Дослідження технології виплавки кальцієвих бабітів на основі вторинних сплавів - Автореферат

В результаті роботи вперше на практиці вдосконалено технологію переплавлення стружки, що дозволило досягти більш високого вмісту легуючих елементів у вторинному сплаві і збільшити частку повернення відходів в середньому до 70 %. Для дотримання усіх вимог на якість литого атифрикційного бабітового шару в удосконаленій технології досліджували вплив легуючих і домішкових елементів на властивості і структуру сплаву, а також утворювання дефектів в кальцієвих бабітах. дослідити вплив введення магнію на зміну масової частки натрію і кальцію при плавленні бабіту з використанням вторинного сплаву, встановити вплив магнію на зміну міцності бабіту при старінні; Наукова новизна одержаних результатів міститься в тому, що експериментально встановлено можливість підвищення частки вторинного сплаву в шихті плавки бабіту за рахунок введення магнію. отримано математичну модель, що встановлює залежність твердості бабітів від масової частки в сплаві кальцію, магнію, натрію і олова, а також від тривалості старіння сплаву;Показано, що такі домішки в свинцю як кальцій, натрій, магній і олово сприяють розчинності водню. 2) вплив основних легуючих елементів (кальцію, натрію, магнію і олова) на властивості кальцієвих бабітів вивчений мало; В результаті обробки одержаних даних методом регресійного аналізу отримано залежність твердості сплаву БК2 від масової частки вторинного бабіту в шихті плавки: НВ = 16,0108 5,0738 Cn - 0,5449 Cn2 - 3,4058 Cn3, де Cn - масова частка вторинного бабіту, %; Залежність угару натрію від часу плавки має вигляд: CNA = 0,2302 - 0,0084 t 0,0019 t2 - 0,0064 t3, де CNA - масова частка натрію в сплаві БК2 %; Вплив тривалості плавки на угар кальцію описується рівняннями: де - масова частка кальцію в сплаві %;Металографічному дослідженню піддавали шліфи бабітового шару, що мають крупні і дрібні дефекти спучення. Виявлені загальні закономірності: а) усі дефектні зразки мають дрібнокристалічну структуру; б) бабітовий шар містить велику кількість пор як за усім обємом, так і на стику з бронзовою основою. У звязку з тим, що у літературі виникнення дефектів спучення пояснюється впливом водню, було проведено визначення складу газу в дефектній порожнині. Масова частка олова у всіх сплавах був постійна і знаходилася в межах 1,80 - 1,85 %. Статистична обробка даних дозволила отримати наступні залежності масової частки газів від хімічного складу сплавів.Встановлено залежність зміни масової частки цих легуючих елементів від часу плавлення та показано, що введення 0,06 - 0,07 % магнію при переплавленні стружки знижує угар натрію приблизно на 45 %, а кальцію - на 20 %. Досліджено твердість 17 свинцевих сплавів, легованих кальцієм, натрієм, магнієм й оловом у різному співвідношенні з витримкою після відливання від 0,5 до 720 годин. Математичною обробкою результатів дослідження отримано рівняння регресії у вигляді кубічних поліномів, яке описує залежність твердості бабітів від хімічного складу і тривалості старіння сплаву. Для встановлення впливу поступового накопичення домішок при зростанні в шихті частки повернення відходів досліджували декілька груп сплавів із змінним вмістом сурми, нікелю, сурми з нікелем, міді, цинку і міді з цинком. Для визначення залежності мікроструктури бабітів від хімічного складу при різній тривалості старіння (від 0,5 до 720 годин) з вимірюванням твердості були проведені металографічні дослідження, в результаті яких встановлено, що кальцій при масовій частці 0,7 - 0,9 % у бабіті БКА і 0,06 - 0,15 % у БК2 покращує механічні властивості і обумовлює утворення сприятливої мікроструктури.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. Проведено дослідження з різною кількістю вторинного сплаву в промислових плавках бабіту БК2 та встановлено можливість зниження витрат на первинний сплав.

Регресійним аналізом результатів плавлення отримано залежність твердості сплаву від кількості вторинного бабіту. Встановлено оптимальну масову частку вторинного бабіту в шихті - 65,4 %.

2. Визначено вплив додавання магнію на угар натрію й кальцію впродовж плавлення бабіту БК2 з використанням вторинного сплаву.

Встановлено залежність зміни масової частки цих легуючих елементів від часу плавлення та показано, що введення 0,06 - 0,07 % магнію при переплавленні стружки знижує угар натрію приблизно на 45 %, а кальцію - на 20 %.

3. На зразках бабіту, які отримано плавленням з різною кількістю повернення, проведено вимірювання твердості впродовж витримки до 1 року та отримані регресійні рівняння залежності твердості бабіту БК2 від тривалості старіння. Визначено, що нормативне введення магнію в плавку дає суттєве зростання твердості сплаву з часом.

4. Досліджено твердість 17 свинцевих сплавів, легованих кальцієм, натрієм, магнієм й оловом у різному співвідношенні з витримкою після відливання від 0,5 до 720 годин.

Математичною обробкою результатів дослідження отримано рівняння регресії у вигляді кубічних поліномів, яке описує залежність твердості бабітів від хімічного складу і тривалості старіння сплаву.

Показано, що збільшення масової частки натрію і магнію до 1,6 % підвищує твердість зразків в 2,5 - 3,0 рази. Вплив олова мало помітний, а кальцію - характеризується наявністю екстремуму в діапазоні 0,8 - 1,2 %.

5. Для встановлення впливу поступового накопичення домішок при зростанні в шихті частки повернення відходів досліджували декілька груп сплавів із змінним вмістом сурми, нікелю, сурми з нікелем, міді, цинку і міді з цинком.

За наслідками комплексного дослідження впливу мікродомішок на твердість, межу міцності при розтягуванні і ударну вязкість було проведено апроксимацію квадратними сплайнами по кожному елементу.

Отримано математичну модель, яка описує залежність механічних властивостей бабіту від масової частки елементів у межах (%): 0 - 0,14 Са; 0,11 - 0,29 Na; 0,002 - 0,390 Cu; 1,7 - 2,0 Sn; 0,003 - 0,470 Zn і 0,01 - 0,21 Ni.

6. Експериментально і розрахунками визначено лінійну й масову зносостійкість бабіту БК2 з домішками сурми, нікелю, міді та цинку.

Встановлено, що цинк не тільки підвищує твердість бабіту, але й сприяє найменшому зносу. Нікель і сурма знижують зносостійкість сплаву.

7. Для визначення залежності мікроструктури бабітів від хімічного складу при різній тривалості старіння (від 0,5 до 720 годин) з вимірюванням твердості були проведені металографічні дослідження, в результаті яких встановлено, що кальцій при масовій частці 0,7 - 0,9 % у бабіті БКА і 0,06 - 0,15 % у БК2 покращує механічні властивості і обумовлює утворення сприятливої мікроструктури. Вихід за межі інтервалу в будь - яку сторону приводить до погрублення мікроструктури і погіршення механічних властивостей.

Вплив натрію на властивості бабіту дещо слабший, ніж кальцію. При масовій частці 0,6 - 0,8 % у БКА і 0,15 - 0,25 % у БК2 натрій підсилює дію кальцію. Перевищення межи веде до зростання розміру зерна, пористості і зниження механічних властивостей.

Магній при масовій частці більше 0,05 % сприяє зростанню розміру зерна, пористості і зниженню механічних властивостей.

Олово в сплаві БК2 знижує пористість.

Домішка цинку в кальцієвих бабітах сприяє підвищенню усіх механічних властивостей. При масовій частці цинку 0,20 % досягається максимальна міцність сплаву незалежно від масової частки магнію від 0,006 до 0,020 % і міді до 0,05 %.

Зростання масової частки міді з 0,05 до 0,20 % знижує механічні властивості сплаву.

8. Для отримання сприятливої мікроструктури і високих механічних властивостей доцільно, щоб у бабіті БКА було 0,7 - 0,9 % Ca; 0,6 - 0,8 Na; залишок - Pb.

Для бабіту БК2 раціональною масовою часткою є 0,06 - 0,15 % Са; 0,15 - 0,25 Na; 0,02 - 0,05 % Mg; 1,5 - 2,0 Sn; залишок - Pb.

9. Металографічними дослідженнями бабітових шарів підшипників, що мають дефекти спучення, встановлено, що зразки як з дрібними, так і крупними дефектами мають дрібнозернисту структуру і містять більшу кількість газових пор. У зонах з крупними дефектами зафіксовано розшаровування бабіту.

10. Аналізом двох проб газу, які були відібрані безпосередньо з порожнин крупних дефектів спучення, встановлено, що масова частка в них (%): 7,90 - 8,30 Н2; 65,10 - 65,35 N2; 26,70 - 26,80 О2.

11. Методом вакуумного плавлення з використанням хроматографічного аналізу визначено вміст кисню, водню і азоту в кальцієвих бабітах, литих заводських бабітових шарах і вторинних сплавах.

Встановлено високу газонасиченість вторинних бабітів, особливо Запорізького механічного заводу (68,35 см3/100 г)

12. Математичною обробкою результатів газонасиченості девяти синтетичних сплавів встановлено залежності масової частки водню і кисню від складу сплаву. Отримані залежності показують, що основний вплив на газонасиченість має магній. Меншою мірою впливає натрій. Роль кальцію незначна.

13. Підрахунком кількості дефектів спучення в зразках девяти досліджених сплавів після їх зберігання впродовж 1 року встановлено, що найбільшу кількість дефектів мають сплави з максимальною газонасиченістю.

14. Вивченням утворення дефектів і газонасиченості визначено, що верхня межа масової частки магнію в сплаві, яким заливається вкладиш, повинна складати 0,06 %, а оптимальний вміст натрію 0,16 - 0,23 %.

15. Проведені дослідження стали підставою для розробки наступної технічної документації.

ГОСТ 1209-78. Бабіти кальцієві в чушках. Технічні умови.

ОСТ 32-8-78 Підшипники буксові тертя ковзанням для вагонів і тендерів широкої колії 1520 (1524) мм. Технічні вимоги.

ТУ 32 УВ 1085-80. Підшипники для вісі ІІІ типу (без армирування).

ТУ 32 ЦТВР. Приймання двигунів 2Д100, що заливаються свинцевим сплавом з використанням бабіту БК2.

Зміни до інструкції № 323 УВ. Ремонт і обслуговування буксових вузлів вантажних вагонів.

16. На підставі матеріалів дисертаційної роботи розроблено технологічну інструкцію з плавлення бабіту з підвищеною часткою вторинного сплаву, а технологію впроваджено на Запорізькому механічному заводі.

17. На продукцію Запорізького механічного заводу, яку отримано за розробленою технологією, надано позитивні відгуки від 4 підприємств.

1. Фильченков А. С., Иванов Г. В. Грицай В. П. Особенности технологии производства бронзобаббитовых вкладышей // Теория и практика металлургии. - Днепропетровск, 2005. - №4-5. - С. 49-51.

2. Фильченков А. С. Исследование дефектов бронзобаббитовых вкладышей подшипников скольжения // Металургия: Зб. наук. праць. - Запоріжжя: ЗДІА, 2006. - №13. - С. 130-132.

3. Фильченков А. С., Грицай В. П., Скачков В. А., Иванов В. И., Иванов Г. В., Влияние микролегирования на механические свойства баббита БК2 //Теория и практика металлургии. - Днепропетровск, 2007. - №2-3. - С.123-127.

4. Фильченков А. С., Грицай В. П., Иванов Г. В. Влияние химического состава на газонасыщенность и образование дефектов вспучивания переплава баббита БК2 // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - Запоріжжя, 2007. - №1. - С. 85 - 88.

5. Фильченков А. С., Грицай В. П., Скачков В. А., Иванов В. И. Выбор рационального состава кальциевых баббитов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008. - № 6. - С.69 - 72.

6. Фільченков О. С., Грицай В. П., Скачков В. О., Іванов В.І. Моделювання процесу зношення підшипників ковзання на основі бабіту // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - Черкаси, 2008. - № 3. - С. 152-155.

7. Фільченков О. С., Грицай В. П., Іванов Г. В., Печеннікова В. М. Особливості технології одержання якісного бабітового шару підшипників ковзання з підвищеною часткою повернення відходів виробництва // Металургія: Зб. Наук. Праць. - ЗДІА, - 2009. - №19. - С. 52-55.

8. Фильченков А. С., Грицай В. П. Разработка малоотходной технологии получения бронзобаббитовых вкладышей//Х науково - технічна конференція студентів, магістрантів і викладачів ЗДІА. -Запоріжжя: ЗДІА, 2005. -Ч. ІІ. - С. 13.

9. Сорокина Е. В., Фильченков А. С., Грицай В. П. Исследование структуры дефектов бронзобаббитовых вкладышей // ХІ науково - технічна конференція студентів, магістрантів, і викладачів ЗДІА. - Запоріжжя: ЗДІА, 2006. - Ч. І. - С. 81.

10. Фильченков А. С., Сорокина Е. В., Грицай В. П. О влиянии некоторых химических элементов на механические свойства баббита БК2 // ХІ науково- технічна конференція студентів, магістрантів і викладачів ЗДІА. - Запоріжжя: ЗДІА, 2006. - Ч. І. - С. 89.

11. Фильченков А. С., Грицай В. П., Иванов Г. В. Влияние химического состава на газонасыщенность и образование дефектов вспучивания переплава баббита БК2 // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании: Международная научно - практическая конференция. - Одесса, 2006. - С. 19-24.

12. Фильченков А. С., Иванов Г. В., Грицай В. П. О малоотходной технологии получения бронзобаббитовых вкладышей // Екологічні проблеми промислових підприємств і перспективи їх вирішення в рамках співробітництва з Євросоюзом: Матеріали конференції. - К.: Знання України, 2007. - С. 101-104.

13. Фильченков А. С., Грицай В. П. Образование дефектов вспучивания на баббите при использовании переплава стружки // ХІІ науково - технічна конференція студентів, магістрантів і викладачів ЗДІА. - Запоріжжя: ЗДІА, 2007. - Ч. ІІ. - С. 47.

14. Фильченков А. С., Грицай В. П., Иванов Г. В. Уменьшение образования технологических отходов при производстве бронзобаббитовых вкладышей // Проблеми і рішення у сфері поводження з небезпечними та побутовими відходами: Труди міжнародної науково - технічної конференції. - К.: Знання України, 2007. - С. 47-50.

15. Фильченков А. С., Грицай В. П., Скачков В. А., Иванов В. И. Об изменении структуры и твердости кальциевых баббитов со временем // ХІІІ науково - технічна конференція студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА. Запоріжжя: ЗДІА, 2008. - Ч. І. - С. 73.

16. Фильченков А. С., Иванов Г. В., Грицай В. П. Переработка отходов, образующихся при производстве бронзобаббитовых вкладышей // Вирішення технологічних та медико - біологічних проблем при використанні промислових і побутових відходів: Матеріали конференції. - К.: Знання України, 2008. - С. 57-59.

17. Фильченков А. С., Грицай В. П., Скачков В. А., Иванов В. И. Моделирование процесса износа подшипников скольжения на основе баббита // Компютерне моделювання в хімії та технологіях: Тези доповідей першої науково - практичної конференції з міжнародною участю. - Черкаси: ЧНТУ, 2008.- С. 48.

18. Пат. 78355 Україна, МПК B22D 19/08 (2006.01) C22C 1/08 (2006.01) Спосіб виготовлення вкладишів підшипників ковзання з антифрикційним шаром на основі кальцієвого бабіту / Шиян. О. Г. Фільченков О. С., Іванов Г. В., Візірський В. Д., Пухловський В. І. (Україна). Заявник та тримач патенту ВАО ЗМЗ; заявл. 01.03.05; опубл. 15.03.2007, Бюл. № 3, 2007 р.