Підвищення експлуатаційних властивостей чавунних виробів дискретною модифікацією поверхневого шару - Автореферат

Мета роботи: підвищення експлуатаційних властивостей поверхневого шару виробів з чавуну дискретною модифікацією поверхневого шару шляхом встановлення залежностей між його конструктивними параметрами й технологічними параметрами плазмової обробки, що забезпечують оптимальний для умов експлуатації рівень експлуатаційних властивостей і напружено-деформованого стану. Обєкт досліджень - процеси, що відбуваються у поверхневому шарі дискретної будови на чавунах при обробці висококонцентрованим плазмовим струменем. Вивчення структури, механічних властивостей і напружено-деформованого стану поверхневого шару виконано з використанням теоретичних і експериментальних методів, що базуються на положеннях теорії фазових перетворень у залізовуглецевих сплавах при обробці концентрованими джерелами нагрівання, теорії зношування, механіки руйнування, теорій деформованого твердого тіла й теплопровідності, чисельного моделювання методом кінцевих елементів. Вперше встановлено, що рівень експлуатаційних властивостей поверхонь, який досягається при модифікації чавунів різних типів, залежить не стільки від форми графіту, скільки від фазового складу матриці та показано, що найбільш високий рівень властивостей отриманий при плазмовій обробці високоміцного чавуну з перлітною матрицею й кулястим графітом, а основною структурною складовою, яка визначає їх зносостійкість і тріщиностійкість (характер руйнування) є високодисперсний мартенсит (загартування у твердій фазі) або квазіледебурит (загартування з рідкої фази). Вперше розроблена модель напруженого стану дискретного поверхневого шару та показано, що оптимальне співвідношення зносостійкості та тріщиностійкості відбувається у випадку, коли відстань між модифікованими шарами не перевищує половину їх ширини, а за базову схему обробки визначене плазмове модифікування без оплавлення поверхні, коли в поверхневому шарі виникають залишкові стискаючі напруження, що досягають 735 МПА на поверхні та 650 МПА на межі з вихідним металом.Дослідженнями встановлено, що тепловкладення в матеріал (чавун) при плазмовій обробці (при незмінних конструктивних параметрах плазмотрону) визначається двома незалежними параметрами режиму обробки - величиною струму дуги I і швидкості обробки v. Плазмова обробка по режимах №3, 4, 6, 7, 9 і 10 (див. таблицю 1) призводить до оплавлення на значну глибину з порушенням мікрорельєфу поверхні й виплеском частини рідкого металу під газодінамічним впливом плазмового струменя - макрооплавленню, а по режимах №5, 8 і 11 - до оплавлення тонкого шару зі збереженням мікрогеометрії поверхні - мікрооплавленню. Також, у даній роботі був досліджений вплив плазмової поверхневої модифікації на різних режимах (без оплавлення, з мікро-і макрооплавленням) на мікроструктуру й експлуатаційні властивості (твердість, абразивну зносостійкість) чавунів з різними типом матриці й формою графіту - сірого феритно-перлітного із пластинчастим графітом (СЧ-18), сірого перлітного з вермікулярним графітом (СЧ-40). Проводилися випробування на абразивну зносостійкість з визначенням коефіцієнту зносостійкості Кз (Кз = Dmэ/Dmзраз, де Dmзраз і Dmэ - відповідно втрати у вазі досліджуваного зразку й зразку-еталону при терті в заданих умовах і протягом заданого часу) модифікованої зони на зразках з високоміцного чавуну ВЧ-80, зміцнених по різних режимах: 1) вихідний стан - еталон при розрахунку коефіцієнта зносостійкості; твердість HV 240; 2) обємне загартування від 900 ?С у оливу обємний відпуск при 300 ?С с витримкою 1 година; твердість HV 485; 3) обємне гартування; твердість HV 560; 4) плазмова обробка з макрооплавленням (режим № 3,); твердість HV 790; 5)плазмова обробка з мікрооплавленням (режим № 5,); твердість HV 835; 6) плазмова обробка без оплавлення (режим № 1,); твердість HV 800. Для моделювання зношування розглянутих вище випадків одержання зміцненого шару дискретної будови проводили випробування зразків розміром 50х60х15 мм із високоміцного чавуну ВЧ-80 чотирьох груп: 1 - плазмова обробка без оплавлення поверхні виконується в напрямку, що збігається з напрямком зношування; 2 - плазмова обробка без оплавлення поверхні виконується в напрямку, перпендикулярному напрямку зношування; 3 - плазмова обробка з оплавленням поверхні виконується в напрямках, перпендикулярному й співпадаючому з напрямком зношування; 4 - плазмова обробка виконується при перехресному переміщенні плазмотрона в перпендикулярному напрямку й у напрямку, що становить кут 45? з напрямком зношування.В роботі вирішена важлива науково-технічна задача підвищення експлуатаційних властивостей великогабаритних чавунних виробів різного функціонального призначення за рахунок формування плазмовою поверхневою обробкою модифікованих поверхневих шарів дискретної будови, які забезпечують високий рівень службових властивостей - зносостійкості, тріщиностійкості, а також оптимальний розподіл еквівалентних напружень у модифікованих шарах. Визначені режими плазмової обробки, що дозволяють досягти умов необхідної модифікації поверхневого шару чавунів з

Основний зміст роботи