بخشی از مقاله
ارزيابي خواص سايشي و ضربه اي گلوله ها ي مورد استفاده در صنايع مس
چکيده :
فولادCr٧٠٢ و چدن داکتيل جزء آلياژهايي هستند که براي خردايش مواد معدني در آسياب هاي گلوله اي کاربرد دارند. در مجتمع مس سرچشمه روزانه بيش از ۳۰ تن گلوله مورد استفاده قرار مي گيرد.در اين تحقيق خواص سايشي و ضربه اي دو نوع گلوله فولادي آهنگري شده وچدني ريخته گري شده ، مورد اسـتفاده در اين مجتمع بررسي و مقايسه شده است . ابتدا از گلوله هاي مورد استفاده در مجتمع نمونه بـرداري و سـپس بـه ابعاد مناسب برش داده شدند. ريز ساختار گلوله ها بـا روش اسـتاندارد، متـالوگرافي و بررسـي شـدند. جهـت اندازه گيري مقاومت سايشي نسبي نمونه ها از دستگاه آزمون سايش به روش پين روي ديـسک اسـتفاده شـد
.مقاومت ضربه اي نيز با دستگاه تست پرتاب مکرر( از ارتفاع m٥ )مورد بررسي قرار گرفت .سـاختار گلولـه هاي چدني زمينه بينايتي همراه با گرافيت کروي و مقدار کمي آستنيت باقيمانـده و مارتنزيـت اسـت . ميکـرو ترکها و حفرات ريخته گري يز در ساختار مشاهده مي شود. ساختار گلوله هاي فولادي مارتنزيت تمپر شده در سطح و ساختار همراه با پرليت و کاربيد مرزدانه اي در مرکز گلوله اسـت . گلولـه هـاي فـولادي مقاومـت سايشي بيشتري از گلوله هاي چدني از خود نشان دادند. مقاومت ضربه اي گلوله هاي چدني به خاطر عيـوب ريختگي و تردي کمتر از گلوله هاي فولادي است .
واژه هاي کليدي : چدن داکتيل بينايتي ، فولادCr٧٠٢ ، تست پرتاب مکرر ،تست پين روي ديسک
مقدمه :
کارخانه پر عيار کني مجتمع مس سر چشمه داراي ۸ آسياب گلوله اي مي باشد. اين آسياب ها داراي شکل استوانه اي با قطر ۵۰۲,۹۲ سانتي متر وطول ۸۲۲,۹۶ سانتي متر هستند . سرعت چرخش آنها تقريباً۱۳ دور در دقيقه و۸۰% خوراک اوليه آن داراي اندازه mm١٢٧ مي باشد.[١] در هر ساعت ۲۰۵ کيلوگرم گلوله (يعني به طور متوسط بيش از ۳۰ تن در روز) مصرف مي کنند. عمده هزينه هاي اين آسياب ها مصرف گلوله در آنها است .سهم مصرف گلوله در هزينه کلي آسيا کردن بيش از ۸۰% مي باشد.[٢] گلوله هاي فلزي (که تقريباٌ ۴۰% حجم آسياب استوانه اي را اشغال مي کنند) به همراه مواد معدني و آب و شيرآهک (٢(Ca)OH) در آسياب وجود دارند که با چرخش استوانه حول محور افقي و برخورد گلوله ها با مواد معدني اندازه مواد معدني ازتقريباٌ cm٢-١ به حدود μm٧٠ مي رسد.
دو نوع گلوله چدني گرافيت کروي آستمپر شده (ADI;Austempered Ductile Iron ) وفولادي آهنگري شده (Cr٧٠٢) در اين نوع آسياب ها مصرف مي شوند. از جمله عواملي که برمصرف ين گلوله ها اثر مي گذارد، خواص مکانيکي آنها نظير مقاومت سايشي و مقاومت ضربه اي آنها مي باشد. شکل هاي متفاوت گلوله هاي خارج شده از آسيابها نشاندهنده شکست دو کپه اي وپوسته پوسته شدن گلوله ها است .[٢] که اين به اين معني است که گلوله ها در آسياب علاوه بر س يش دچار شکست نيز مي شوند. بهبود کارآيي آسياب ها يک پروسه آرام مي باشد که مي توان با اندازه گيري مصرف گلوله ها به ازاي مقدار سنگ معدني خرد شده مورد ارزيابي قرار گيرد. ولي ين روش به زمان زيادي ،ماه ها ويا سالها نياز دارد.(١٩٨٢ Mmalghan ;١٩٨٣ Howat ;١٩٨١ E.L.Koussy ;١٩٤٨ Norman) به علاوه در صورتي که پارامتر هاي عملي مانند اندازه کاني ها ،نوع ،مقدار شارژ و... تغيير کند ممکن است نتايج نادرستي در مورد اينکه کدام نوع گلوله بهتر است به ما بدهد.[٣]
در سالهاي گذشته تحقيقاتي در مورد تاثير نوع و ابعاد گلوله بر کارآيي آسياب هاي اوليه مس سرچشمه و نيزدر مورد نحوه توزيع اندازه اين گلوله ها در آسياب هاي اوليه با همکاري دانشگاه شهيد باهنر کرمان وامور تحقيقات مجتمع مس سرچشمه انجام شد.[١,٢,٤] ولي در اين مقاله به طور مقايسه اي مقاومت سايشي و ضربه اي گلوله هاي فولادي فورج و چدني را بررسي مي کنيم . مواد و روش تحقيق :
گلوله هاي مورد استفاده از جنس چدن داکتيل آستمپر(ADI) و فولادي رول فورج شده Cr٧٠٢ مي باشند که درجدول ۱ زير ترکيب شيميايي اين گلوله ها آورده شده است .
گلوله هاي چدني از نمونه هايي برداشته شده است که در فرآيند توليد ابتدا در ماسه ريخته گري شده اند و سپس عمليات حرارتي آستمپرينگ روي آنها انجام شد.گلوله هاي فولادي نيز ابتدا در کوره القايي ذوب و بعد به صورت شمش ريخته گري شده اند و آنگاه تحت عمليات نورد به صورت ميلگرد به قطر ۸ سانتيمتر در آمده اند وسپس در کارگاه گلوله زني عمليات رول فورج (شکل ۱) بر روي آنها انجام شده است . گلوله هاي حاصله در کوره تونلي عمليات حرارتي شده و سپس در آب کوئنچ مي شوند و در نهايت تمپر مي شوند .
براي تهيه نمونه ها ، از گلوله هاي مصرفي که به طريق بالا توليد شده اند نمونه برداري انجام شد .گلوله ها را با اسپارک و دستگاه برش معمولي ، به صورت ديسک به شعاع تقريبي cm٤ و ضخامت cm٢ برش داده شده اند.(شکل ۲).
پس از آماده سازي و اچ کردن نمونه ها با محلول نيتال ٢% به مدت ٤-٣ ثانيه نمونه ها با ميکروسکوپ نوري از سطح به طرف مرکز مورد مطالعه متالوگرافي قرار گرفتند. سپس نمونه ها به ابعاد xxcm برش داده شدند و با دستگاه تست پين روي ديسک در محيط قليايي (آب آهک ) با (pH) ١٢ مورد تست سايش قرار گرفتندشکل (٣). نمونه تحت بار N٩٥ در mm٥٠ مرکز صفحه ساينده از جنس SiC با سرعت چرخش rpm٣٤٠ قرار گرفت . نمونه ها بعد از طي مسافتهاي ١و٣ کيلومتر با ترازوي دقيق با دقت صدم ميلي گرم توزين شدند.
شکل (۳) دستگاه تست سايش
سپس با دستگاه تست پرتاب مکرر گلوله ها را مورد آزمايش قرار گرفت شکل (۴).در اين دستگاه گلوله ها از ارتفاع m٥ بر روي سنداني از جنس چدن کروم بالا پرتاب مي شوند و تعداد دفعات پرتاب توسط شمارشگر شمرده مي شوند.
يافته ها:
در سطح برش داده شده نمونه ها، با کاتر، شاهد ايجاد ترکهايي در قطعه بوديم .که براي بررسي علت ترک ،آنها را با نمونه هاي برش داده شده با اسپارک مقايسه کرديم . در شکل (۵) ساختار قطعه اي چدني را مي بينيد که با دستگاه اسپارک بريده شده است و در آن ترکهاي ريز را مشاهده مي کنيد.
ساختار متالوگرافي نمونه هاي چدني همانطور که در شکل (۶)مي بينيد، داراي گرافيت هاي کروي و فريت بينيتي در اطراف آنها وآستنيت باقيمانده و فازهاي کاربيدي ومارتنزيتي درمناطق بين سلولي است .هر چه به مرکز گلوله نزديک تر مي شويم کره هاي گرافيتي بزرگتر شده ولي تعداد آنها کاهش مي يابد.
شکل (۶)ساختارچدن (ADI) که با نيتال %۲ اچ شده است
ساختار نمونه هاي فو لادي آهنگري شده از سطح به طرف مرکز تغييرات قابل توجهي مي کند.در سطح نمونه هاي فولادي ساختار مارتنزيت تمپر شده است و درعمق حدود cm١ در بعضي نمونه هاشاهد ساختار نواري و در بعضي ساختار پرليتي همراه با کاربيد هاي مرز دانه اي و آستنيت باقيمانده هستيم . شکل (۷)با بررسي هاي انجام شده با (SEM) مشخص شد که مناطق تيره در ساختار نواري مناطقي با عناصرآلياژي و ناخالصي هاي بيشتري هستند.
