Введение к работе
Большое количество различных деталей машин работает в условиях ударно-абразивного воздействия. В результате этого их поверхность интенсивно изнашивается. Одной из наиболее распространенных технологий восстановления деталей и повышения их долговечности является электродуговая наплавка. В современных, условиях производства возрастают требования к долговечности наплавленных деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания, экономичности и технологичности наплавочных материалов. В связи с этим необходима разработка эффективных наплавочных материалов, учитывающих эти требования.
Актуальность темы. Наиболее широко используемые для повышения ударно-абразивной износостойкости наплавочные материалы содержат в большом количестве дорогие и дефицитные легирующие элементы. В ряде случаев для одних и тех же условий ударно-абразивного изнашивания применяются различные по степени легирования, структуре наплавочные материалы, а содержащиеся в них элементы зачастую используются неэффективно. Одной из причин этого является то, что при разработке наплавочных материалов применяется качественная, а не количествештая (основанная на объективных данных) характеристика условий ударно-абразивного изнашивания. Использование количественной характеристики условий ударно-абразивного изнашивания - коэффициента динамичности (Кд), предложенной И.В. Петровым, - позволяет разработать наиболее экономичные износостойкие наплавочные материалы для конкретных условий ударно-абразивного воздействия.
Никель широко используется для повышения ударостойкости наплавленного металла. Дороговизна и дефицитность этого элемента вызывают необходимость разработки безникелевых наплавочных материалов. Учитывая особенности сырьевых ресурсов Украины, которая богата залежами марганцевой руды, целесообразно в качестве одного из основных легирующих элементов использовать марганец.
Перспективным направлением в разработке новых наплавочных материалов, применяемых для повышения долговечности деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания, является использование принципа получения в структуре наплавленного металла метастабильного аустенита, превращающегося при нагружении в мартенсит (деформационное мартенситное превращение). Этот принцип был предложен профессором И.Н. Богачевым еще в конце 50-х годов. Однако для наплавочных материалов, используемых для повышения долговечности деталей, работающих в условиях ударно-абразивного воздействия, он не нашел широкого применения.
Исходя кз этого, разработка экономичных безникелевых наплавочных материалов, позволяющих реализовать эффект деформационного мар-тенситного превращения, является важной народнохозяйственной задачей.
Ciisnb работы с научными программам», планами, темами. Работа соответствует направлению исследований, проводимых кафедрой "Металлургия и технология сварочного производства" Приазовского государственного технического университета по темам: "Разработка и внедрение экономнолегированных порошковых электродных материалов для наплавки износостойких и цветных сплавов и технологических процессов" (13/94), "Разработка и внедрение рецептуры и технологии изготовления сварочных электродов с использованием местного сырья вместо поставляемого из стран СНГ" (20/94).
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлось создание экономнолегированных порошковых лент для повышения долговечности деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научно-технические задачи:
отработать методики испытаний на износ, обеспечивающие различные условия ударно-абразивного воздействия, характеризуемые коэффициентом динамичности (Кд);
выбрать систему экономного легирования наплавленного металла. Изучить зависимость его износостойкости от химического, фазового составов и структуры методом регрессионного анализа при различных Кд. Построить соответствующие математические модели;
изучить возможность получения структур наплавленного металла, обеспечивающих наибольшую износостойкость для различных Кд.;
разработать соответствующие составы порошковых лент и методику расчета состава их шихты с использованием ЭВМ;
разработать технологию наплавки деталей, провести промышленное опробование и внедрение результатов исследования.
Научная новизна полученных, результатов.
Получены регрессионные зависимости фазового состава, твердости и ударно-абразивной износостойкости при различных Кд от химического состава наплавленного металла системы Fe-Cr-Mn-C, что явилось основой для создания экономнолегированных наплавочных материалов.
Установлено влияние количества и стабильности остаточного аустенита в структуре наплавленного металла на его ударно-абразивную износостойкость при различных Кд. Показано, что при ударно-абразивном воздействии с малым коэффициентом динамичности (Кд = 1,2-1,4) следует иметь преимущественно мартенситно-карбидігую структуру наплавленного металла. Напротив, при больших значениях Кд (2,0-3,5) структура должна быть преимущественно аустенитной (у S 60 %).
Показано, что, за счет рациональных режимов нормализации наплавленного металла следует регулировать количество аустенита и степень его стабильности по отношению к деформационному мартенситному превращению, что существенно повышает износостойкость наплавленного металла.
Предложена методика выбора состава экономнолегированного наплавочного материала для различных условий ударно-абразивного изнашивания, характеризуемых Кд.
Достоверность выводов и рекомендаций работы подтверждается большим количеством экспериментальных данных, хорошей воспроизводимостью результатов, применением математико-статистических методов, промышленной проверкой и внедрением результатов исследований. v Практическое значение полученных, результатов.
Для различньгх условий ударно-абразивного изнашивания разработаны следующие наплавочные материалы: ПЛ-Нп-230Х12Г2 и ШІ-НП-250Х10Г4ФЗ (Кд = 1,2-1,4), ПЛ-Нп-200Х12Г2 (Кд=1,7-2,0), ПЛ-НП-160Х12Г5 и ПЛ-НП-100Х6Г4 (Кд=3,5), ПЛ-Нп-200Х12Г5 (Кд=1,4-3,5).
Даны рекомендации по выбору рационального фазового, химического составов и структуры наплавленного металла для повышения его ударно-абразивной износостойкости при различных Кд.
Разработана программа расчета состава шихты порошковых лент на ЭВМ.
Результаты работы прошли промышленное опробование и внедрены в ОАО "Азов" (г. Мариуполь) при восстановлении плит щековьгх дробилок Кальчикс ко го карьера.
Личный, вклад соискателя.
В диссертацию вошли лишь те научные результаты, которые получены диссертантом лично.
Автором выполнен аналитический обзор существующих наплавочных материалов, применяемых для восстановления изношенных деталей машин, работающих в различных условиях ударно-абразивного изнашивания, и сделан вывод о том, что существующая качественная оценка условий ударно-абразивного воздействия не позволяет выбрать рациональные экономнолегированные наплавочные материалы для конкретных условий ударно-абразивного изнашивашія. С учетом этого, для количественной оценки условий ударно-абразивного воздействия использован коэффициент динамичности, предложенный И.В. Петровым.
Выбраны методики испытаний образцов в условиях ударно-абразивного воздействия при различных Кд.
Проведены системные исследования износостойкости наплавочных сплавов системы Fe-Cr-Mn-C в условиях ударно-абразивного воздействия, характеризуемого различными значениями Кд.
Установлены регрессионные зависимости фазового состава, твердости и ударно-абразивной износостойкости от химического состава наплавленного металла, что явилось основой для создания экономнолегированных наплавочных материалов.
Проведены испытания износостойкости экономнолегированных марганцем высокоуглеродистых сталей, при различных Кд, и установлено, что в них проявляются те же закономерности, что и в наплавленном металле системы Fe-Cr-Mn-C.
Разработана программа расчета состава шихты порошковых лент на ЭВМ.
С участием автора проведены промышленные испытания и внедрение наплавки порошковой лептой ПЛ-Нп-160Х12Г5 плит щековой дробилки Кальчикского карьера. Эти работы выполнены совместно с сотрудниками НИОСП ОАО "Азов".
В опубликованных с соавторами научных работах диссертантом выполнено: постановка задач, проведение экспериментов и анализ полученных результатов.
Апробация результатов диссертации. Материалы работы докладывались на V научно-технической конференции: "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (сентябрь 1992 г., г. Запорожье), VI международной научно-технической конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (сентябрь 1995, г. Запорожье), I-V региональных научно-технических конференциях (1992-1998 гг., г. Мариуполь).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубли ковано: в научном журнале - 1 статья, в сборниках - 4, тезисов - 7. Всего -12 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 13! страницах, состоит из введения, 5 разделов, выводов, перечня использо ванных источников, из 105 наименований. Работа содержит 31 рисунок, Г таблиц, 4 приложений.