Виды отказов изнашиваемых деталей: анализ трещин, износа и разрушения

Почему повреждаются изнашиваемые детали: схема диагностики

Поверхность излома, характер износа, место повреждения и наработка дают сведения о причинах отказа детали дробилки. Замена без изучения этих признаков оставляет причины неустраненными и может приводить к повторному преждевременному износу, внеплановым простоям и росту затрат.

Руководство предлагает последовательный подход к определению пяти основных видов повреждений деталей дробилок. Диагностика помогает операторам и ремонтным специалистам выбирать меры для увеличения ресурса, сокращения простоев и затрат на тонну. Более широкий контекст рассмотрен в нашем руководстве по снижению эксплуатационных затрат дробилки.

Пять основных видов повреждений

Повреждения изнашиваемых деталей дробилок можно разделить на пять основных механизмов. Понимание различий — первый шаг к диагностике и профилактике.

Первый вид повреждения: хрупкое разрушение

Механизм и признаки

Хрупкое разрушение возникает, когда трещина распространяется быстрее, чем пластическая деформация способна поглощать выделяющуюся энергию. Разрушение происходит внезапно, почти без предупреждения. Излом часто выглядит кристаллическим или зернистым и имеет острые края.

Этот вид повреждения опасен возможностью внезапного отказа. Футеровка может разрушиться, если ударная нагрузка повышает интенсивность напряжений у вершины трещины выше вязкости разрушения (KIc).

Основные причины

• Неподходящий материал — применение недостаточно вязкого материала при ударах за пределами допуска материала и конструкции отливки. Вязкость разрушения зависит от марки, термообработки, образца и метода испытания; руководствуйтесь применимым стандартом и отчетом о материале.
• Попадание постороннего металла — зубья экскаватора или буровые штанги, попавшие в дробилку, могут создавать резкие удары, превышающие несущую способность детали.
• Литейные дефекты — внутренние усадочные раковины, поры или неспаи концентрируют напряжения и могут инициировать трещины. На необработанной литой поверхности они часто не видны.
• Неправильная термообработка — неотпущенный мартенсит хрупок. Закалка без необходимого отпуска может оставлять высокие остаточные напряжения и низкую вязкость разрушения.
• Работа при отрицательной температуре — некоторые материалы теряют вязкость на холоде, но критическая температура зависит от сплава, термообработки, сечения и нагрузки. Задавайте требования к ударным испытаниям по минимальной расчетной температуре.

Профилактические меры

1. Подбирайте материал под режим работы — для сильных ударов оценивайте марганцовистую или мартенситную легированную сталь, не выбирая высокохромистый чугун только по твердости. Подбор по условиям рассмотрен в нашем руководстве по выбору бил
2. Предусмотрите защиту от постороннего металла — магнитная сепарация перед дробилкой и металлодетекторы на питающих конвейерах помогают снижать риск разрушения от ударов.
3. Предусмотрите неразрушающий контроль — для ответственных деталей предусматривайте ультразвуковой или радиографический контроль внутренних литейных дефектов.
4. Проверяйте термообработку — запрашивайте результаты измерения твердости, а для ответственных применений — металлографию для оценки состояния после термообработки.
5. Рассмотрите марки для низких температур — для холодного климата задавайте марки, подтвержденные испытаниями на удар при низкой температуре.

Второй вид повреждения: пластическая деформация

Механизм и признаки

Пластическая деформация возникает при превышении предела текучести и необратимо меняет форму. Поверхности вдавливаются, изгибаются или сплющиваются, а не растрескиваются или истираются. В отличие от хрупкого разрушения, деформация часто развивается постепенно и заметна до серьезного отказа.

Этот механизм характерен для марганцовистых деталей, которым не хватает ударного воздействия для наклепа. В приведенном сравнении исходная твердость составляет 200-220 HBW. При недостаточном ударе поверхность может оставаться сравнительно мягкой и деформироваться под сжимающими усилиями дробления.

Диагностические признаки

• Наклепанные или сплющенные поверхности — поверхность выглядит расклепанной, а не гладко истертой.
• Завальцованные края — края футеровки или бил отгибаются наружу под сжатием.
• Изменение размеров и формы — видимое изменение формы, выпучивание или сжатие нагруженных участков.
• Низкая измеренная твердость — твердость поверхности ниже 300 HBW там, где ожидался наклеп.

При пластической деформации марганцовистых деталей оценивают более твердый материал, не зависящий от наклепа, например высокохромистый чугун или мартенситную сталь, либо пересматривают положение дробилки в контуре и энергию удара питания.

Третий вид повреждения: абразивный износ

Механизм и признаки

Абразивный износ — распространенный постепенно развивающийся механизм. Твердые частицы питания, часто кремнезем, кварц или другие твердые минералы, царапают и режут поверхность. Соотношение твердости частиц и поверхности влияет на скорость износа.

Если абразив значительно тверже поверхности — как в сравнении кварца HV 1000-1200 с наклепанной марганцовистой сталью ~500 HBW, — повторные контакты удаляют материал. За тысячи часов работы детали постепенно теряют толщину.

Две формы абразивного износа

Исследование причин

Если абразивный износ быстрее ожидаемого, проверьте:

• Содержание кремнезема в питании — содержание кварца, форма и крупность частиц влияют на износ, но величину влияния подтверждают испытаниями руды и записями предприятия. Регулярно контролируйте состав питания.
• Крупность питания — крупные частицы вызывают глубокие борозды, мелкие — царапание и полировку. Более крупное питание обычно увеличивает износ на тонну.
• Несоответствие твердости — твердость, вязкость, микроструктура абразива и детали, а также условия контакта совместно определяют износ. Фиксированное отношение разных шкал твердости не позволяет предсказывать ресурс на предприятии.
• Скорость скольжения — более высокая относительная скорость скольжения питания по поверхности увеличивает съем материала.
• Влажность— влага меняет перенос частиц, налипание, коррозию и износ пульпой. Ее влияние определяют по химии пульпы, крупности и сопоставимым испытаниям на предприятии.

При абразивном износе оценивают более твердый материал. Высокохромистые чугуны Cr26/Cr28 содержат карбиды хрома с указанной твердостью HV 1400-1800 и могут лучше сопротивляться кварцевому абразиву, чем марганцовистая сталь. См. нашеруководство по высокохромистому чугуну.

Четвертый вид повреждения: адгезионный износ

Механизм и признаки

Адгезионный износ, также называемый схватыванием или размазыванием, возникает при скольжении металлических поверхностей под высоким контактным давлением. Микросоединения образуются и срезаются при дальнейшем движении, перенося фрагменты металла между поверхностями.

На рабочих изнашиваемых поверхностях первичных дробилок этот механизм встречается реже, но важен для отдельных узлов:

• Эксцентриковые втулки конусных дробилок — скользящий контакт эксцентриковых деталей и втулок при высоких сжимающих нагрузках.
• Распорные плиты и опоры щековых дробилок — скользящий контакт распорной плиты с опорой.
• Втулки траверсы гирационных дробилок — качательное сопряжение главного вала и втулки траверсы.

Диагностика и профилактика

Для адгезионного износа характерны размазанные, вырванные или задранные участки. Ищите перенесенный металл, прилипший к поверхности, и зоны, из которых материал вырван.

Профилактические меры включают:

• Правильная смазка — поддерживайте достаточную пленку пластичной смазки или масла между поверхностями как основную защиту от адгезионного износа.
• Подбор пары материалов — по возможности избегайте одинаковых или очень близких сопрягаемых материалов; разнородные пары могут снижать склонность к схватыванию.
• Обработка поверхности — оцените закалку, хромирование или нанесение разнородного покрытия на одну из поверхностей.
• Контроль зазоров — поддерживайте подходящие рабочие зазоры, предотвращающие нежелательный контакт металла под нагрузкой.

Пятый вид повреждения: термическая усталость

Механизм и признаки

Повторный нагрев и охлаждение вызывают тепловое расширение и сжатие, создавая на поверхности переменные растягивающие и сжимающие напряжения. Со временем они могут образовать мелкую сетку трещин, называемую сеткой разгара или термическим растрескиванием.

Термическая усталость связана с тепловыми циклами и может повреждать изнашиваемые детали в отдельных применениях:

• Мельницы самоизмельчения (AG) и полусамоизмельчения (SAG) — фрикционный нагрев при взаимодействии крупных кусков породы может создавать перепад температуры между поверхностью и объемом футеровки.
• Холодильники цементного клинкера — перепад температуры между горячим клинкером и охлаждающим воздухом создает интенсивные тепловые циклы в колосниках и дробящих элементах.
• Переработка горячего рудного материала — дробление горячего агломерата или обожженного материала.

Интерпретация рисунка трещин

Рисунок трещин помогает оценить развитие и тяжесть термической усталости:

Профилактические меры

• Выбор материала — оценивайте материалы с меньшим тепловым расширением и повышенной стойкостью к термической усталости, включая подходящие модифицированные мартенситные сплавы.
• Совершенствование конструкции — избегайте острых углов и резких переходов сечения, концентрирующих термические напряжения; предусматривайте достаточные радиусы скруглений.
• Управление тепловым режимом — применяйте подходящее охлаждение, например распыление воды или обдув, для управления амплитудой тепловых циклов в горячих процессах.
• Эксплуатационные приемы — избегайте резких пусков и остановок горячих дробильных контуров; обеспечивайте постепенную стабилизацию температуры.
• Варианты покрытий — теплозащитные покрытия могут уменьшать температурные колебания в основном материале.

Пошаговая методика диагностики

При повреждении детали используйте следующий порядок исследования:

1. Зафиксируйте повреждение — до извлечения сфотографируйте деталь с разных сторон. Запишите наработку, материал питания и отклонения: посторонний металл, отключение питания или перерыв подачи.
2. Осмотрите излом и изношенные поверхности — используйте таблицы выше для классификации повреждения и поиска характерных признаков.
3. Измерьте твердость — измерьте твердость изношенных и неизношенных участков, например тыльной стороны футеровки, и сравните с установленными требованиями.
4. Проверьте литейные дефекты — при хрупком разрушении исследуйте очаг на наличие усадочных раковин, пор и включений.
5. Изучите эксплуатационную историю — сравните ресурс с предыдущими деталями в той же дробилке и условиях. Резкое снижение требует проверки изменений эксплуатации наряду с материалом.
6. Определите корректирующие меры — выбирайте изменения материала, конструкции или режима по установленному механизму и подтвержденным причинам.

Диагностический пример: преждевременное растрескивание брони конусной дробилки

При преждевременном растрескивании неподвижной брони Metso HP500 совместно оценивают излом, твердость, химический состав, записи термообработки, состояние питания и сведения о постороннем металле. Далее показана последовательность исследования, а не публично подтвержденный случай предприятия.

Проверки при исследовании:

• Морфология излома: Зафиксируйте очаг трещины, направление распространения и особенности излома. По внешнему виду нельзя определить марку материала или единственную причину.
• Измерение твердости: Если на неизношенной тыльной стороне получено 280 HBW при приемочном диапазоне закупочной спецификации 220–260 HBW, результат выше диапазона. Перепроверьте место и метод измерения, а также состояние термообработки. Одна твердость не доказывает ошибочную маркировку Mn18 как Mn13; марку подтверждают спектральным химическим анализом, сертификатом плавки и применимым стандартом.
• Анализ питания: Проверьте крупность, распределение, влажность питания и записи о постороннем металле, чтобы установить, происходил ли аномальный удар.
• Проверка эксплуатации: Проверьте профиль камеры, разгрузочную щель, центрирование питания и уровень заполнения, не считая недостаточную подачу единственной причиной заранее.

Не относите повреждение к ошибочной маркировке материала или одному эксплуатационному фактору до получения химического анализа, записей термообработки, исследования излома и эксплуатационных данных. Проверка и корректирующие действия включают:

1. Сверьте марку, сертификат плавки, спектральный состав, записи термообработки и твердость в заданных точках с чертежом и закупочной спецификацией.
2. Оцените соответствие имеющихся средств удаления и обнаружения металла рискам предприятия. Дополнительное оборудование определяют по технологической оценке и оценке безопасности.
3. Проверьте распределение питания, уровень заполнения, разгрузочную щель и стратегию управления по требованиям изготовителя, затем подтвердите эффект изменений эксплуатационными записями.

Проверка: в сопоставимых условиях зафиксируйте сертификат материала, твердость, накопленный тоннаж, морфологию износа и трещины испытанной детали, затем сравните с базовой. Без прослеживаемых записей предприятия процент увеличения ресурса не указывают.

Пример показывает, что ни маркировка, ни единичная твердость не подтверждают марку. Совместно оценивают спектральный состав, сертификат плавки, записи термообработки, твердость в заданных точках и применимый стандарт.

Частые вопросы

Комплексный выбор

Понимание механизмов повреждения помогает принимать практические решения по затратам и надежности. Основные положения:

1. Определите механизм до выбора меры — правильная классификация — первый шаг к профилактике.
2. Подбирайте материал под ведущий механизм износа — соответствие материала условиям помогает снижать преждевременные повреждения. См. наше руководство по выбору изнашиваемых деталей конусной дробилки
3. Проверяйте поставленный материал — твердость служит предварительной проверкой, но не определяет марку самостоятельно. По закупочной спецификации сопоставляйте ее с составом, сертификатом плавки, термообработкой и необходимой металлографией. См. наше руководство по контролю качества
4. Соблюдайте эксплуатационные требования — качество материала не компенсирует неправильную подачу, недостаточную защиту от постороннего металла или плохое обслуживание.

Анализ повреждений бил рассмотрен в нашем руководстве по билам роторных дробилок. Свяжитесь с нашей инженерной командой для бесплатной консультации по анализу повреждений. Отправьте фотографии детали для оценки механизма и рекомендаций по дальнейшим проверкам и корректирующим мерам.