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破碎機磨損零件的先進稀土合金技術
（技術白皮書）
1. 執行摘要
高錳鋼（HMS）由於其出色的韌性和耐磨性，仍然是採礦業破碎機磨損零件的基礎材料。然而，傳統的HMS面臨粗晶結構和相分佈不一致等挑戰。透過將稀土 (RE) 合金元素（例如 La、Ce）融入鑄造和熱處理工藝，我們實現了晶粒細化 20–30%、硬度提高 10–15% 以及使用壽命延長 100%。本文展示了 RE 改進的 HMS 如何在惡劣的採礦環境中提供無與倫比的性能的同時將總生命週期成本降低 36%。
2.高錳鋼中的稀土合金機制
2.1 鑄造製程優化
稀土元素可細化微觀組織、淨化鋼水：
- 晶粒細化
- 熔體淨化
- 石墨改性
關鍵製程參數：
號 範圍 | 傳統HMS | RE 改質 HMS | 改進 |
鑄造溫度 | 1450–1500℃ | 1450–1520 攝氏度 | 確保稀土溶解 |
RE 添加 | 0重量％ | 0.1–0.3 重量％ | 晶粒細化 |
平均晶粒尺寸 | 200–300 微米 | 150–210 微米 | ↓ 20–30% |
表面硬度 (HBW) | 220–240 | 240–270 | ↑ 10–15% |
2.2 熱處理協同作用
稀土元素增強相變的均勻性：
- 加速奧氏體化
- 晶界穩定化
性能比較：
號 熱處理 | 傳統HMS | RE 改質 HMS |
過程 | 950℃×2h+空冷 | 955～960℃×2.5h+快冷+回火 |
硬度（HRC） | 45–48 | 48–52（+5–8%） |
衝擊韌性 (J/cm²) | 5.0–5.5 | 5.5–6.0（+10%） |
3.經濟效益及成本分析
3.1 成本與終身節省
雖然稀土合金化會使初始材料成本增加 10–20%，但使用壽命的延長和停機時間的減少可在 5 年內降低總成本 36%：
號 公制 | 傳統HMS | RE 改質 HMS | 改進 |
單位成本 | 1,000 美元 | 1,120美元 | +12％ |
更換週期 | 6個月 | 12個月 | 2 倍長 |
年度維護成本 | 3,000 美元 | 1,500美元 | ↓ 50% |
號 5 年總成本 | **25,000 美元** | **16,000 美元** | **↓ 36%** |
3.2 主要經濟優勢
- 減少停機時間
- 降低庫存成本
- 提高投資報酬率
4.實施策略
4.1 流程優化指南
- 選角
- 溫度：1450–1520°C，添加0.1–0.3 wt.%稀土。
- 冷卻控制：透過控製冷卻速度最大限度地減少收縮缺陷。
- 熱處理
- 在955–960°C下進行奧氏體化2.5小時。
- 快速冷卻（空氣或油）+250°C回火2小時。
4.2 品質保證
- 即時監控
- 無損檢測 (NDT)
5.結論
稀土合金化將高錳鋼磨損零件轉變為高性能、經濟高效的解決方案：
- 效能
- 經濟學
- 成熟的技術
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