Введение к работе
Актуальность. Развитие современной машиностроительной отрасли связано с разработкой новых материалов, внедрением инновационных технологий и оборудования. Получение слоистых композиционных материалов с регулируемой макро- и микроструктурой позволяет формировать требуемые физико-механические свойства с учетом условий эксплуатации.
Современное представление об эффективном управлении свойствами материалов основывается на возможности создания условий, которые могут радикально влиять на процессы самоорганизации структур. Высокоэнергетическое воздействие позволяет повысить скорости нагрева и охлаждения, что приводит к созданию максимально неравновесных структур, которые, при определенных условиях, могут обеспечить требуемый комплекс физико-механических и эксплуатационных свойств. Управление структурообразованием материалов заданного состава, в условиях далеких от термодинамического равновесия, позволяет обеспечить требуемую стойкость рабочей зоны изделия при воздействии высоких контактных и динамических нагрузок в условиях абразивного, ударно-абразивного и ударного износа.
Применение износостойких слоистых композиционных материалов на рабочих органах горнодобывающей и строительно-дорожной техники позволяет увеличить не только эксплуатационный срок службы, но и экономить дорогостоящие металлы, за счет применения низколегированного компонента основы слоистого композиционного материала. Поэтому, комплексный подход, включающий многофакторное воздействие на фазо- и структурообразование в металлических системах с применением современного оборудования, имеет особую актуальность.
Объект исследования - слоистые композиционные материалы, полученные методом высокоэнергетического индукционного нагрева.
Предмет исследования - технологии и технологические режимы регулирования структурообразованием и свойствами слоистых композиционных материалов.
Цель диссертационной работы. Получение и исследование слоистых композиционных материалов с регулируемой структурой и свойствами, путем последовательного нанесения расплавов из металлических порошков, высокоэнергетическим индукционным нагревом.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Получить износостойкий слоистый композиционный материал с регулируемой структурой и свойствами высокоэнергетическим индукционным нагревом.
Установить факторы, влияющие на формирование границы раздела слоистого композиционного материала, определить ее параметры и механизм образования.
Определить влияние технологических режимов, скоростей нагрева и охлаждения, химического состава металлического порошка на структурообра-
зование, физико-механические и эксплуатационные свойства слоистого композиционного материала.
Разработать технологические режимы обеспечивающие формирование требуемых физико-механических и эксплуатационных свойств слоистого композиционного материала методом высокоэнергетического индукционного нагрева и разработать программу их расчета на ПЭВМ.
Экспериментально-промышленные испытания рабочих органов строительно-дорожной техники.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались современные методы исследования и оборудование: металлографические -методом оптической и электронной микроскопии, энергодисперсионный, рент-генофазовый, анализ твердости и микротвердости, метод сухого трения, пакет прикладных программ для обработки результатов на ПЭВМ.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту:
Получен слоистый композиционный материал путем последовательного нанесения слоев одного и того же состава, отличающийся возможностью сохранения свойств предыдущего слоя при нанесении последующего.
Установлено, что формирование границы раздела слоистого композиционного материала происходит за счет адгезии расплавленного металлического порошка с твердофазным компонентом и диффузии легирующих элементов в граничную зону на глубину 2-4 мкм.
Установлено, что при индукционном нагреве, за счет контроля скорости нагрева и охлаждения, возможно оказывать воздействие на дисперсность карбидной фазы, средний размер которой может изменяться от 5 до 15 мкм с соответствующим изменением физико-механических свойств слоистого композиционного материала.
Разработаны технологические режимы получения слоистых композиционных материалов, обеспечивающие повышенный уровень эксплуатационных свойств, при различных условиях износа, за счет регулирования структурно-фазового состава и физико-механических свойств.
Практическая значимость и использование результатов работы.
Разработано программное обеспечение и предложены практические рекомендации по выбору технологических режимов получения слоистых композиционных материалов, позволяющие регулировать процессом структурообра-зования и свойствами для получения повышенной износостойкости с учетом характера износа.
Предложены и апробированы в экспериментально-промышленных условиях технологические режимы получения ножей отвала на базе дорожной машины ДЗ-180, в Ачинском МУП «АДРСП», получено повышение рабочего ресурса восстановленных и новых изделий.
Выбор технологических режимов получения слоистых композиционных материалов, методом индукционного нагрева, включены в курс лекций и лабораторных занятий по дисциплине «Оборудование и технология спецпокрытий в машиностроении» для студентов ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный уни-
верситет», обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Материаловедение и технологии материалов».
Достоверность полученных результатов обеспечивается необходимым объемом экспериментальных исследований; удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментально полученных зависимостей; непротиворечивостью исследованиям других авторов; использованием регистрирующего и испытательного оборудования, позволяющего с достаточной точностью осуществлять измерения требуемых параметров, а также использованием обработки полученных результатов с применением современных средств вычислительной техники и программного обеспечения.
Апробация результатов работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждались на следующих научно-технических конференциях: Всероссийское совещание заведующих кафедрами материаловедения и технологии конструкционных материалов «Материаловедение и технология конструкционных материалов - важнейшие составляющие компетенции современного инженера. Проблемы качества технологической подготовки» (Волгоград, Волжский 2007 г.), Международный симпозиум «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» имени А.Г. Горшкова (Яропо-лец 2008-2010 г.г.), XIV Международная научная конференция «Памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева» (Красноярск 2010 г.), V международная конференция «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2010» (Волгоград 2010 г.)
Публикации. Основные теоретические результаты диссертации опубликованы в 8 работах, из которых 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК.
Личный вклад автора. Автору принадлежит идея работы (частично), определение цели и постановка задач данного исследования, обоснование, формулировка и разработка всех положений, определяющих научную новизну, теоретическую и практическую значимость, получение экспериментальных и обработка статистических данных, анализ и обобщение результатов, формулировка выводов и заключения для принятия решений. Около 60 % результатов исследований в совместных публикациях принадлежит автору.
Объем и структура диссертации. Материалы диссертационной работы изложены на 121 странице основного текста, включающих 46 рисунков и 18 таблиц. Работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и списка литературы из 94 наименований и приложения.
