили в печь и нагрели до температуры 820°C со скоростью 60°C/ч, выдержали при этой температуре в течение 3 ч и охладили вместе с печью до температуры 350°C. При этой температуре заготовки уложили в термос и перевезли в котельно-монтажный цех, где на газорезательной машине «Комета» из каждой первоначальной заготовки вырезали заготовку молотка необходимого размера, включая вырезку посадочного отверстия на ось ротора диаметром 200 мм и отверстия для транспортировки.

После вырезки молотки отгрузили в ремонтно-механический цех, в котором на карусельном станке произвели механическую обработку посадочного отверстия на ось ротора, а для снятия термических напряжений по месту огневого реза произвели термическую обработку путем нагрева молотка до температуры 950°C (аустенизации Ас₃+30÷50°C) со скоростью 80°C/ч и выдержки при указанной температуре в течение 3 ч.

Корзину с нагретыми молотками опустили краном в бак с водой до полного погружения, при охлаждении в ванне производили барботаж воды сжатым воздухом, охлаждение производили не менее 10 минут, полное охлаждение молотков до температуры окружающей среды производили на воздухе.

Затем молотки перевезли в фасонно-литейный цех, где произвели термообработку (отпуск) молотков путем нагрева их в печи до температуры 220°C, выдержки при этой температуре в течение 5 ч и последующего охлаждения на воздухе. После охлаждения произвели замер твердости каждого молотка переносным прибором по точкам на рабочей поверхности и возле посадочного отверстия, которая должна соответствовать 331-461 НВ. Готовые молотки отправили в копровый цех ПАО «Северсталь», где их установили на шредерную установку с целью последующей эксплуатации.

Предлагаемая технология изготовления молотка для шредерной установки из стали марки типа 40ХС2Н2М позволила увеличить стойкость молотка с 17000 тн (молотка, полученного методом литья из марки стали 110Г13Л) до 27000 тн (молотка, полученного предлагаемой технологией) перерабатываемого металлолома. При этом отсутствовал износ на посадочном отверстии на ось ротора, максимальная вытяжка посадочного отверстия составила 13 мм по сравнению с 35 мм для литых молотков. Возросла производительность установки на 30% за счет сокращения времени на остановку шредера по причине замены изношенных молотков.