Объяснение хромового карбидного покрытия (CCO): Почему это идеальный выбор для сопротивления абразивному износу

Что Такое Хромокарбидное Покрытие (CCO)? Состав и Микроструктура

Химический Состав и Образование Карбида Cr7C3 в Хромокарбидном Покрытии CCO

Пластины CCO в основном изготавливаются из углеродистой стали с наплавленным слоем гиперэвтектического сплава, содержащим где-то между 25 и 40 процентами хрома, а также около 3–5 процентов углерода. При этом такая смесь образует карбиды Cr7C3, и эти мелкие структуры обладают уровнем твёрдости свыше HV1800 по шкале измерения. Примерно 35–60 процентов состава наплавленного слоя состоит из этих карбидов, расположенных в виде сетчатых структур, которые демонстрируют высокую устойчивость к абразивному износу. Умные производители регулируют содержание кремния (обычно 1–4%) и марганца на аналогичных уровнях, чтобы улучшить форму карбидов и минимизировать риск трещинообразования при производстве пластин. Такая тонкая настройка важна, поскольку она напрямую влияет на срок службы готового продукта в тяжёлых условиях эксплуатации.

Уровень твёрдости (HRC 56–63) и его роль в свойствах сопротивления износу при наплавке карбидом хрома

Твердость поверхности достигает около HRC 56–63 для наплавленного слоя, что обеспечивает высокую устойчивость к износу со временем. При испытаниях при HRC 60 конкретно пластины CCO теряют около трети того, что теряет сталь AR450 во время испытаний по ASTM G65. Причина такой впечатляющей твердости заключается в прочных карбидах Cr7C3, которые формируются по всей микроскопической структуре материала. Интересно, что несмотря на всю эту твердость, в материале сохраняется достаточная гибкость (примерно 2–4% удлинения), так что он не сломается при сильных ударах. Большинство закаленных сталей не обеспечивают такого баланса между прочностью и хрупкостью, что делает пластины CCO довольно уникальными в определенных применениях, где требуются как прочность, так и некоторая податливость.

Анализ микроструктуры: концентрация и ориентация карбидов в износостойких пластинах

Анализы микрографий выявляют два структурных преимущества:

1. Градиенты концентрации карбидов : Наивысшая плотность (55–65% по объему) на поверхности износа, уменьшающаяся до 30–35% вблизи границы с основой
2. Кольцевое расположение : Карбиды ориентированы перпендикулярно рабочим векторам напряжений в 78% испытанных на практике плит

Эта разработанная микроструктура уменьшает глубину проникновения абразива на 40–60% по сравнению с однородными наплавками, как подтверждено испытаниями на цементных заводах

Высокая стойкость к абразивному износу при использовании наплавленных плит с карбидом хрома (CCO)

Характеристики абразивного износа сложных карбидных наплавок (CCO) при высоких нагрузках

Плиты CCO демонстрируют превосходные характеристики в условиях высокого давления абразивного износа благодаря своей карбидной сетке Cr7C3, которая устойчива к выкрашиванию и царапанию, вызванному крупными частицами, такими как диоксид кремния или железная руда. Лабораторные испытания при скользящем напряжении 250 МПа показали, что потеря массы у CCO на 40% меньше, чем у традиционных закаленных сталей, что делает его идеальным материалом для тяжелого горнодобывающего оборудования

Сравнение стойкости к абразивному износу плит CCO и стали AR400/500

В то время как сталь марки AR400/500 основывается на объемной твердости (по Бринеллю 400–500), пластины CCO обеспечивают превосходную защиту за счет концентрации карбидов (до 60% по объему). В испытаниях с песчаной суспензией (ASTM G65) CCO превосходит AR500 по сроку службы в 3,2 раза благодаря следующим причинам:

• Более высокой твердости карбидов (HRC 63) по сравнению с мартенситной стальной матрицей (HRC 53)
• Ориентации карбидов в одном направлении, которая отклоняет траектории абразивных частиц

Это преимущество по производительности возрастает при использовании угловатых абразивов размером более 2 мм, при этом встроенные карбиды предотвращают глубокие царапины

Срок службы и долговечность износостойких пластин CCO в условиях постоянного абразивного износа

В реальных условиях цементных заводов, износостойкие плиты CCO обычно служат около 12–18 месяцев в желобах сырьевой мельницы, перерабатывающих приблизительно 800 тонн известняка в час. Это намного дольше, чем типичный срок службы 4–6 месяцев, характерный для аналогов из стали AR400. Возможность такой продолжительной эксплуатации обеспечивается их слоистой конструкцией, позволяющей постепенный износ. Сначала изнашиваются поверхностные карбиды, но внутренние слои продолжают выполнять свою защитную функцию. Такой постепенный износ снижает количество непредвиденных остановок почти на две трети на заводах, работающих в круглосуточном режиме. В большинстве случаев замена этих плит требуется только в рамках планового технического обслуживания, а не из-за внезапных остановок производства.

Производство износостойких плит Chromium Carbide Overlay (CCO): методы наплавки и сварки

Производство наплавленных пластин из карбида хрома (CCO) заключается в правильном сочетании металлургии и сварочных технологий. Производители приваривают эти сплавы с высоким содержанием хрома к стальным основам, тщательно контролируя тепловую обработку. В результате получаются поверхности, в которых прочные карбиды Cr7C3 составляют около 30–50% объема материала. Твердость таких наплавок составляет от HRC 56 до 63, что делает их очень полезными для условий, где оборудование подвергается экстремальному износу. Например, это горнодобывающая промышленность, где материалы скользят по желобам, или внутри огромных цементных мельниц, которые работают без остановки.

Технология наплавки при производстве структуры пластины с карбидным покрытием из хрома

Процесс наплавки, как правило, предполагает нанесение слоев сплава толщиной около 4–6 миллиметров с использованием методов, таких как сварка открытым дуговым или погружным дуговым способом. То, что происходит дальше, довольно интересно с точки зрения материаловедения: карбиды хрома на самом деле образуют прочную металлургическую связь с любой стальной поверхностью, к которой они применяются. Во время фазы охлаждения эти наплавленные слои склонны образовывать трещины перекрестного типа, что является частью естественного процесса усадки. Хотя на первый взгляд это может выглядеть тревожаще, такие трещины выполняют важную функцию — они снимают накопленные внутренние напряжения, не влияя на износостойкость материала со временем. Исходя из того, что мы наблюдали в реальных условиях эксплуатации, именно такой характер трещинообразования предотвращает разрушительные разрывы при воздействии значительных рабочих нагрузок, благодаря чему инженеры закладывают именно такое поведение в конструкцию, а не стремятся предотвратить его.

Сварка открытым дуговым способом против сварки погружным дуговым способом при изготовлении плит CCO

Сварка открытым дуговым методом обеспечивает более высокую скорость наплавки (12–18 кг/ч), что делает ее подходящей для больших пластин, используемых при транспортировке сыпучих материалов. Однако она часто приводит к образованию микротрещин и неровных поверхностей, требующих дополнительной обработки.

Субмерсионная дуговая сварка (SAW) использует флюс для защиты сварочной ванны, обеспечивая более гладкие поверхности и направленное выравнивание карбида. Промышленные реализации SAW показывают на 15–20% лучшую стабильность износостойкости по сравнению с открытым дуговым методом благодаря более точному контролю над тепловложением (800–950°C) и скоростью охлаждения.

Ключевые промышленные применения пластин с наплавкой карбида хрома (CCO)

Использование CCO в желобах, бункерах, трубах и пневматических линиях для снижения абразивного износа

Пластины CCO стали стандартной защитой для оборудования для транспортировки материалов, которое подвергается постоянному износу. Горнодобывающие предприятия и заводы по переработке сыпучих материалов широко используют эти пластины для облицовки желобов, поскольку они выдерживают постоянный поток угля, руды и гравия, перемещающегося со скоростью более 15 метрических тонн в час. Их отличительной чертой является специальное покрытие Cr7C3, образующее прочный внешний слой. Такая поверхностная характеристика не позволяет материалам прилипать к бункерам и пневматическим линиям, что означает меньшее количество остановок производственной линии. Согласно отраслевым отчетам, при переходе от обычных стальных систем к системам, защищённым с использованием технологии CCO, операторы отмечают снижение нарушений потока материалов примерно на 40%.

Роль износостойких пластин CCO в цементных смесительных и мельничных установках

В производстве цемента, пластины CCO противостоят экстремальному износу от клинкера и известняка. Шаровые мельницы, оснащенные футеровкой CCO, сохраняют твердость HRC 58–62 даже при рабочих температурах выше 300°C. Одна пластина CCO толщиной 20 мм, как правило, служит в 3–5 раз дольше, чем марганцовистая сталь в вертикальных роликовых мельницах, сокращая частоту замены вдвое.

Применение пластин CCO в дробильной и измельчающей промышленности

Способность CCO противостоять абразивному износу и выдерживать умеренные ударные нагрузки сделала его популярным материалом для таких применений, как футеровка дробилок, тяжелые молотки для измельчителей и различные изнашивающиеся детали в мельницах. Возьмем, к примеру, карьеры, где операторы устанавливают боковые плиты щековых дробилок с нанесенными на них покрытиями из карбида хрома. Эти компоненты работают в довольно тяжелых условиях, при циклических нагрузках от примерно 500 до даже 800 МПа при дроблении прочных материалов, таких как гранит и базальт, день за днем. Также стоит упомянуть еще одно важное преимущество. Предприятия по переработке отходов заметили интересный эффект при переходе от обычной стали марки AR400 к оборудованию с защитой CCO. Согласно их отчетам, уровень загрязнения металлом снижается примерно на три четверти, что означает более чистые выходные продукты и меньше проблем на последующих этапах перерабатывающей цепочки.

Отрасли, использующие износостойкие плиты CCO: горнодобывающая промышленность, нефтегазовая отрасль и целлюлозно-бумажная промышленность

Три отрасли обеспечивают 82% мирового спроса на CCO:

• Горное дело : Ковши экскаваторов-драглайнов, корпуса шламовых насосов
• Нефть и газ : Внутренние компоненты песковых сепараторов, защитные устройства для бурильных труб
• Переработка целлюлозы : Дробилки для щепы, компоненты котлов утилизации черного щелока

Эти отрасли используют CCO благодаря способности материала продлевать срок службы оборудования на 8–12 лет в условиях постоянного абразивного износа, значительно снижая общие затраты на владение.

CCO против AR-стали и T-1 стали: сравнительный анализ решений для промышленной защиты от износа

Износостойкость и устойчивость к абразивному износу CCO по сравнению с традиционными AR-столями

Пластины CCO обеспечивают до 5– более длительный срок службы по сравнению со сталями AR400/500 в условиях высокого абразивного износа благодаря своей уникальной микроструктуре. Карбиды Cr7C3 в CCO достигают HRC 56–63 , превосходя AR-сталь (HRC 42–52). Это означает на 60% меньше износа по сравнению с аналогами AR500 в горных конвейерных системах через 12 месяцев работы

Конструкционные и экономические преимущества CCO по сравнению с плитой Т-1 в тяжелых условиях эксплуатации

Пластины T-1 определенно лучше выдерживают удары, но когда дело доходит до постоянного абразивного износа, для работы лучше подходит CCO. Особенность CCO заключается в его биметаллической конструкции, которая обеспечивает примерно на 80 процентов большую толщину защиты от износа по сравнению с обычными покрытиями T-1, при этом не теряя способности к сварке. Если говорить о реальной экономии затрат, то компании сообщают о сокращении общих расходов на 25–35 процентов со временем. Например, футеровка бетономешалок: при использовании стандартных материалов эти детали обычно необходимо заменять каждые три месяца, но при установленном CCO интервалы обслуживания увеличиваются примерно до двух лет.