Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия:

А. А. Уманский, директор Института металлургии и материаловедения, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: umanskii@bk.ru
А. С. Симачев, директор Центра коллективного пользования «Материаловедение», канд. техн. наук, эл. почта: simachev_as@mail.ru
Л. В. Думова, ведущий инженер Центра коллективного пользования «Материаловедение», эл. почта: doumova@bk.ru
С. О. Сафонов, аспирант

С целью разработки оптимальных режимов термической обработки мелющих шаров из рельсовой стали марки К76Ф проведена серия лабораторных экспериментальных исследований охлаждающей способности полимерной водорастворимой закалочной среды ПКМ (полимерный композиционный материал производства ООО «Политерм-Тюмень») при варьировании ее концентрации и температуры и выполнен анализ микроструктуры мелющих шаров, термообработанных с использованием указанной закалочной среды. Установлено, что при концентрации ПКМ в водном растворе от 2 до 4 % скорость охлаждения стали К76Ф при температурах закалочной среды в диапазоне 20–30 °C практически не изменяется и снижается при достижении температуры 40 °C. На основании металлографических исследований определены особенности микроструктуры мелющих шаров из стали К76Ф после термической обработки, проведенной с использованием полимерной закалочной среды ПКМ при ее различных концентрации и температуре. Выявлено, что варьирование параметров указанной закалочной среды позволяет получать шары с различным комплексом свойств. В частности, применение в качестве закалочной среды 2%-го раствора полимера ПКМ при температуре в диапазоне 20–30 °C обеспечивает получение шаров высокой твердости (IV группы твердости по ГОСТ 7524–2015), а использование 4%-го раствора ПКМ при температуре 20–30 °C приводит к получению шаров более низкой твердости (I и II группы твердости по ГОСТ 7524–2015), но повышенной ударной стойкости.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20170, гранта Кемеровской области – Кузбасса.

1. Крутилин А. Н., Бестужев Н. И., Бестужев А. Н., Каленкович Д. Н. Мелющие тела. Проблемы. Перспективы // Литье и металлургия. 2009. № 4 (53). С. 26–33.
2. Рахутин М. Г., Бойко П. Ф. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров // Уголь. 2017. № 12. С. 49–51.
3. Лам М. М., Серов А. И., Смирнов Е. Н., Тернавский А. А., Базарова Г. С. Промышленные испытания мелющих шаров IV группы твердости производства ПАО «Донецкий металлопрокатный завод» // Металлург. 2016. № 9. С. 63–67.
4. Смирнов Е. Н., Смирнов А. Н., Михеев В. В., Скляр В. А. и др. Оценка применимости непрерывнолитой стали марки 55 при производстве мелющих шаров диаметром 40 мм групп твердости IV и V // Сталь. 2020. № 4. С. 44–49.
5. Сталинский Д. В., Рудюк А. С., Соленый В. К. Освоение производства и оценка эффективности использования высококачественных мелющих шаров. Сообщение 1. Освоение производства шаров из хромомолибденовой стали // Сталь. 2021. № 11. С. 36–39.
6. Найзабеков А. Б., Мухаметкалиев Б.С., Арбуз А. С., Лежнев С. Н. Снижение расхода стальных мелющих шаров путем улучшения технологии их производства // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 4 (46). С. 78–86.
7. Уманский А. А., Симачев А. С., Думова Л. В. Разработка технологии производства мелющих тел с повышенными эксплуатационными свойствами из отбраковки рельсовых сталей // Черные металлы. 2021. № 5. С. 57–62.
8. Баранов Н. А., Тулупов О. Н. Производство мелющих шаров из рельсовой стали // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2017. Т. 1. С. 96–99.
9. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 97, Iss. 1–4. P. 893–901.
10. Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63, Iss. 1. P. 5–12.
11. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. A cross wedge rolling process for forming 70 mm diameter balls from heads of scrap railway rails // Procedia Manufacturing 27^th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, Faim2017. 2017. Vol. 11. P. 466–473.
12. Camurri C., Carrasco C., Colàs R. Improving the working life of steel grinding balls by optimizing their hardness and tenacity // Materials Science Forum. 2014. Vol. 783. P. 2260–2265.
13. Сталинский Д. В., Рудюк А. С., Соленый В. К. Оценка влияния твердости мелющих шаров на износ и эффективность процесса измельчения железистых кварцитов // Экология и промышленность. 2019. № 1 (58). С. 69–76.

14. Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill // Heat Treatment of Metals. 2017. Vol. 42, Iss. 5. P. 193–196.
15. Сталинский Д. В., Рудюк А. С., Соленый В. К. Выбор материала и технологий термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в условиях абразивного износа // Сталь. 2017. № 6. С. 64–69.
16. Шевченко О. И., Трекин Г. Е., Рубцов В. Ю., Курочкин В. В. Термическая обработка мелющих шаров в условиях нового шаропрокатного стана // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2019. Т. 21. № 3. С. 110–117.
17. Ефременко В. Г., Попов Е. С., Кузьмин С. О., Руфанова О. И., Ефременко А. В. Внедрение технологии трехстадийного термоупрочнения мелющих шаров большого диаметра // Металлург. 2013. № 9. С. 88–92.
18. Ефременко В. Г. Металлографический анализ причин разрушения стальных катаных тел для барабанных мельниц // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2000. № 9. С. 89–91.
19. Arlazarov A., Bouaziz O., Masse J. P., Kegel F. Characterization and modeling of mechanical behavior of quenching and partitioning steels // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 620. P. 293–300.
20. Айсат С., Садэддин А., Брадай М. А., Юнус Р. и др. Влияние термической обработки на твердость и износ мелющих шаров // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 5 (743). С. 34–38.
21. ГОСТ 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. — Введ. 01.07.2014.
22. ГОСТ 7524–2015. Шары мелющие стальные для шаровых мельниц. — Введ. 01.11.2016.