Części zużyciowe w górnictwie: Blacha AR a stal manganowa Hadfielda

Dwa mechanizmy zużycia

Części zużyciowe ulegają uszkodzeniu przez ścieranie ślizgowe/szlifujące (ruda skrobiąca powierzchnię) lub przez ścieranie udarowe (skała uderzająca i krusząca się o powierzchnię). Dwie dominujące rodziny stali każda dobrze rozwiązuje jeden problem.

Blacha AR / NM: twarda od początku

Blacha odporna na ścieranie (NM360–NM550 w systemie GB, AR400–AR500 i odpowiedniki w innych systemach) to stal niskostopowa hartowana do twardości na wskroś około 360–550 HBW, dostarczana gotowa do cięcia, spawania i skręcania. Jest domyślnym wyborem do:

• Powłok łyżek koparek i płyt podkładowych krawędzi tnących
• Skrzyń ładunkowych wywrotek, wykładzin zsypów i lejów
• Płyt zużyciowych przenośników i punktów transferowych

Żywotność przy zużyciu ślizgowym rośnie ogólnie wraz z twardością, ale rosną też wymagania produkcyjne: wyższe gatunki wymagają kontrolowanych procedur cięcia, wiercenia i spawania, a promienie formowania rosną wraz z twardością i grubością.

Hadfield Mn13: miękka, dopóki nie zostanie uderzona

Stal Hadfielda (Mn13, GX120Mn12, ~11–14% Mn, ~1.0–1.4% C) jest austenityczna i dostarczana w stanie przesyconym o twardości zaledwie ~200 HB — pozornie miękka. Pod wpływem uderzenia lub dużego naprężenia ściskającego jej powierzchnia utwardza się przez zgniot do 500 HB i powyżej, podczas gdy rdzeń pozostaje ciągliwy. Dominuje tam, gdzie uderzenia są silne:

• Szczęki kruszarek, płaszcze, wklęsłości i części młynów młotkowych
• Rozjazdy i krzyżownice kolejowe
• Wykładziny kabin do śrutowania

Logika działa w obie strony: bez uderzenia Mn13 nigdy się nie utwardza i szybko zużywa się przy czystym ślizganiu. Dopasowanie jej do wykładzin zsypów o niskim uderzeniu jest klasycznym błędnym zastosowaniem.

Wybór

Zadanie	Wybór
Ruda ślizgowa, umiarkowane uderzenie, produkowane wykładziny/łyżki	Blacha AR / NM
Kruszenie, powtarzające się silne uderzenie, kształty odlewane	Hadfield Mn13
Uderzenie obecne, ale część jest spawaną konstrukcją płytową	Blacha AR, grubszy wymiar, lub blacha napawana

Uwagi produkcyjne również się różnią: blacha AR nie lubi nadmiernego ciepła wprowadzanego podczas spawania; Hadfield musi być utrzymywana w chłodzie (kruchość przy długotrwałym ogrzewaniu w zakresie kilkuset °C) i jest spawana spoiwami austenitycznymi. Nakładki napawane uzupełniają obie rodziny, dodając bardzo twardą warstwę ofiarną tam, gdzie koncentruje się zużycie.

Wybór w obrębie rodziny AR

Wyższa twardość nie jest automatycznie lepsza. Blacha klasy NM360/AR400 zapewnia najlepsze połączenie spawalności, formowalności i wytrzymałości i jest racjonalnym wyborem domyślnym do łyżek i wykładzin, które również są narażone na uderzenia spadającej skały. Gatunki klasy 500 mniej więcej maksymalizują żywotność przy zużyciu ślizgowym, ale są mniej wyrozumiałe: minimalne promienie gięcia są większe, wytrzymałość w niskich temperaturach wymaga sprawdzenia w przypadku pracy w zimnym klimacie, a silne uderzenie punktowe może je pękać, a nie wgniatać. Określanie blachy według gatunku twardości + grubości + wymogu udarowego (kopalnie zimowe zamawiają blachę badaną metodą Charpy) pozwala uniknąć powszechnego błędu traktowania AR500 jako prostego ulepszenia AR400.

Napawanie jako trzecia opcja

W przypadku obu rodzin blacha z nakładką spawaną (napawanie) — baza miękka lub AR z warstwą węglika chromu lub węglików złożonych — służy do ekstremalnego ścierania ślizgowego, w którym żaden ze stali bazowych nie wystarcza, kosztem braku formowalności i charakterystycznej popękanej powierzchni. Jest to materiał wykładzinowy, a nie konstrukcyjny, i zwykle jest przykręcany lub spawany czopowo do konstrukcji nośnej.