Введение к работе
Актуальность проблем,і. К стабильности и безотказности работы узлов трения механического оборудования всегда предъявляют повышенные требования. Особенно актуально это для машин, имеющих открытые узлы трения качения, подверженные воздействию производственной и окружающей атмосферы, для колес и механизмов самодвижущихся машин, работающих в открытых условиях.
Разработка, создание и эксплуатация конвейерного транспорта нового поколения - конвейеров с подвесной лентой (КПЛ) - поставили целый ряд задач в области трибологии, материаловедения и, в частности, в области поведения металлов при высоких уровнях холодной пластической деформации в зоне контакта открытой пары трения качения «опорный іюлик-направляющая труба» (далее: «ролик-труба»).
Интенсивный процесс ишашивания опорного ролика и трубной направляющей в процессе эксплуатации конвейеров с подвесной лентой определил необходимость изучения особенностей повышенного износа и искажения сечений опорных поверхностей в результате их контактного взаимодействия.
Важную роль при эксплуатации таких узлов трения качения играют тепловые и физико-химические процессы, развивающиеся непосредственно в зоне трения, поэтому подбор рационального конструкционного материала для элементов открытой пары трения должен осуществляться, исходя из условий обеспечения структурной стабильности материала при различных режимах и условий работы конкретной триботехнической системы.
Целью настоящей работы является повышение механических и триботех-нических свойств конструкционных материалов открытой пары трения качения в конвейерах с подвесной лентой за счет обеспечения их структурной стабильности.
Автор защищает:
результаты исследования контактного взаимодействия в открытой паре трения качения с проскальзыванием «ролик-труба» конвейера с подвесной лентой, включая особенности механизма изнашивания с учетом напряженного состояния деталей в контакте.
результаты исследование особенностей структурного состояния поверхностного слоя низкоуглеродистой стали при высоких уровнях холодной пластической деформации в зоне контакта открытой пары трения качения «ролик-труба».
результаты анализа системы Fe-C-Si с выявлением новых фазовых областей, моно- и нонвариантных равновесий, новых структурных составляющих, фазовых и структурных превращений.
разработанные составы легированных ферритных кремнистых чугунов с шаровидным графитом и режим термической обработки отливок из них.
выявленные экспериментально зависимости влияния кремния, дополнительного легирования комплексом Cu+Мо и термической обработки на механические и триботехнические свойства чугунов.
Общая методика исследований в работе базируется на сочетании теоретических и экспериментальных методов исследований. Основные результаты получены в результате анализа разрезов и проекций части диаграммы стабильного равновесия сплавов Fe-C-Si. Эти данные использованы при планировании экспериментальных исследований, проводимых с целью проверки результатов тео-
ретического анализа, определения особенностей структуры и свойств чугунов, окончательной корректировки их химического состава и режимов термической обработки отливок из них.
Достоверность полученных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием современных методов структурного анализа, а также соответствием расчетных данных результатам опытно-промышленных испытаний.
Научная новизна работы состоит в получении ряда новых теоретических, экспериментальных и практических результатов в области поведения низкоуглеродистой стали при высоких уровнях холодной пластической деформации в зоне контакта открытой пары трения качения, а также в сфере создания и использования сплавов с заранее заданными свойствами.
Установлено, что в поверхностных и приповерхностных слоях трущихся деталей открытых пар трения качения материал изменяет свое физическое состояние, при этом может меняться механизм контактного взаимодействия, что вызывает преждевременное разрушение деталей узла трения.
Установлено, что во всех использовавшихся ранее вариантах сочегания стальной трубы с роликами из различных сталей происходит значительное разупрочнение стальных поверхностей пары трения в зоне контакта с их интенсивным износом, самозаклиниванием пары трения и аварийной остановкой конвейера.
3.-Предложен рациональный вариант изготовления детали «ролик» в открытой паре трения качения «ролик-труба» из нового антифрикционного ферритного чугуна с шаровидным графитом при сохранении направляющей в виде трубной заготовки из низкоуглеродистой стали.
Подтверждено наличие в сплавах системы Fe-C-Si трех а-фаз, причем установлено, что в чугунах с повышенным содержанием кремния при субкритических температурах возможна микро- и наноразмерная гетерогенизация структуры путем спинодального расслоения феррита.
Установлено, что при комплексном легировании чугуна кремнием, медыо, молибденом и титаном может быть обеспечен эффект многофазной микрогетеро-генизации структуры.
Установлено влияние выявленных структурных эффектов на изменение свойств ферритного чугуна с шаровидным графитом с приданием ему уникального сочетания высокой прочности, пластичности, ударной вязкости, износостойкости и антифрикционности при низкой твердости, хорошей прирабатываемости и практической безызносности сопряженного стального тела в узле трения.
Разработаны состав и технология получения нового антифрикционного чугуна, заявленного в качестве изобретения.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
разработаны состав антифрикционного чугуна, обеспечивающий высокую работоспособность узлов трения с низким коэффициентом трения и малым износом сопряженных деталей, и технология его получения;
использованы новый сплав и технологические процессы его получения при изготовлении опытных партий опорных роликов для конвейеров с подвесной лентой (производства ООО «Конвейер-групп»), к которым предъявляются высокие требования по износо- и ударостойкости.
Личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, состоит в формулировании научной проблемы, связанной с разработкой специальных чугрюв и постановке задач исследования, в непосредственном участии на всех этапах проведения теоретических и экспериментальных исследований, в анализе и использовании полученных результатов.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на международных научно-тгхнических конференциях: «Современные проблемы машиноведения», Гомель 2006г.; «Проблемы качества машин и их конкурентоспособность», Брянск, 2008г.; региональных научных конференциях профессорско-преподавательского состава (Брянск 2007-2008гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать работ, в том числе две в изданиях по списку ВАК, одна разработка заявлена в качестве изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списке, использованной литературы из 155 наименований и приложений; она содержит 157 страниц текста, 68 рисунков, 9 таблиц и 28 страниц приложений.
