Розробка сплавів Fe-5Al-1C для мелючих куль

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225421

Ключові слова:

Fe-Al-Mn-C, мікроструктура, механічні характеристики, знос, удар, корозійна стійкість, мелюча куля

Анотація

Метою нашого дослідження є об'єднання властивостей Mn і переваг Fe-Al-C для підвищення експлуатаційних характеристик матеріалів мелючих куль. Були досліджені три сплави Fe-5AL-1C з вмістом 15 мас. % Mn (FAM15), 20 мас. % Mn (FAM20) і 25 мас. % Mn (FAM25). Для видалення розчиненого кисню і контролю утворення оксидів металів при виготовленні Fe-Al-Mn-C (FAMC) використовувався газ аргон. Аналіз мікроструктури проводився за допомогою скануючої електронної мікроскопії, а для оцінки твердості використовувався мікротвердомір по Віккерсу. Для забезпечення фази сплаву Fe-5AL-1C-Mn, були проведені рентгеноструктурні випробування (XRD). Для демонстрації складу в різних точках і виявлення наявності декількох фаз в системі сплаву FAMC була проведена енергодисперсійна рентгенівська спектроскопія (ЕДС). Випробування на знос при сухому терті ковзання проводилися за допомогою штифтодискової машини, а також проводилися корозійні випробування методом поляризації трьохелектродних осередків. При додаванні Mn твердість по Віккерсу сплаву FAMC зросла з 194,4 VHN при 15 мас. % до 265 VHN при 25 мас. %. Значення межі міцності і подовження при руйнуванні склали 424,69 МПа, 27,16 % EI; 434,72 МПа, 33,6 % EI; і 485,71 МПа, 38,48 % EI для FAM15, FAM20 і FAM25 відповідно. Вирішальним фактором підвищення продуктивності мелючої кулі є механізм зносу. Результати швидкості зносу для FAM25 показують зниження більш ніж на 57 % в порівнянні з FAM15 через збільшення площі твердого інтерметалу. При додаванні елементів Mn підвищилася корозійна стійкість сплавів FAMC; найменша швидкість корозії спостерігалася при вмісті Mn 25 мас. % до 0,036 мм/рік. Згідно з результатами експериментів, сплави FAM25 мають найвищу механічну і корозійну стійкість з усіх трьох типів сплавів. За рахунок оптимізації вмісту Mn сплав FAMC є перспективним матеріалом для мелючих куль

Біографії авторів

Ratna Kartikasari, Institut Teknologi Nasional Yogyakarta

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Adi Subardi, Institut Teknologi Nasional Yogyakarta

Doctor of Materials Science and Engineering, Assistance Professor

Department of Mechanical Engineering

Andy Erwin Wijaya, Institut Teknologi Nasional Yogyakarta

Doctor of Mines Engineering, Assistance Professor

Department of Mines Engineering

Посилання

  1. Jankovic, A., Valery, W., Davis, E. (2004). Cement grinding optimisation. Minerals Engineering, 17 (11-12), 1075–1081. doi: https://doi.org/10.1016/j.mineng.2004.06.031
  2. Iwasaki, I., Riemer, S. C., Orlich, J. N., Natarajan, K. A. (1985). Corrosive and abrasive wear in ore grinding. Wear, 103 (3), 253–267. doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(85)90014-6
  3. Jang, J. W., Iwasaki, I., Moore, J. J. (1989). The Effect of Galvanic Interaction Between Martensite and Ferrite in Grinding Media Wear. CORROSION, 45 (5), 402–407. doi: https://doi.org/10.5006/1.3582036
  4. Wei, D., Craig, I. K. (2009). Grinding mill circuits – A survey of control and economic concerns. International Journal of Mineral Processing, 90 (1-4), 56–66. doi: https://doi.org/10.1016/j.minpro.2008.10.009
  5. Jankovic, A., Wills, T., Dikmen, S. (2016). A comparison of wear rates of ball mill grinding media. Journal of Mining and Metallurgy A: Mining, 52 (1), 1–10. doi: https://doi.org/10.5937/jmma1601001j
  6. Lai, H. J., Wan, C. M. (1989). The study of work hardening in Fe-Mn-Al-C alloys. Journal of Materials Science, 24 (7), 2449–2453. doi: https://doi.org/10.1007/bf01174510
  7. Chen, F. C., Li, P., Chu, S. L., Chou, C. P. (1991). Evidence of strain-induced martensitic transformation in Fe-Mn-Al austenitic alloy steels at room temperature. Scripta Metallurgica et Materialia, 25 (3), 585–590. doi: https://doi.org/10.1016/0956-716x(91)90096-j
  8. Kim, Y. G., Han, J. M., Lee, J. S. (1989). Composition and temperature dependence of tensile properties of austenitic Fe-Mn-Al-C alloys. Materials Science and Engineering: A, 114, 51–59. doi: https://doi.org/10.1016/0921-5093(89)90844-7
  9. Frommeyer, G., Brüx, U. (2006). Microstructures and Mechanical Properties of High-Strength Fe-Mn-Al-C Light-Weight TRIPLEX Steels. Steel Research International, 77 (9-10), 627–633. doi: https://doi.org/10.1002/srin.200606440
  10. Kim, Y. G., Park, Y. S., Han, J. K. (1985). Low temperature mechanical behavior of microalloyed and controlled-rolled Fe-Mn-Al-C-X alloys. Metallurgical Transactions A, 16 (9), 1689–1693. doi: https://doi.org/10.1007/bf02663026
  11. Kalashnikov, I. S., Acselrad, O., Kalichak, T., Khadyyev, M. S., Pereira, L. C. (2000). Behavior of Fe-Mn-Al-C Steels during Cyclic Tests. Journal of Materials Engineering and Performance, 9 (3), 334–337. doi: https://doi.org/10.1361/105994900770346015
  12. Kao, C. H., Wan, C. M. (1988). Effect of temperature on the oxidation of Fe-7.5A1-o.65C alloy. Journal of Materials Science, 23 (6), 1943–1947. doi: https://doi.org/10.1007/bf01115754
  13. Natarajan, K. A. (1996). Laboratory studies on ball wear in the grinding of a chalcopyrite ore. International Journal of Mineral Processing, 46 (3-4), 205–213. doi: https://doi.org/10.1016/0301-7516(95)00093-3
  14. Chenje, T. W., Simbi, D. J., Navara, E. (2003). The role of corrosive wear during laboratory milling. Minerals Engineering, 16 (7), 619–624. doi: https://doi.org/10.1016/s0892-6875(03)00132-8
  15. Massola, C. P., Chaves, A. P., Albertin, E. (2016). A discussion on the measurement of grinding media wear. Journal of Materials Research and Technology, 5 (3), 282–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.12.003
  16. Gupta, S. P. (2002). Intermetallic compound formation in Fe–Al–Si ternary system: Part I. Materials Characterization, 49 (4), 269–291. doi: https://doi.org/10.1016/s1044-5803(03)00006-8
  17. Harun, M., Talib, I. A., Daud, A. R. (1996). Effect of element additions on wear property of eutectic aluminium-silicon alloys. Wear, 194 (1-2), 54–59. doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(95)06707-8
  18. Bidmeshki, C., Abouei, V., Saghafian, H., Shabestari, S. G., Noghani, M. T. (2016). Effect of Mn addition on Fe-rich intermetallics morphology and dry sliding wear investigation of hypereutectic Al-17.5%Si alloys. Journal of Materials Research and Technology, 5 (3), 250–258. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.11.008
  19. Murali, S., Raman, K. S., Murthy, K. S. S. (1995). The formation of β-FeSiAl5 and Be-Fe phases in Al-7Si-0.3Mg alloy containing Be. Materials Science and Engineering: A, 190 (1-2), 165–172. doi: https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)09602-s
  20. Mulazimoglu, M. H., Zaluska, A., Gruzleski, J. E., Paray, F. (1996). Electron microscope study of Al-Fe-Si intermetallics in 6201 aluminum alloy. Metallurgical and Materials Transactions A, 27 (4), 929–936. doi: https://doi.org/10.1007/bf02649760
  21. Shabestari, S. G., Mahmudi, M., Emamy, M., Campbell, J. (2002). Effect of Mn and Sr on intermetallics in Fe-rich eutectic Al-Si alloy. International Journal of Cast Metals Research, 15 (1), 17–24. doi: https://doi.org/10.1080/13640461.2002.11819459
  22. Ji, S., Yang, W., Gao, F., Watson, D., Fan, Z. (2013). Effect of iron on the microstructure and mechanical property of Al–Mg–Si–Mn and Al–Mg–Si diecast alloys. Materials Science and Engineering: A, 564, 130–139. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.11.095
  23. Jackson, P. R. S., Wallwork, G. R. (1984). High temperature oxidation of iron-manganese-aluminum based alloys. Oxidation of Metals, 21 (3-4), 135–170. doi: https://doi.org/10.1007/bf00741468
  24. Duh, J. G., Wang, C. J. (1990). Formation and growth morphology of oxidation-induced ferrite layer in Fe-Mn-Al-Cr-C alloys. Journal of Materials Science, 25 (4), 2063–2070. doi: https://doi.org/10.1007/bf01045765
  25. Liu, X. J., Hao, S. M., Xu, L. Y., Guo, Y. F., Chen, H. (1996). Experimental study of the phase equilibria in the Fe-Mn-Al system. Metallurgical and Materials Transactions A, 27 (9), 2429–2435. doi: https://doi.org/10.1007/bf02652336
  26. Cheng, W.-C., Liu, C.-F., Lai, Y.-F. (2002). Observing the D03 phase in Fe–Mn–Al alloys. Materials Science and Engineering: A, 337 (1-2), 281–286. doi: https://doi.org/10.1016/s0921-5093(02)00047-3
  27. Sutou, Y., Kamiya, N., Umino, R., Ohnuma, I., Ishida, K. (2010). High-strength Fe–20Mn–Al–C-based Alloys with Low Density. ISIJ International, 50 (6), 893–899. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.50.893
  28. Chang, S. C., Hsiau, Y. H., Jahn, M. T. (1989). Tensile and fatigue properties of Fe-Mn-Al-C alloys. Journal of Materials Science, 24 (3), 1117–1120. doi: https://doi.org/10.1007/bf01148807
  29. Grässel, O., Krüger, L., Frommeyer, G., Meyer, L. W. (2000). High strength Fe–Mn–(Al, Si) TRIP/TWIP steels development – properties – application. International Journal of Plasticity, 16(10-11), 1391–1409. doi: https://doi.org/10.1016/s0749-6419(00)00015-2
  30. Hua, D., Huaying, L., Zhiqiang, W., Mingli, H., Haoze, L., Qibin, X. (2013). Microstructural Evolution and Deformation Behaviors of Fe-Mn-Al-C Steels with Different Stacking Fault Energies. Steel Research International, 84 (12), 1288–1293. doi: https://doi.org/10.1002/srin.201300052
  31. Baligidad, R. G., Prasad, V. V. S., Rao, A. S. (2007). Effect of Ti, W, Mn, Mo and Si on microstructure and mechanical properties of high carbon Fe–10·5 wt-%Al alloy. Materials Science and Technology, 23 (5), 613–619. doi: https://doi.org/10.1179/174328407x158631
  32. Kim, H., Suh, D.-W., Kim, N. J. (2013). Fe–Al–Mn–C lightweight structural alloys: a review on the microstructures and mechanical properties. Science and Technology of Advanced Materials, 14(1), 014205. doi: https://doi.org/10.1088/1468-6996/14/1/014205
  33. Zuidema, B. K., Subramanyam, D. K., Leslie, W. C. (1987). The effect of aluminum on the work hardening and wear resistance of hadfield manganese steel. Metallurgical Transactions A, 18 (9), 1629–1639. doi: https://doi.org/10.1007/bf02646146
  34. Baligidad, R. G., Prasad, K. S. (2007). Effect of Al and C on structure and mechanical properties of Fe–Al–C alloys. Materials Science and Technology, 23 (1), 38–44. doi: https://doi.org/10.1179/174328407x158389

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-26

Як цитувати

Kartikasari, R., Subardi, A. ., & Wijaya, A. E. . (2021). Розробка сплавів Fe-5Al-1C для мелючих куль. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(12 (109), 29–35. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225421

Номер

Том 1 № 12 (109) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Ratna Kartikasari, Adi Subardi, Andy Erwin Wijaya

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.