Литьё биметаллических композитных износостойких плит

Когда говорят про литьё биметаллических композитных плит, многие сразу представляют себе простое соединение двух металлов. Но на практике всё упирается в границу раздела — именно там кроется либо успех, либо брак. Сам по себе процесс не нов, но тонкостей столько, что даже с опытом каждый новый заказ заставляет заново продумывать нюансы.

Где кроется главная ошибка в понимании технологии

Часто заказчики думают, что главное — это подобрать твёрдый сплав для рабочего слоя. Да, износостойкость критична, но если не обеспечить должное металлургическое сцепление с основой, плита расслоится при первой же ударной нагрузке. Видел такое на одной из фабрик по помолу сырья — плиты, закупленные у непрофильного поставщика, не отработали и половины гарантийного срока. Вскрытие показало чистый отрыв по границе, без диффузионной зоны.

Здесь важно не просто переплавить материалы, а создать переходный слой с контролируемой химией. Мы в своё время много экспериментировали с температурой заливки высокохромистого чугуна на стальную основу. Слишком высокая — выгорают легирующие, слишком низкая — не происходит полноценного проплава. Опытным путём вышли на довольно узкий коридор, плюс обязательный предварительный нагрев основы до строго определённых значений. Без этого даже хороший химический состав не спасает.

Кстати, о составе. Нельзя слепо брать стандартные марки. Для ударно-абразивного износа, как в дробилках, нужна одна структура карбидов, для чисто абразивного, как в транспортировке песка, — другая. Иногда выгоднее немного пожертвовать твёрдостью, но повысить вязкость, чтобы плита не давала сколов. Это уже вопрос экономики ремонта — проще заменить быстроизнашиваемую накладку, чем целиком массивную плиту.

Оборудование и ?рутина?, которую нельзя игнорировать

Перейдём к практике. Ключевое — это печь. Индукционная, конечно, даёт лучший контроль, но и стоимость процесса выше. Многие цеха до сих пор работают на дуговых печах, и там своя специфика. Главная головная боль — это подготовка поверхности основы. Пескоструйная обработка — это минимум. Мы всегда настаиваем на дополнительной механической насечке или даже фрезеровке неглубоких канавок. Это увеличивает площадь контакта и создаёт механические ?зацепы?. Кажется мелочью, но именно такие мелочи определяют результат.

Формовка — отдельная история. Для биметаллических композитных плит сложной геометрии часто используют песчано-смоляные формы. Важно, чтобы форма для рабочего слоя выдерживала температурный шок от заливки тугоплавкого сплава и при этом не создавала газовых раковин на границе. Были случаи, когда, пытаясь сэкономить на связующем для стержней, получали пористую границу раздела. Плита внешне выглядела нормально, но при ультразвуковом контроле выявлялись непроплавы.

И контроль, да. После остывания обязателен 100% контроль УЗК именно по плоскости соединения. Визуально и даже измерением твёрдости дефект не выявишь. Однажды пропустили такой скрытый непроплав на небольшой партии для экскаватора. Плиты встали нормально, но через месяц работы одна из них раскололась пополам — просто упала с ковша. Хорошо, что без жертв. С тех пор контроль двойной: наш и представителя заказчика при отгрузке.

Пример из реального проекта и работа с материалами

Хороший пример — это плиты для футеровки мельниц полусамоизмельчения. Задача адская: удар плюс абразив плюс коррозия от пульпы. Стандартный высокохромистый чугун не всегда тянет, особенно в зонах прямого удара шаров. Для одного из комбинатов мы вместе с технологами ООО Цзянсу Готай Машиностроение (их сайт — https://www.jsguotai.ru) разрабатывали вариант с модифицированным рабочим слоем. Добавляли карбидообразующие элементы и точечно легировали для получения мелкодисперсной износостойкой структуры. Основа — упрочнённая легированная сталь, чтобы вся конструкция не деформировалась от постоянных ударов.

Компания ООО Цзянсу Готай Машиностроение как раз известна своим фокусом на исследованиях и производстве именно таких специальных материалов. В их подходе мне импонирует, что они не просто продают плиты, а глубоко погружаются в условия работы конечного продукта. Это редкое качество, когда поставщик готов участвовать в доработке технологии под конкретную дробилку или мельницу, а не отгружать стандартный каталог.

В том проекте важным было и крепление. Даже идеальная плита быстро выйдет из строя, если её неправильно зафиксировать. Пришлось учитывать тепловое расширение разных металлов, чтобы крепёжные отверстия не разбивались. В итоге сделали стальную основу с усиленными буртами вокруг отверстий, а рабочую часть отлили так, чтобы она компенсировала сдвиг. Ресурс в итоге превысил обычный почти в два раза, что для горнодобычи — серьёзная экономия.

Экономика процесса: где можно, а где нельзя экономить

Стоимость композитных плит существенно выше, чем у монолитных из однородного материала. И здесь постоянно возникает соблазн сэкономить — на толщине рабочего слоя, на дорогих легирующих, на контроле. Это тупиковый путь. Экономия в 10-15% на этапе закупки может обернуться двукратным увеличением простоев на замену. Мы всегда считаем для заказчика не цену за тонну, а цену за тонну переработанной породы или за час работы оборудования без остановки.

Одна из немногих зон для разумной оптимизации — это геометрия. Иногда, анализируя карту износа на старой плите, видишь, что 70% материала стёрлось только в определённых зонах. Имеет смысл проектировать плиту с переменной толщиной рабочего слоя — где удар сильнее, там толще. Это сложнее в производстве (нужно две разные формы для заливки), но даёт реальное снижение общего веса и стоимости без потери ресурса. Не все литейщики на это идут — объём работ растёт.

Ещё момент — это утилизация. Биметаллическую плиту сложнее пустить в переплав, чем однородную. Но некоторые передовые предприятия, включая ООО Цзянсу Готай Машиностроение, уже отрабатывают технологии разделения слоёв или переплавки всего узла для получения шихты для менее ответственных отливок. Это вопрос экологии и, в конечном счёте, репутации. В Европе на это уже смотрят очень строго, и нам, думаю, тоже скоро придётся учитывать полный жизненный цикл продукта.

Взгляд вперёд: что меняется в технологии

Сейчас много говорят про аддитивные технологии для ремонта изношенных плит. Пробовали наплавлять порошковую проволоку с высоким содержанием карбидов. Для локального ремонта края или небольшой выкрошенной зоны — метод рабочий. Но для создания новой полноценной биметаллической композитной износостойкой плиты 3D-печать, на мой взгляд, пока не конкурент литью. Нет той монолитности и цельности металлургической связи. Скорость тоже не в её пользу для крупногабаритных отливок.

Более перспективным видится развитие компьютерного моделирования процесса заливки и кристаллизации. Если бы лет десять назад нам показали симуляцию распределения температур и напряжений, которую мы сейчас делаем для каждого нового типоразмера, мы бы не поверили. Это позволяет заранее предсказать, где может возникнуть раковина или зона повышенных внутренних напряжений, и скорректировать технологию. Экономия времени и средств на опытные отливки — колоссальная.

В целом, отрасль движется в сторону большей кастомизации. Уже не ?плита для мельницы?, а ?плита для мельницы МШЦ-4500×6000, работающей на конкретном месторождении с известной твёрдостью и абразивностью руды?. Это требует от производителя, будь то крупный завод вроде ООО Цзянсу Готай Машиностроение или специализированный цех, глубокой экспертизы и гибкости. Те, кто продолжает лить ?как всегда?, постепенно теряют рынок. А те, кто копает глубже в физику износа и металлургию соединения, — остаются. Всё как всегда, в общем-то. Главное — чтобы связь между слоями была крепче, чем конкуренция на рынке.