Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы создания cbарочно-наплавочных порошковых проволок 9
1.1. Эффективность и перспективы применения сварки и наплавки порошковыми проволоками 9
1.2. Состояние вопроса создания порошковых проволок на основе многокомпонентного минерального сырья 12
Г.З. Особенности металлургических процессов при формировании металла порошковыми проволоками с основным классом сердечника 23
1.4. Выводы по главе 1 29
Глава 2. Методика экспериментальных исследований 32
2.1. Методика и материалы 32
2.2. Характеристика оборудования для производства порошковых проволок . 38
23. Оборудование для подготовки шихты 40
2.4. Оборудование для сварки и наплавки. 42
2.5. Оборудование для,металлографического и химического анализа. 43
2.6. Оборудование для исследований механических свойств. 44
2.7. Выводы по главе 2. 45
Глава 3. Разработка шлаковой системы порошковых проволок 47
3.1. Выбор компонентов сердечника и технологии получения шихты 47
3.2. Исследование минеральных компонентов Дальневосточного региона 52
3.2.1. Определение пороговых значений влияющих факторов... 52
3.2.2. Установление регрессионных зависимостей: «критерии-свойства» 63
3:2.3. Выбор и обоснование факторов, определяющих работо способность шлаковой системы . 64
3.2.4. Построение регрессионных зависимостей по критериям оценки шлаковой системы. 68
3.3. Выбор состава шлаковой системы 75
3.4. Выводы по главе 3 77
Глава 4. Разработка составов шихты порошковых проволок для износостойкой наплавки 79
4.1. Выбор легирующих элементов, повышающих механические и эксплуатационные свойства наплавляемого металла 79
4.2. Исследования влияние Si, Mn и С на разработанную шлаковую систему порошковых проволок 80
4.3. Исследования закономерностей перехода легирующих элементов из шихты в наплавляемый металл 86
4.4. Исследования механических и эксплуатационных характеристик формируемых покрытий 91
4.5. Исследования состава, структуры и свойств наплавляемых покрытий 95
4.6. Выводы по главе 4 104
Глава 5. Определение экономической эффективности от применения созданных порошковых проволок 106
5.1. Выбор и обоснование восстанавливаемых деталей 106
5.2. Технология механизированной наплавки деталей порошковыми проволоками 109
5.3. Оценка работоспособности наплавляемых деталей в условиях эксплуатации 111
5.4. Расчёт стоимости созданных порошковых проволок 114
5.5. Определение экономической эффективности от применения созданных порошковых проволок 123
5.6. Выводы по главе 5 125
Заключение 126
Библиографический список
- Состояние вопроса создания порошковых проволок на основе многокомпонентного минерального сырья
- Характеристика оборудования для производства порошковых проволок
- Выбор и обоснование факторов, определяющих работо способность шлаковой системы
- Исследования механических и эксплуатационных характеристик формируемых покрытий
Введение к работе
Одной из основных технологий восстановления деталей узлов и механизмов подвижного состава является механизированная сварка и наплавка порошковыми проволоками (ПП) с сердечником карбонатно-флюоритного типа. Использование этого вида материала в сварочно-наплавочном производстве позволяет получать покрытия с разнообразными механическими и эксплуатационными свойствами за счёт формирования наплавленного металла с широким спектром легирующих элементов. Кроме того, применение ПП не требует обязательной защиты флюсами или газами, а также позволяет выполнять соединения во всех пространственных положениях.
В Дальневосточном регионе (ДР) порошковые проволоки не нашли широкого применения вследствие дороговизны и отдалённости предприятий по их производству. Ближайшие заводы находятся в городах Магнитогорск, Череповец и Новосибирск. Учитывая, что на территории Дальнего Востока (ДВ) имеются большие запасы минерального сырья1 содержащего необходимые компоненты (бадделеит, брусит, датолит, флюорит, гранодиорит и др.) его можно использовать для производства сварочно-наплавочных материалов. Однако это минеральное сырьё значительно отличается по химическому составу и реологическим свойствам, что требует дополнительных исследований по влиянию доли компонентов шлаковой системы на физико-механические и технологические характеристики формируемых покрытий.
В связи с этим, проблема создания новых сварочно-наплавочных материалов на основе минерального сырья ДР с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами рабочих поверхностей восстанавливаемых деталей на ремонтных предприятиях ДВЖД является весьма актуальной.
Актуальность также подтверждается выполнением научно-исследовательских работ в соответствии с планами фундаментальных исследований Министерства путей сообщения, программы вузов МПС Дальневосточного региона и Сибири (тема № 15П404 «Создание и внедрение сварочно-наплавочных мате-
5 риалов для восстановления деталей подвижного состава», 2002 - 2004 гг.) в рамках хоздоговорных работ с предприятиями ДВЖД.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является разработка технологии производства сварочно-наплавочных порошковых проволок на основе получения шлаковой системы карбонатно-флюоритного типа из минерального сырья Дальневосточного региона для повышения физико-механических и технологических свойств рабочих поверхностей восстанавливаемых деталей.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
Разработка основных принципов выбора компонентов шихты для формирования шлаковой системы с использованием минерального сырья, позволяющих получать новые сварочно-наплавочные порошковые проволоки и покрытия с заданными свойствами.
Исследование и разработка технологии изготовления порошковых прово— -лок с использованием минерального сырья.
Исследование влияния компонентов карбонатно-флюоритной шлаковой системы, а также режимов наплавки на физико-механические и технологические характеристики формируемых покрытий.
Разработка новых составов порошковых проволок для механизированных способов сварки и наплавки, обеспечивающих высокие механические и эксплуатационные свойства.
5. Оценка экономической эффективности полученных сварочно-напла-
вочных материалов на производстве.
Научная новизна.
Научно обоснованы основные принципы выбора компонентов шихты для формирования шлаковой системы, позволяющей получать новые сварочно-наплавочные порошковые проволоки и покрытия с заданными свойствами.
Установлено влияние технологических факторов (сила тока, коэффициент заполнения и массовой доли гранодиорита; последовательность технологиче-
ских операций) на потери наплавленного металла, общую пористость и переход легирующих элементов (Si, Мп) из ферросплавов и металлического стержня, шлаковой системы в формируемые покрытия.
Выявлены зависимости работоспособности шлаковой системы карбонат-но-флюоритного типа от массовых долей ферромарганца, ферросилиция и графита в шихте, в результате анализа которых установлено, что оптимальная область факторного пространства находится при расчётном отношении кремния к марганцу равном 0,98...1,02.
Построены регрессионные зависимости механических характеристик формируемых покрытий и коэффициентов перехода (распределения) легирующих элементов Si, Мп и С в наплавленный металл от содержания в шихте ферроси-ликомарганца и графита, обеспечивающие прогнозирование химического состава и механических свойств формируемых покрытий.
5? Создана совмещенная диаграмма, позволяющая оптимизировать состав ле
гирующих компонентов с целью формирования необходимых свойств наплав
ленного металла, на основании которой получены новые составы порошковых
проволок (патент № 55319).
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается современными методами исследования состава, структуры и свойств материалов и применением оборудования, которое аттестовано государственной и международными службами стандартизации и метрологии, а также результатами производственного внедрения.
Практическая значимость.
Разработан технологический процесс изготовления.порошковых проволок на основе шихты из минеральных компонентов Дальневосточного региона.
На основе созданной шлаковой системы получена новая сварочная порошковая проволока, позволяющая формировать наплавленный металл с ударной вязкостью 195...203 Дж/см2 (при t = +20 С), пределом текучести 380...410 МПа и относительным удлинением 24...28 %;
'і f
Созданы новые наплавочные порошковые проволоки, позволяющие формировать поверхности с твердостью 140...450 НВ и ударной вязкостью 15... 140 Дж/см2 (при t = +20 С);
Результаты исследования внедрены на ремонтных предприятиях Дальневосточной железной дороги, что подтверждается актами внедрения.
На защиту выносятся:
- принципы выбора компонентов шихты для получения новых сварочно-
наплавочных порошковых проволок;
- технологический процесс изготовления порошковых проволок, разработан
ный на основе минерально-сырьевой базы Дальневосточного региона;
результаты экспериментальных исследований по созданию карбонатно-флюоритной шлаковой системы порошковых проволок;
результаты экспериментальных исследований по созданию наплавочных порошковых проволок; -
результаты эксплуатационных испытаний покрытий, формируемых созданными порошковыми проволоками.
Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались:
- на 43-й научно-практической конференции учёных транспортных вузов
«Современные технологии железнодорожному транспорту и промышленности»,
Хабаровск, 22-23 октября. 2003 г;
4-й международной научной конференции творческой молодёжи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке». Хабаровск, 12-14 апреля. 2005 г;
6-й международной научно-практической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока». Владивосток, 5-7 октября. 2005 г;
- 44-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные
технологии железнодорожному транспорту и промышленности». Хабаровск, 25-
26 января. 2006 г;
Joint China-Russia symposium on advanced materials processing technology, Harbin, P.R. China, 21-22 August, - 2006;
6-й региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования. Образование». Благовещенск, 26-28 сент. 2006 г;
- на заседаниях кафедры: «Технология металлов» ПГУПС (г. Санкт-
Петербург) и «Технология сварки, материаловедение, износостойкость деталей
машин» МИИТ (г. Москва) в 2005 г, а также в институте «Материаловедения»
ХНЦ ДВО РАН (г. Хабаровск) в 2007 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них пять - в рецензируемых журналах. Получены патенты № 55319 (заявка № 2006104131) и№ 60888 (заявка №2006133705).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, вы
водов, библиографического списка и приложений. Содержит 152 страницы ма
шинописного текста, 99 рисунков, 68 таблиц и библиографический список из
127 наименований и 4 приложения.
Работа выполнялась в Дальневосточном государственном университете путей сообщения на кафедре «Технология металлов» в 2002-2008 гг.
Состояние вопроса создания порошковых проволок на основе многокомпонентного минерального сырья
Исследованиями сварки порошковыми проволоками начали заниматься в СССР в середине 50-х годов. Так, в Киевском институте электросварки И.И. Фурминым был разработан способ изготовления и освоено производство порошковой проволоки. Ею стали наплавлять прокатные валки высоколегированной жаропрочной сталью. Проволока сплошного сечения такого химического состава просто не выпускалась из-за высокой трудоёмкости её волочения. Результаты превзошли все ожидания — валки после наплавки увеличивали долговечность в 610 раз. Это явилось толчком к массовому выпуску в СССР наплавочных установок на машиностроительных заводах [78]. Дальнейшие исследования по созданию сварочно-наплавочных порошковых проволок проводились в таких институтах, как ИЭС им. Патона, ВНИИМон-тажспецстрой, ДЭИЗСМ. Эти исследования послужили базой для создания самозащитных порошковых проволок основного, кислого и нейтрального класса сердечника, обладающих хорошими сварочно-технологическими свойствами.
За рубежом наибольшее распространение ПП получили в США в конце 70-х годов. Самозащитные порошковые проволоки в этой стране разрабатывались преимущественно с карбонатно-флюоритным типом сердечника, которые относятся к основному классу [79]. В дальнейшем это направление стало интенсивно развиваться как в нашей стране, так и за рубежом. Например, были разработаны такие марки проволок, как ПП-2ДСК, ШТВ-5, ППТ-7, ИП-АНЗ, СП-2, СП-3, СП-5, СП-8, ПП-АН7, ПП-АН11 и т.д., предназначенные для сварки конструкционных низкоуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,25 % [13].
Вопрос создания новых сварочно-наплавочных материалов с высокими эксплуатационными свойствами наплавленного металла продолжает оставаться актуальным и в настоящее время. Это обусловлено использованием новых легированных сталей и сплавов для производства машин и механизмов, требующих периодического восстановления и упрочнения поверхностей деталей в процессе эксплуатации [72].
Исследованием и разработкой самозащитных порошковых проволок занимались такие учёные, как И.И. Фурминов, И.К. Походня, В.Н. Шлепаков, A.M. Суптель, А.А. Ерохин, И.С. Иоффе, И.П. Браверман, А.Н. Марчук, Л.Н. Орлов, С.А. Супрун, А.Н. Юштин и др. Ими были разработаны порошковые проволоки для сварки и наплавки различных сталей, применяемых в строительстве, тяжёлом машиностроении, судостроении и т.д., при создании которых, определяющим фактором являлся выбор компонентов сердечника. Ана лиз работ [33-52] показал, что для создания 1111 с основным и кислым классом сердечника наиболее широко используются следующие компоненты: - шлакообразующие (диоксид титана и циркония, мрамор, магнезит, алюмосиликаты, плавиковый шпат, кремнефтористый натрий); - газообразующие (карбонаты мрамор и известняк); - стабилизирующие (алюмомагниевый порошок, железный порошок); - раскисляющие (алюминий, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, графит); - легирующие (порошки кремнемарганцовистой стали, никеля, ферромарганца, ферросилиция, ферротитана, хрома, марганца, ферромолибдена, фер-рохромбора, меди, циркония).
Эти компоненты образуют различные типы шлаков, обладающих значительными отличиями характеристик, количеством необходимых раскислите-лей в шихте (с точки зрения влияния на металлургические процессы, склонности к определённой группе дефектов и т.д.).
Например, авторы работ [12-16, 64, 68-70] для производства шихты порошковых проволок использовали рутиловые и рудно-кислые сердечники шихты (относящиеся к кислому классу), в состав которых входят: - шлакообразующие (плавиковый шпат, рутиловый концентрат, мусковит, поташ, марганцевая руда); - газообразующие (крахмал, целлюлоза, мусковит); - стабилизирующие (полевой шпат, глыба силикатная); - раскисляющие (ферромарганец, ферросилиций); - легирующие (ферромарганец, ферросилиций).
Однако рутиловые и рудно-кислые типы сердечников не позволяют легировать наплавленный металл из-за его склонности к порообразованию, которое проявляется при увеличении в шихте содержания активных раскислите-лей (Al, Ті, Si, С), а также при повышении силы тока и увеличении вылета электрода. Это обстоятельство приводит к невозможности формирования покрытий с требуемым содержанием легирующих элементов.
Характеристика оборудования для производства порошковых проволок
Фрактографический анализ изломов, наружной поверхности наплавленного металла выполнялся на бинокулярном микроскопе МБС-9. При этом определялись виды изломов, наличие нарушений сплошности, межкристаллитная ликвация и грубые неметаллические включения.
Для металлографического анализа использовался микроскопов ММР-2 и ММУ З.
Микротвердость (ГОСТ 9450-76) структурных составляющих определялась на приборе ПМТ-З-М, с учетом рекомендаций по выбору нагрузки и времени нагружения [102]. Подготовка и химическое травление поверхностей образцов выполнялось по методике, приведённой в работах Н.П. Алёшина, В.Г. Шербинского [95] и Н.А. Богомолова [96]. Для шлифования и полирования поверхности использовалась наждачная бумага (ГОСТ 3647-80) и алмазная паста (ГОСТ 25593-83) с величиной частиц 3...1 мкм.
Фазовый состав наплавленного металла определяли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-ЗМ». Химический состав полученных материалов изучался с помощью рентгеноспектрального анализатора «СПЕКТРОСКАН MAKC-GV 4071» [97]. Микрорентгеноспектральный анализ распределения легирующих элементов по сечению проводили на электронно-зондовом микроскопе IXA-810 (JEOL, Япония) с приставкой рентгеновского спектрометра EDS (Великобритания).
Для термогравиметрического исследования использовался деривато-граф Q-1000. Работы проводились в интервале температур 20...900С, с применением методов ДТА - дифференциального анализа, ТГ - термогравиметрического анализа и ДТГ- дифференциального термогравиметрического анализа.
Внутренние дефекты сварных швов определялись ультразвуковым дефектоскопом УД-12П с призматическими и раздельно-совмещенными преобразователями, обеспечивающими зондирование металла на глубину 1-2500 мм. Выявление поверхностных дефектов проводилось с использованием магнитного дефектоскопа ПМД-70, позволяющего выявлять ширину трещин от 0,001 мм с глубиной 0,01мм.
Механические свойства наплавленного металла определялись на стандартном оборудовании. Твёрдость образцов измерялась следующими методами.
1. Методом Бринелля (ГОСТ 9012 - 59), прибор ТШ-2М (вдавливание шарика диаметром 5 или 10 мм). Пределы измерений от 120 до 450 НВ, про должительность выдержки 10..Л5 с. Измерение диаметра отпечатка производилось с использованием отсчетного микроскопа МПБ-2;
2. Методом Роквелла, (ГОСТ 9013-59), прибор ТК-2 (вдавливание алмазного конуса с углом при вершине 120 или стального закаленного шарика, диаметром 1,587 мм);
3. Методом Виккерса (ГОСТ 2999-75), прибор 777-2 (вдавливание четырехгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями 136).
Для определения» ударной вязкости образцов использовалась установка маятникового копра модели 2010КМ-30, с запасом потенциальной энергии маятника 30 кгсм и углом1 подъема 150±15. Фиксация заданного угла осуществлялась автоматически, с помощью пневматического устройства. Испытанию подвергались образцы, изготовленные с сечением 10x10 мм, длиной 55 мм с и-образным« концентратором напряжений и радиусом в месте надреза 1±0,2 мм (ГОСТ - 9454-78).
Испытания на статическое растяжение наплавленного металла, проводились в соответствии с ГОСТ 6996 - 66 на испытательной машине МР-500 (ГОСТ 7855 - 74). Образцы изготавливались в соответствии ГОСТ 1497-84.
Испытания полученных образцов на износостойкость (периферийное трение скольжения) осуществлялось на машине трения МИ-402 по ГОСТ 23.205-79 при нагрузке 100 кгс. Материалом контртела служила сталь 45Х, твердостью 60-62 HRC.
1. Получение требуемых механических свойств наплавляемых покрытий, предлагается решать в два этапа. Первоначально разрабатывается шлаковая система (применяется метод «Подбора» и «Копирования»), а на втором этапе применяется метод «Легирования», позволяющий получать покрытия с требуемыми эксплуатационными свойствами.
Для получения порошковых проволок с карбонатно-флюоритным типом сердечника целесообразно использовать такие компоненты Дальневосточного региона, как: мрамор, доломит, гранодиорит, туф, флюорит, бадделеит, шеелит, датолит.
Выбор и обоснование факторов, определяющих работо способность шлаковой системы
Установление регрессионных зависимостей началось с анализа исследуемой системы, состоящей из входных и выходных переменных [103-105, 127]. Входные переменные (X,, Xj... Хп ), определяющие состояние объекта, называют влияющими факторами (входные параметры). Основное предъявляемое к ним требование - это достаточная управляемость. Под ней понимается возможность установления постоянного уровня каждого фактора и стабилизация его в течение всех опытов. Факторы могут быть количественные и качественные. Примерами количественных факторов служат температура, массовая доля компонентов шихты электрическое напряжение и т.д. Их основному уровню соответствует число. Различные конструкции механизмов, те или иные способы обработки материалов, разнообразные алгоритмы функционирования системы - всё это является примером качественных факторов [106]. Уровень таких факторов не определяется числом, а последовательность их изменения не играет роли. В нашем случае качественные факторы, влияющие на изучаемую систему, отсутствуют.
Выходные переменные (выходные параметры - Y,, Yj... Yn ) - это реакции объекта на входные воздействия. Они носят названия функций отклика или цели. Выбор функции отклика определяется целью исследования. При создании шихты выбираются характеристики работоспособности шлаковой системы.
Так как изучаемая взаимосвязь сложна и её аналитическую зависимость, связывающую функции откликов Yn с влияющими факторами Х„ определить невозможно, так как при этом вид функции Y = F(Xj, Х2 ... X/J априори неизвестен, то целесообразно использовать степенной ряд: l=\ ІФ} 1=1 где к - количество влияющих факторов, с — число сочетаний из к элементов по два, Ck"—ki/2i(k-2)i, On — расчётные коэффициенты полинома.
Выражение (3.4) служит регрессионной моделью исследуемого объекта. Так как, исходя из требований практики, число членов степенного ряда ограничивается, регрессионная зависимость представляет собой полином?некоторой степени с коэффициентами а0, щ, ау, аи и т. д. Эти коэффициенты можно вычислить на основании,результатов эксперимента. Для их расчёта применяется наиболее универсальный.метод наименьших квадратов [107, 108]!.
Однако» применение стандартного подхода-планирования эксперимента в заданном факторном пространстве требует значительного количества опытов. Поэтому было решено применить ранжирование входных параметров, а именно выявить наиболее значимые факторы, оптимизация которых позволит получить требуемую функцию отклика.
Анализ процессов, происходящих в сварочно-наплавочной системе, позволил установить влияние факторов на процессы, протекающие в электродуговом промежутке. Оценка влияния факторов на критерии работоспособности изучаемой системы представлена в табл. 3.18, в которой условно все факторы разделены на две группы: образующие шихту (мрамор, гранодиорит, флюорит, бадделеит, коэффициент заполнения) и факторы режима сварки порош-ковой проволокой (сила тока и напряжение на дуге). Из шихтообразующих наибольшее влияние на систему оказывает гранодиорит и коэффициент заполнения, так как от них зависят основные две функции шлака: защита расплавленного металла и его рафинирование. Содержание в шихте Si02 (крем-нийсодержащий компонент - гранодиорит) обеспечивает диффузионное раскисление, заключающееся в том, что между основными оксидами (например, FeO), находящимися в расплавленном металле, и кислыми оксидами (Si02), находящимися в шлаке, на границе металл-шлак происходит следующее взаимодействие [8, 14, 16, 18]: FeO + Si02 - FeSi02. (3.5)
При этом образуется силикат железа (комплексное соединение), который всплывает на поверхность металлической ванны, обеспечивая раскисление наплавленного металла. Из чего следует, что значительную роль в рафинировании металла оказывает фактор основности шлака.
Величина коэффициента заполнения характеризуется отношением массы компонентов сердечника к массе ленты. С ростом этой величины увеличивается количество газообразующих компонентов, это оказывает благоприятное воздействие на защиту расплавленного металла (как газовую, так и шлаковую). Такие факторы, как массовые доли мрамора, флюорита, бадделеита, оказывают меньшее воздействие на систему. У мрамора основные функции при электродуговом процессе — обеспечение газовой и шлаковой защиты. Однако эти функции в значительно большей степени изменяются при варьировании коэффициента заполнения (что подтверждают экспериментальные данные табл. 3.18). Поэтому мрамор целесообразно установить при нахождении благоприятных интервалов факторов» с массовой долей, обеспечивающей качественные характеристики наплавленного металла.
Исследования механических и эксплуатационных характеристик формируемых покрытий
Так как вычисленные значения .F-критерия меньше критических табличных [ПО, 112] при уровне значимости дад = 0,01, то математическая1 модель признается адекватной.
Полученные регрессионные зависимости исследовали с помощью прикладных пакетов программы "Microsoft Excel 2003". В результате установлена закономерность влияния Mn, Si и С на коэффициент потерь и пористость наплавленного металла. Коэффициент потерь (кцот) электродного металла воз растает с увеличением содержания марганца (рис. 4.4). Это объясняется тем, что марганец при взаимодействии с кислородом образует летучее соединение при температуре выше 1275 С по реакции [113]: MnO + Mn- Mn2OT. (4.1)
С ростом содержания углерода потери уменьшаются. Снижение происходит за счёт увеличения электропроводности шихты, что стабилизирует плавление. Кремний не оказывает существенного влияния на потери электродного металла.
Данная закономерность объясняется, вероятнее всего, уменьшением газосодержания расплавленного металла за счёт образования на его поверхности окислов Si и Мп (пассивирующей плёнки). Это оценивается коэффициентом Пішлинга - Бэдворта (К) или отношением удельного объёма окислов (VOK) к удельному объёму металла (VMem). В случае, если этот коэффициент больше единицы, то пленка, образующаяся на поверхности, обладает свойством препятствовать диффузии газов [114]. К = -. (4.2)
При наличии равного количества окислов марганца и кремния на поверхности расплавленного металла образуется плотная плёнка, обеспечивающая повышение качества наплавленного слоя (при К 1).
Для уточнения закономерностей влияния кремния, марганца и углерода на работоспособность шлаковой системы в изучаемой области трёхфакторного пространства была построена совмещенная диаграмма (рис. 4.6). Из представленной совмещённой диаграммы следует, что оптимальная область факторного пространства находится при определенном расчётном отношении кремния, марганца и углерода.
Так как вычисленные значения F-критерия меньше критических табличных при уровне значимости: q = 0,01, то математические модели признаются адекватными.
Анализ полученных зависимостей позволил установить, что полученная твёрдость наплавленного металла обладает тенденцией к росту с увеличением содержания графита и ферросиликомарганца, причём наиболее интенсивно она повышается за счёт углерода (рис. 4.12). Максимальная твёрдость соответствует наибольшему содержанию ферросиликомарганца и графита. Твёрдость. НВ
Полученная зависимость влияния ферросиликомарганца и графита на износостойкость наплавленного металла представлена в сравнении со сталью 20ФЛ (как наиболее распространённая сталь в металлоёмких деталях железнодорожного транспорта). Установлено, что износостойкость в изучаемом факторном пространстве уменьшается с ростом массы кремния и марганца в сердечнике порошковой проволоки рис. 4.13.
Максимальная износостойкость металла определенна при содержании графита от 3 до 6 % и ферросиликомарганца 24 %.
Полученная регрессионная зависимость ударной вязкости наплавленного металла графически представлена на рис. 4.14. Её анализ показал, что с ростом массовой доли углерода и ферросиликомарганца ударная вязкость значительно снижается, причем интенсивность падения значительно выше при увеличении массовой доли графита.
Для удобства применения полученных закономерностей была построена совмещённая диаграмма влияния легирующих компонентов на твёрдость, ударную вязкость и износостойкость наплавленного металла (рис. 4.15).
Проведённые исследования механических и эксплуатационных свойств установили, что наплавленный металл формируется, имея следующие характеристики: - твёрдость наплавленного металла- 160...450 НВ; - ударная вязкость (KCU) формируемых слоев - 15... 120 Дж/см2; -износостойкость получаемых покрытий - 0,5...1,8 (относительно ста ли 20ФЛ).
