Аналіз існуючих технологій та матеріалів для захисту від абразивного (гідроабразивного) зношування. Якості білого чавуна, отриманого електродуговим наплавленням порошковим дротом з підвищеним вмістом титану і азоту, які визначають його опір дії абразиву.
При низкой оригинальности работы "Підвищення зносостійкості деталей наплавленням економолегованого титановмісного залізовуглецевого сплаву", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Захист відбудеться “26” жовтня 2010 р. о 13.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 17.052.01 у Запорізькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 69063, м. визначити вплив хімічного складу на структуру, стійкість наплавленого металу в умовах абразивного, гідроабразивного зношувань і отримати сплав з оптимальними показниками; абразивний зношування чавун розробити наплавочний матеріал, що містить недорогі компоненти для отримання сплаву з високою абразивною (гідроабразивною) тривкістю; Для отримання даних про взаємозвязок структуроутворення і властивостей абразивостійкого білого чавуну проводили: визначення складу сплаву, отриманого електродуговим наплавленням порошковим дротом, з використанням хімічного, спектрального аналізу; Наукова новизна отриманих результатів: вперше експериментально встановлено, що застосування технології електродугового наплавлення порошковим дротом з використанням вуглецю та азоту, дозволяє отримати у білому чавуні титану у кількості до 4,2 мас.%; запропоновано схему взаємодії титану з вуглецем та азотом; вперше досліджено вплив вуглецю (від 2,5 до 3,5мас.%), збільшеної кількості титану (від 1 до 4,2мас.%) та азоту (від 0,02 до 0,046мас.%) на структуроутворення і експлуатаційні характеристики білого наплавленого чавуну, знайдено регресійні та графічні залежності впливу хімічного складу на зносостійкість, що дозволило отримати сплав з оптимальною мартенсито-аустенітною матрицею, зміцненою карбонітридами титану;Для отримання потрібних характеристик білі чавуни легують хромом, марганцем, бором, нікелем, вольфрамом, ванадієм, кремнієм, інколи титаном в обмежених кількостях, або у складнолегованих системах. При реалізації мети та задач дослідження було визначено спосіб отримання сплаву з підвищеним вмістом титану та азоту - електродугове наплавлення порошковим дротом. Встановлено межі вмісту основних елементів: вуглецю, кремнію, марганцю, титану в сплаві для їх дослідження. Проведено термодинамічний аналіз поведінки основних елементів, що за даними аналітичного огляду входять до системи легування білого абразивостійкого чавуну, - титану, азоту, вуглецю. Обґрунтування можливості насичення та визначення максимальної ефективної розчинності азоту в системі C-Mn-Si-Ti-N проводили шляхом графічної порівняльної обробки результатів хімічного аналізу на загальний вміст азоту в сплаві і результатів масспектрального аналізу на кількість незвязаного азоту (рис.У дисертації наведено нове вирішення задачі захисту від абразивного зношування, яке полягає в отриманні високоефективного наплавленого металу на основі заліза, легованого титаном та азотом, що дозволяє віднести його до економолегованого. Термодинамічно обґрунтовано можливість введення титану до сплаву у вигляді сполук з вуглецем при температурі системи більшій за 2000К, коли енергія утворення карбіду титану стає мінімальною і поступається цим показником лише сполуці з киснем. Для отримання білого чавуну, легованого титаном, запропоновано використання електродугового процесу, що створює умови отриманню сполук вуглецю з титаном вже на стадії краплі. Спосіб електродугового наплавлення порошковим дротом дозволяє проводити легування отриманого сплаву в широких межах і створювати ретельний захист газоподібними продуктами згорання, що робить мінімальною імовірність окислення титану при переході до металу. За результатами аналітичного огляду встановлено межі вмісту основних елементів абразивостійкого чавуну для визначення оптимального сплаву проведенням повного факторного експерименту: вуглецю - від 2,5 до 3,5мас.%; титану - від 1,0 до 4,0мас.%; кремнію - 1,0мас.%; марганцю - 1,0мас.%.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертації наведено нове вирішення задачі захисту від абразивного зношування, яке полягає в отриманні високоефективного наплавленого металу на основі заліза, легованого титаном та азотом, що дозволяє віднести його до економолегованого.
Технологічні, економічні властивості, що притаманні чавуну, обумовлюють його застосування для умов абразивного тертя. Найширше використовують білі чавуни, леговані хромом, марганцем, бором, нікелем, вольфрамом, ванадієм, дуже рідко титаном в обмежених кількостях або в складнолегованих системах. Ефективність таких абразивостійких чавунів дуже часто не є високою, а вартість - обґрунтованою.
Аналітичне дослідження показало, що для високої зносостійкості важливим є оптимальність структури сплаву. За умов гідроабразивного зношування, абразивного зношування у відсутності динамічного навантаження, ефективною вважається структура високовуглецевого мартенситу, зміцненого вкрапленнями твердої фази. Вирішальними тут є властивості зміцнювальної фази, її кількість та розташування в міцній матриці сплаву.
Перспективним є використання титану як легувального елемента. Він якісно впливає на структуроутворення сплаву, нерозчинний в цементиті, створює в системі з вуглецем власні карбіди TIC високої твердості. При типовій металургії застосування титану, як порівняльно недорогого легувального елемента, обмежується його високою хімічною активністю, насамперед до кисню.
Термодинамічно обґрунтовано можливість введення титану до сплаву у вигляді сполук з вуглецем при температурі системи більшій за 2000К, коли енергія утворення карбіду титану стає мінімальною і поступається цим показником лише сполуці з киснем.
Для отримання білого чавуну, легованого титаном, запропоновано використання електродугового процесу, що створює умови отриманню сполук вуглецю з титаном вже на стадії краплі. Спосіб електродугового наплавлення порошковим дротом дозволяє проводити легування отриманого сплаву в широких межах і створювати ретельний захист газоподібними продуктами згорання, що робить мінімальною імовірність окислення титану при переході до металу.
За результатами аналітичного огляду встановлено межі вмісту основних елементів абразивостійкого чавуну для визначення оптимального сплаву проведенням повного факторного експерименту: вуглецю - від 2,5 до 3,5мас.%; титану - від 1,0 до 4,0мас.%; кремнію - 1,0мас.%; марганцю - 1,0мас.%.
У комплексі з титаном до складу сплаву вводили азот. У білому титановмісному чавуні це сприяє утворенню зміцнювальної фази із сполук титану - карбідів, нітридів, карбонітридів, які, зважаючи на їх підвищену твердість, збільшують абразивостійкість сплаву.
Азот уведено до наплавленого титановмісного сплаву за допомогою твердої азотовмісної речовини - карбаміду синтетичного - в складі шихти порошкового дроту. Кількість азоту визначено графічною обробкою результатів вторинної іонної масспектрометрії, хімічного і металографічного аналізів. Зясовано, що для наплавленого білого чавуну за максимального вмісту елементів у досліджуваному діапазоні (3,5%С, 4%Ті, 1%Si, 1%Mn) гранична ефективна кількість азоту лежить у межах від 0,02 до 0,04мас.%.
Для отримання економолегованого сплаву обґрунтованим є використання складових порошкового дроту: графіту електродного ЕУТ (ГОСТ17022-81), феротитану ФТИ35С7 (ГОСТ4761-91), феромарганцю ФМН88 (ДСТУ3547-97), силікокальцію СК30 (ГОСТ4762-71), карбаміду (ГОСТ6691-77), залізного порошку ПЖВ2 (ГОСТ 9849-86).
Кількісне співвідношення легувальних елементів у межах, окреслених факторним експериментом, значною мірою впливає на структуроутворення досліджуваних залізовуглецевих сплавів з системою легування C-Ti-N-Mn-Si: Доведено, що найефективнішим елементом є титан, який у комплексі з вуглецем та азотом утворює карбонітридні сполуки з твердістю близько 32ГПА. При нестачі титану в сплаві певна частина вуглецю може знаходитися у вільному вигляді.
Встановлено, що мікролегування азотом у межах 0,02...0,04% впливає як на твердість надлишкової фази, так і на стійкість аустеніту, що позитивно відображається на зносостійкості сплаву.
Знайдено рівняння регресії залежності відносної абразивної стійкості від хімічного складу сплаву. За результатами крутого сходження отримано сплав Е350Т4АСГ з С=3,53мас.%, Ti=4,2мас.%, N=0,046мас.%, Mn=1,0мас.%, Si=1,0мас.%, що має найвищу опірність дії звязаному абразиву серед досліджуваних (HRC 60, відносна зносостійкість по закріпленому абразиву 1,8 - еталон ЧХ28). Найбільшу стійкість при гідроабразивному зношуванні сплав Е350Т4АСГ має при куті атаки ?=100 з показником 1,9 щодо еталону з ЧХ28. Зі зростанням кута атаки зносостійкість сплаву знижується за логарифмічним законом і набуває мінімуму при ? ?600 із значенням 5,2хв/мм3 (0,0342 гр/годину) або 1,75 щодо еталону.
Структура сплаву Е350Т4АСГ складається з мартенситу, аустеніту, цементиту і зміцнювальної фази: карбідів, карбонітридів титану.
Порівняльне випробування розповсюджених матеріалів і розробленого сплаву за стандартною методикою (ГОСТ 17367-71) показало, що сплав Е350Т4АСГ переважає за зносостійкістю сталь 08кп у 4 рази; сплав Сормайт-1 у 1,4 рази, сталь У8 (гартування на мартенсит) - в 1,3 рази; сплав ЧХ 28 - в 1,2 рази.
Розроблено технологію наплавлення зносостійкого покриття сплавом Е350Т4АСГ на сталь 20Л для отримання високих показників при мінімальній товщині шару.
Для забезпечення оптимальної структури, важливим є зменшення перемішування металу і зниження впливу зміни тепловмісту обєкта наплавлення під час процесу нанесення шарів на властивості наплавленого металу. Пришвидшене охолодження (максимальна швидкість 100С/с в інтервалі 1100...9000С і 2,50С/с в інтервалі 650...5500С) дозволило отримати в наплавленому металі структуру мартенсит, залишковий аустеніт, цементит, карбіди, карбонітриди титану, починаючи з другого шару.
Зважаючи на високу стійкість до гідроабразивного зношування сплаву Е350Т4АСГ за мінімальних кутів атаки, раціонально його застосовувати для деталей, що працюють у відповідних умовах.
Розроблено технологію підвищення гідроабразивостійкості бронедиска ґрунтового насоса ЦПН 225-67 шляхом електродугового наплавлення сплаву Е350Т4АСГ на робочій поверхні. Диск виготовлено литвом зі сталі 20Л. Застосовуючи технологічні заходи для отримання швидкості охолодження у визначених межах, отримано наплавлений метал з середньою твердістю поверхні HRC60. Експлуатаційні випробування насоса з наплавленим сплавом бронедиском замість литого з ЧХ28 показали збільшення зносостійкості у 1,9 рази при розробці піщано-глинястих ґрунтів.
Список литературы
Марченко С.В. Выбор легирующих элементов для износостойкой наплавки / С.В. Марченко // Вісник СУМДУ, серія «Технічні науки». - 2000. - №15. - C.110-112
Марченко С.В. Розробка зносостійкого металу, що містить азот / С.В. Марченко // Вісник СУМДУ, серія «Технічні науки». - 2000. - №19. - C.144 -148
Климов О.В. Азот і титан у білому абразивостійкому чавуні / О.В. Климов, С.В. Марченко // Нові матеріали та технології в металургії та машинобудуванні. - 2009. -№1. - С.17-21
Пат. 34369 Україна, В23К 35/368. Порошковий дріт для зварювання і наплавлення високоміцного чавуну / Любич О.Й., Пустовгар О.В., Марченко С.В.; заявник і патентотримач Сумськ. держ. університет. - № 99063690 ; заявл. 30.06.99; опубл. 15.02.01, Бюл№1.
Марченко С.В. Исследование влияния азота на свойства наплавленного металла / С.В. Марченко, О.Й. Любич : Материалы научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов: вып. 1 ["Научно-техническая конференция"], (Сумы, 20-22 мая 2000 г.) Сумы, СУМГУ. - 2000. - С. 285-286
Любич О.Й. Вплив азоту на зносостійкість чавуну, що містить титан. С.В. Марченко, О.Й Любич : Материалы научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов инженерного факультета ["Научно-техническая конференция"], (Сумы, 15-17 мая 2001 г.) Сумы, СУМГУ. - 2001. - С. 162-163
Климов О.В. Технологія білого чавуну з системою легування С-Ti-Si-Mn-N, отриманого електродуговим переплавленням порошкового дроту / О.В. Климов С.В.Марченко : тези доповідей третьої міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених ["Хімія та сучасні технології"], (Дніпропетровськ, 22-24 травн. 2007 р.) / Український державний хіміко-технологічний університет (УДХТУ). -Д. : УДХТУ, 2007. - С. 217
Марченко С.В. Особливості зміцнення сполуками титану з азотом, вуглецем абразивостійкого чавуну / С.В. Марченко, О.В. Климов : тези доповідей Четвертої конференції молодих вчених та спеціалістів ["Надтверді, композиційні матеріали та покриття: отримання, властивості, застосування"], (Київ, 15-16 жовт. 2008 р.) / ІНМ НАНУ. - К. : ІНМ ім.В.М.Бакуля НАН України, 2008. - С. 40-42
Климов О.В. Особливості структури білих зносостійких чавунів, легованих титаном і азотом / О.В. Климов , С.В. Марченко , Д.В. Ткач : зб. матеріалів Шостої міжнародної науково-технічної конференції ["Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх оброблення для підвищення надійності та довговічності виробів"], (Запоріжжя, 8-10 жовт. 2008 р.) / Запорізький національний технічний університет (ЗНТУ). - Запоріжжя : ЗНТУ, 2008. - С. 126-128
Марченко С.В. Получение соединений титана с углеродом и азотом в белом абразивостойком чугуне : труды международной конференции ["Материаловедение тугоплавких соединений: достижения и проблемы"], (Киев, 27-29 мая 2008 г.) / ІПМ НАНУ. - К. : ІПМ НАНУ, 2008. - С. 123
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
