Введение к работе
Актуальность темы. Проблема ресурсо- и энергосбережения всегда
была актуальной. Тем более в настоящее время, когда экономическая ситуация в России все настойчивее заставляет продлевать срок эксплуатации машиностроительных изделий за счет восстановления изношенных поверхностей. В подавляющем большинстве случаев увеличение размеров и обеспечение приемлемых эксплуатационных характеристик достигается в результате наплавки новых порций металла. При этом получаемые поверхностные слои выгодно отличаются от напыленных высокой плотностью и прочностью сцепления с основой. Самым простым и доступным для многих машиностроительных предприятий является восстановительная наплавка покрытыми электродами.
Состав наплавленного металла должен в наибольшей степени соответствовать назначению и условиям функционирования изделия. Поэтому задача получения наплавки заданного состава с наименьшими потерями легирующих элементов очень важна в современном машиностроении. Она может быть успешно решена путем выявления физико-химических закономерностей процессов, происходящих на межфазных границах при взаимодействии ванны жидкого металла со шлаком в ходе наплавки, за счет оптимизации технологических параметров.
Существующие методы прогнозирования состава и свойств легированного металла основаны на экспериментальном подборе наплавочных материалов, что приводит к значительным затратам материальных, финансовых ресурсов и времени. Поэтому разработка расчетных или расчетно-эксперименталь-ных методик является весьма актуальной как с практической, так и с научной точек зрения.
Отдельные разделы работы выполнены при поддержке грантов губернатора Тюменской области С.С. Собянина 2003 и 2004 гг.
Цель работы. Разработать расчетно-экспериментальную методику получения заданного химического состава наплавленного металла с повышенными эксплуатационными характеристиками: прочностью, пластичностью и
износостойкостью. і ' ......
Для достижения цели поставлены следующие оснадшВДвЗДХК
исследовать структуру и механические свойства наплавленного металла, экспериментально определить содержание легирующих элементов в металле и шлаке;
оценить влияние активности шлака на коэффициенты распределения легирующих элементов, рассчитать уравнения регрессии;
выполнить термодинамические расчеты сопряженных реакций взаимодействия алюминия, кремния, марганца, магния и железа с кислородом;
разработать установку для испытания на прочность электродного покрытия для повышения стабильности результатов испытаний по ГОСТ 9466-75.
Метода исследования. В работе использованы рентгенофлюоресцент-ный анализ наплавленного металла и шлака по ГОСТ 28033-89, металлографические исследования, методы определения механических свойств металла по ГОСТ 6996-66 (на статическое растяжение), ГОСТ 1497-84 (расчет предела прочности, предела текучести, относительного удлинения, относительного сужения), ГОСТ 9454-78 (на ударный изгиб), ГОСТ 9450-76 (микротвердость), ГОСТ 9013 (твердость по Роквеллу), испытания на прочность электродного покрытия по ГОСТ 9466-75.
Научная новизна. 1. Разработана расчетно-экспериментальная методика обеспечения заданного химического состава наплавленного металла с использованием построенных номограмм, которая учитывает активность и физико-химические характеристики шлака.
2. Предложен модифицированный показатель активности шлака, учиты
вающий коэффициенты активности оксидов марганца и железа на базе теории
регулярных ионных растворов в зависимости от состава шлака.
-
Выполнены термодинамические расчеты сопряженных реакций на межфазной границе металла и шлака, свидетельствующие о повышении расхода алюминия в присутствии кремния, марганца и магния.
-
Экспериментально исследованы структура и механические свойства наплавок различного состава с целью выявления корреляции технологии и степени легирования металла. Получены уравнения регрессии второго порядка между коэффициентами распределения хрома, марганца, кремния, никеля, молибдена и активностью шлдаа.
Практическая значимость. 1. Получены наплавки заданного состава с повышенными эксплуатационными характеристиками. Расчетно-эксперимен-тальная методика с комплектом номограмм внедрена в ЗАО «Завод сварочных электродов «СИБЭС». Экономический эффект в расчете на год составил 56000 руб. (акт внедрения от 1.10.04). Рекомендации по восстановлению торцевых уплотнений нефтяных магистральных насосов переданы для внедрения ОАО «Тюменские машиностроители». Ожидаемый годовой экономический эффект составил 118 000 руб. (акт внедрения от 24.11.04).
-
Разработана и запатентована (решение о выдаче патента РФ на полезную модель от 09.09.04) установка для испытания на прочность электродного покрытия.
-
Результаты работы используются в учебном процессе в Тюменском государственном нефтегазовом университете (акт внедрения от 3.11.04).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на науч.-техн. конф. «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки» (г. Тюмень, 2002 г.); регион, науч.-техн. конф. «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» (г. Тюмень, 2003 г.); методич. сем. «Второе образование: проблемы и решения» (г. Тюмень 2004 г.); междунар. науч.-практ. конф. «Научные результаты - агропромышленному производству» (г. Курган, 2004 г.); науч.-техн. конф. «АПК в XXI веке: действительность и перспективы» (г. Тюмень, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2004123562 от05.08.04.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы из 83 наименований, актов внедрения. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста с 50 рисунками и 22 таблицами.
