Композиційні плазмові покриття на основі порошків валкових чавунів - Автореферат

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі: · Провести дослідження гранулометрічного складу і морфології відходів механічної обробки валкових чавунів; оцінити технологічність їх переробки у порошки дисперсністю-50...200 мкм. · Провести дослідження дисперсного складу порошків із шламів, їх технологічних властивостей, структури і морфології, а також виявити звязок структури, морфології і дисперсного складу порошків з вихідною гетерогенною, неоднорідною структурою литих чавунів. · Провести дослідження щодо впливу технологічних режимів плазмового напилювання на структуру і фазовий склад покриттів. · Виявити закономірності формування структури і фазового складу композиційних покриттів з механічних сумішей порошків міді і нікелевих сплавів, що самофлюсуються, з порошками із шламів валкових чавунів. У роботі були використані наступні методи: плазмово - порошкове напилювання для нанесення покриттів; рентгеноструктурний аналіз для визначення фазового складу покриттів, спектральний хімічний аналіз для визначення хімічного складу покриттів; металографічний аналіз з використанням оптичного мікроскопа для дослідження структури порошків і покриттів; іспит покриттів на міцність зчеплення за методикою відриву конічного штифта і когезійну міцність при розтягуванні; триботехнічні іспити покриттів на машині тертя за схемою “диск-колодка” в умовах граничного змащення; іспит покриттів на мікротвердість; метод Кранка-Ніколсона для рішення рівнянь теплопровідності Фурє у лінійних (одномірна постановка задачі) і сферичних координатах; статистична обробка даних і математичне моделювання з використанням компютерних програмних пакетів Maple 6.0 і Mathcad 2000 Proffesional.Літературні дані про особливості одержання порошків із стружки білих чавунів, які мають підвищену твердість і зносостійкість, їх структуру і структуру напилених ними покриттів практично відсутні. Порошки для напилювання покриттів отримували із стружки та шламів вибіленого шару бочок чавунних прокатних валків на Лутугинському державному науково-виробничому валковому комбінаті. Технологічний процес переробки шліфувальних шламів у порошки включав наступні операції: 1) сушіння шламів при температурі 413…423К протягом 2-х годин; 2) короткочасне (10...15 хв.) подріблення висушеної маси у кульовому млині; 3) магнітна сепарація шламів; 4) розмагнічування порошків; 5) розсів порошків на фракції на комплекті вібросит; 6) циклонне очищення порошків від пилоподібних фракцій. Встановлено, що порошки із шліфувальних шламів валкових чавунів можуть бути використані для газотермічного напилювання зносостійких покриттів без додаткового подріблення, оскільки масовий вміст у них фракції-100 мкм складає 70...90 %. У порошках із стружки хромонікелевих валкових чавунів, так само як і в порошках із шламів, внаслідок викрошування при подрібленні включень евтектичного цементиту формуються частки з різним вмістом і морфологією карбідних фаз.Порошки із шліфувальних шламів вибіленого шару двошарових хромонікелевих і високохромістих чавунних прокатних валків можуть бути використані для газотермічного напилювання зносостійких покриттів без додаткового подріблення. Внаслідок викрошування малопластичних евтектичних карбідів при шліфуванні вибіленого шару хромонікелевих чавунних прокатних валків утворюються порошки, які містять частки різної структури, морфології та хімічного складу. Частки в порошках із шламів високохромістих валкових чавунів характеризуються однотипною гетерогенною структурою компактних литих матеріалів (мартенсит (Cr,Me)7С3). При розробці технології плазмового напилювання покриттів порошками з відходів механічної обробки хромонікелевих валкових чавунів необхідно враховувати їх структурну та хімічну неоднорідність. Виявлено звязок між структурною неоднорідністю порошків із шламів хромонікелевих валкових чавунів і структурою та фазовим складом напилених ними покриттів.

2. Основний зміст роботи

1. Порошки із шліфувальних шламів вибіленого шару двошарових хромонікелевих і високохромістих чавунних прокатних валків можуть бути використані для газотермічного напилювання зносостійких покриттів без додаткового подріблення.

2. Внаслідок викрошування малопластичних евтектичних карбідів при шліфуванні вибіленого шару хромонікелевих чавунних прокатних валків утворюються порошки, які містять частки різної структури, морфології та хімічного складу. Порошки фракцій -50 і 50...63 мкм містять пластинчасті частки товщиною 8...15 мкм із структурою мартенситу і вторинного цементиту (1,9...2,1 мас. % С), порошки фракції 63...100 мкм - частки оскольчастої форми із структурою евтектичного цементиту (4,1...4,3 мас. % С).

3. Частки в порошках із шламів високохромістих валкових чавунів характеризуються однотипною гетерогенною структурою компактних литих матеріалів (мартенсит (Cr,Me)7С3).

4. При розробці технології плазмового напилювання покриттів порошками з відходів механічної обробки хромонікелевих валкових чавунів необхідно враховувати їх структурну та хімічну неоднорідність. Ступінь проплавлення часток розміром 70...100 мкм із структурою евтектичного цементиту у аргоно-азотному плазмовому струмені електричною потужністю 28 КВТ (плазма Ar 35 мас. % N2) складає 0,95...1,0; 22 КВТ (20 мас. % N2) - 0,5…0,65; 12КВТ (100 мас. % Ar) - 0,15...0,2. Частки аналогічного розміру із структурою мартенситу і вторинного цементиту і компактного литого чавуна проплавляються по всьому обєму у плазмовому струмені електричною потужністю 18 КВТ (15 мас. % N2).

5. Виявлено звязок між структурною неоднорідністю порошків із шламів хромонікелевих валкових чавунів і структурою та фазовим складом напилених ними покриттів. У покриттях з порошків фракції 63…100 мкм із вихідною структурою ледебуриту, напилених розплавленими чавунними частками, формується гетерогенна структура ? a-Fe Fe3C мікротвердістю 8200...9300 МПА. У покриттях з порошків хромонікелевих чавунів фракції -63 мкм із вихідною структурою мартенситу і вторинного цементиту (1,8...2,0 мас. % С) основною фазою є аустеніт, оскільки відсутні умови для утворення e-фази.

6. Домінуючими фазами покриттів з порошків високохромістих чавунів фракції -63 мкм є карбіди (Cr, Me)7C3 і твердий розчин на основі а-заліза. Мікротвердість гетерогенної структури a-Fe (Cr, Me)7C3 складає 8500…10000 МПА. При напилюванні порошків фракції 63...100 мкм внаслідок зниження швидкості охолодження чавунних часток у 25...40 разів формування структури a-Fe (Cr, Me)7C3 стає неможливим; основною структурною складовою покриттів є аустеніт мікротвердістю 3300...3900 МПА.

7. Виявлений вплив вмісту міді у композиційних плазмових покриттях на основі порошків високохромістих валкових чавунів на їх структуру та фазовий склад. Основними структурними складовими композиційних покриттів з механічних сумішей чавунних порошків фракції 63...100 мкм із 30...35 мас. % мідного порошку є твердий розчин на основі a-Fe, карбіди (Cr, Me)7C3 і мідь, покриттів із чавунних порошків - аустеніт.

8. Встановлено оптимальну концентрацію міді у композиційних покриттях на основі порошків валкових чавунів (30...35 мас. %), при якій досягаються мінімальні значення інтенсивності їх зношування і коефіцієнта тертя в умовах граничного змащення та максимальна когезійна міцність.

Основні положення дисертації опубліковано в роботах

1. Харламов Ю. А., Шевченко А.В., Юдицкий С. А. Порошки для газотермического напыления из отходов производства прокатных валков // Автоматическая сварка. - 2001. - № 10. На основі власних експериментальних досліджень здобувачем отримані порівняльні характеристики ефективності виробництва порошків з різних відходів механічної обробки литих чавунних прокатних валків - подрібленням стружки у кульовому млині та із шліфувальних шламів. Здобувачем уперше виявлена залежність міцності зчеплення композиційних плазмових покриттів від складу механічних сумішей порошків із шламів валкових чавунів з нікелевими сплавами, що самофлюсуються.

2. Композиционные покрытия для восстановления шеек коленчатых валов автотракторных двигателей / Ю.А.Харламов, Н.А.Будагьянц, С.А.Юдицкий, А.В.Шевченко // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2002. - № 10. - С. 237-242. Здобувачеві належить розробка композиційних плазмових покриттів з механічних сумішей порошків валкових чавунів та нікелевих сплавів, що самофлюсуються. Здобувачем уперше встановлені залежності коефіцієнту тертя ковзання та інтенсивності зношування розроблених композиційних покриттів від їхнього складу, швидкості ковзання і тиску в умовах граничного тертя зі змащенням.

3. Триботехнические свойства плазменных композиционных покрытий системы легированный чугун-медь / Ю.А.Харламов, Н.А.Будагьянц, С.А.Юдицкий, А.В.Шевченко // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2002. - № 7. - С. 167-172. Здобувачеві належить розробка композиційних плазмових покриттів з механічних сумішей порошків валкових чавунів та міді. Ним уперше встановлені залежності коефіцієнту тертя ковзання та інтенсивності зношування композиційних покриттів на основі порошків легованих чавунів з вмістом міді від їхнього складу, швидкості ковзання і тиску в умовах граничного тертя зі змащенням; виявлений звязок інтенсивності абразивного зношування покриттів зі складом порошкових сумішей.

4. Харламов Ю.А, Шевченко А.В. Особенности нагрева и плавления в плазменной струе порошков из шламов валковых чугунов // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2003. - № 1. Здобувачеві належать експериментальні та теоретичні дослідження закономірностей плазмового нагрівання порошків зі шламів хромонікелевих та високохромістих чавунів. Ним обгрунтована необхідність урахування різних структури і теплофізичних властивостей окремих фракцій порошків хромонікелевих чавунів при розробці технологічного процесу напилювання ними зносостійких покриттів.

5. Харламов Ю.А, Шевченко А.В. Структура и фазовый состав композиционных покрытий системы чугун-медь // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2003. - № 2. Здобувачеві належать експериментальні та теоретичні дослідження впливу складу порошкових сумішей системи "легований чавун-мідь" на структуру і фазовий склад композиційних плазмових покриттів.

6. Плазменные покрытия из порошков, полученных из отходов обработки прокатных валков / Ю.А.Харламов, Н.А.Будагьянц, С.А.Юдицкий, А.В.Шевченко // Сварочное производство. - 2002. - № 9. - С. 43-48. Здобувачем встановлений звязок інтенсивності абразивного зношування з когезійною міцністю композиційних плазмових покриттів із механічних сумішей порошків зі шламів валкових чавунів з нікелевими сплавами, що самофлюсуються.

7. Харламов Ю.А., Юдицкий С.А., Шевченко А.В. Механические смеси порошков для газотермического напыления // Зб. наукових праць “Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні” - С. 255-261. - Луганськ: Видавництво СНУ. - 2001. Здобувачем запропонована методика вибору оптимального співвідношення розмірів часток порошків-компонентів механічних сумішей при газотермічному напилюванні композиційних покриттів.

8. Будагьянц Н.А., Харламов Ю.А., Шевченко А.В. Получение порошков для газотермического напыления порошков из стружки легированных чугунов // Зб. наукових праць “Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні” - С. 278-282. - Луганськ: Видавництво СНУ. - 2000г. Здобувачем отримані нові результати щодо залежності ефективності подріблення стружки легованих валкових чавунів у кульовому млині від структури матеріалів та режимів подріблення.

9. Ю.А.Харламов, Н.А.Будагьянц, А.В.Шевченко, С.А.Юдицкий. Плазменные покрытия из никельхромового чугуна // Сб. докл. 3-й Международной конференции “Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов” ОТТОМ-3, 9-13 сентября 2002г. - Ч.2. - C. 103-105. - Харьков: Изд-во Национального научного центра “ХФТИ”. Здобувачем уперше встановлені залежності коефіцієнта тертя ковзання плазмових покриттів, напилених порошками із шліфувальних шламів валкових чавунів, від швидкості ковзання та тиску в умовах граничного тертя.

10. Композиционные покрытия на основе чугунных порошков / Ю.А.Харламов, Н.А.Будагьянц, С.А.Юдицкий, А.В.Шевченко // Сб. научных трудов “Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения” - Ч.2. - C. 72-76. - Полоцк: Полоцкий государственный университет - 2001. Здобувачеві належать результати досліджень морфології та дисперсного складу порошків зі шламів валкових чавунів. Особисто здобувачем уперше встановлена зміна структури та фазового складу по товщині плазмових покриттів з порошків хромонікелевих валкових чавунів, що містять 2,9...3,0 мас. % С, 0,5...0,7 мас. % Si, 1,0...1,2 мас. % Cr.

11. Харламов Ю.А, Будагьянц Н.А, Шевченко А.В. Сырьевая база для производства экономнолегированных порошков // Тематический сборник “Материалы, технологии и оборудование для упрочнения и восстановления деталей машин” - C. 259-260. - Минск: Технопринт - 2003. Здобувачем обгрунтована наявність промислової стабільної бази для отримання недорогих і недефіцитних середньо- та високолегованих порошкових сплавів на основі заліза на Лутугинському державному науково-виробничому валковому комбінаті.

12. Харламов Ю.А, Будагьянц Н.А, Шевченко А.В. Структура и свойства порошков из отходов обработки легированных чугунов // Тематический сборник “Материалы, технологии и оборудование для упрочнения и восстановления деталей машин” - C. 260-262. - Минск: Технопринт - 2003. Здобувачеві належить виявлення структурної неоднорідності порошків із шламів хромонікелевих валкових чавунів, яка обумовлена різним рівнем фізико-механічних властивостей окремих структурних складових литих чавунів і відповідними відмінностями у механізмах їхнього руйнування при шліфуванні.

13. Plasma coatings from powders produced from the waste in processing rolling rolls / Yu.A. Kharlamov, N.A. Budagyants, S.A. Yuditskii, A.V. Shevchenko // Welding International. - 2003. - ? 17(2). - ?. 156 - 161. Aaciina?aaiui caiaoaa?ai io?eiai? caea?iino? eiao?o??ioo oa?oy ковзання eiiiiceo?eieo плазмових iie?eoo?a ic iaoai??ieo noi?oae ii?ioe?a aaeeiaeo ?aaoi?a c ii?ioeii i?eaeaaiai nieaao, ui naiioe?no?ouny, a?a oeyoo oa?oy, тиску і швидкості ковзання a oiiaao eaiaeuiого ciauaiiy. Виявлені оптимальні склади порошкових сумішей, плазмове напилювання яких забезбечує формування покриттів з підвищеними антизадирними властивостями.

14. Thermal sprayed coatings on base of cast iron chips / Y.A. Kharlamov, N.A. Budagyunchz, S.A. Yudichzki, A.V. Shevchenko // Proceedings of 3 International Symposium on Tribo - Fatigue, Bremen, 12 - 16 oct. 2000. - P. 545 - 548. Caiaoaa?aa? iaea?eou iaa?oiooaaiiy ia?niaeoea canoinoaaiiy aey aacioa?i??iiai iaiee?aaiiy iie?eoo?a o?eaioaoi??iiai i?ecia?aiiy iaoai??ieo noi?oae ii?ioe?a aenieiaoaeaoaaeo nieaa?a ia cae?ci?e iniia? c i?aa?.