Підвищення ресурсу роботи деталей електровозів, відновлених електрошлаковим наплавленням. Причини руйнування деталей в процесі експлуатації. Вивчення впливу мікроструктури, неметалевих вкраплень, режимів термічного оброблення, малоциклової утоми.
Аннотация к работе
Запорізький національний технічний університет Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукНауковий керівник: доктор технічних наук, професор Луньов Валентин Васильович, Запорізький національний технічний університет, завідувач кафедри "Машини і технологія ливарного виробництва" Патона НАН України, провідний науковий співробітник кандидат технічних наук, доцент Білоник Ігор Методійович, Запорізький національний технічний університет, доцент кафедри "Обладнання та технології зварювального виробництва" Захист відбудеться "26" жовтня 2010 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 17.052.01 у Запорізькому національному технічному університеті за адресою: 69063, м. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Запорізького національного технічного університету за адресою: 69063, м. Вивчено вплив мікроструктури, неметалевих вкраплень, вмісту сірки, режимів термічного оброблення, малоциклової утоми на якість зон сплавлення.Певну зацікавленість викликають дослідження стосовно вибору режиму термічного оброблення (ТО) для кожної відновленої деталі, можливість багаторазового наплавлення однієї й тієї ж деталі, та визначення впливу кількості відновлень на малоциклову утому (МЦУ). Проведено комплексне дослідження і показано вплив хімічного складу, структури, природи неметалевих вкраплень, термічного оброблення на механічні властивості металу зони сплавлення, основного і наплавленого металів. Уперше встановлено, що метал у зоні сплавлення має такі ж показники малоциклової утоми як і метал основи. Розробка відрізняється вивченням малоциклової утоми при різних ступенях деформації основного, зони сплавлення і наплавленого металів. Здобувачем проведено основні теоретичні та експериментальні дослідження по вивченню технологічних чинників і показано вплив хімічного складу, структури, природи неметалевих вкраплень, термічного оброблення на механічні властивості металу зони сплавлення, основного і наплавленого металів.Наплавлення проводили за наступною схемою: на сталь 20 наплавляли сталь 20, на сталь 20 - сталь 12Х 13, на сталь 12Х 13 - сталь 12Х 13 і на сталь 12Х 13 - сталь 20. Аналіз відбитків показав, що в процесі наплавлення відбувається інтенсивне рафінування металу основи і навіть при великому вмісті сірки в вихідному металі також утворюється зона, в якій практично відсутні неметалеві вкраплення. Дослідженнями хімічного складу неметалевих вкраплень та їх кількості виявлено, що в металі основи присутні грубі оксисульфіди і сульфіди розміром 50…75 мкм. Виявлено, що кількість сірки в металі при наплавленні не впливає на чистоту зони сплавлення за неметалевими вкрапленнями. Неметалеві вкраплення в зоні сплавлення мають сприятливу глобулярну форму, дрібні за розміром і рівномірно розподілені в обємі металу, що сприяє збільшенню рівня механічних властивостей сталей, тому що їх розмір не перевищує розміру так званих "критичних" вкраплень.За результатами проведених досліджень визначено, що утворення зон сплавлення при відновленні деталей електрошлаковим наплавленням супроводжується проходженням цілого ряду фізико - хімічних процесів в зонах нагріву, до яких, в першу чергу, відносяться перерозподіл хімічних елементів, переформування складових структури, трансформація неметалевих вкраплень. Проведено аналіз варіантів наплавлень однорідних, близьких і різнорідних за хімічним складом сталей, марки яких застосовують при відновленні деталей залізничного транспорту в промислових умовах на ВАТ "ЗЕРЗ". Встановлено вплив мікроструктури, неметалевих вкраплень і термічного оброблення на властивості зони сплавлення. Визначено, що неметалеві вкраплення в зоні сплавлення дисперсні (розміром 0,5…5 мкм), мають сприятливу глобулярну форму, рівномірно розподілені в обємі металу і не впливають на зниження механічних властивостей, тому що їх розмір не перевищує розміру так званих "критичних" вкраплень. Визначено режими термічного оброблення при наплавленні близьких за хімічним складом сталей, що призводить до підвищення ресурсу роботи відновлених деталей електровозів.
Вывод
1. За результатами проведених досліджень визначено, що утворення зон сплавлення при відновленні деталей електрошлаковим наплавленням супроводжується проходженням цілого ряду фізико - хімічних процесів в зонах нагріву, до яких, в першу чергу, відносяться перерозподіл хімічних елементів, переформування складових структури, трансформація неметалевих вкраплень.
2. Проведено аналіз варіантів наплавлень однорідних, близьких і різнорідних за хімічним складом сталей, марки яких застосовують при відновленні деталей залізничного транспорту в промислових умовах на ВАТ "ЗЕРЗ".
3. Розроблена методика виявлення зони сплавлення і надано рекомендації по визначенню механічних властивостей відновлених деталей.
4. Встановлено вплив мікроструктури, неметалевих вкраплень і термічного оброблення на властивості зони сплавлення. Визначено, що неметалеві вкраплення в зоні сплавлення дисперсні (розміром 0,5…5 мкм), мають сприятливу глобулярну форму, рівномірно розподілені в обємі металу і не впливають на зниження механічних властивостей, тому що їх розмір не перевищує розміру так званих "критичних" вкраплень. Встановлено, що основними факторами впливу на рівень механічних властивостей має початковий етап наплавлення (розводка) і термічне оброблення.
5. Визначено режими термічного оброблення при наплавленні близьких за хімічним складом сталей, що призводить до підвищення ресурсу роботи відновлених деталей електровозів.
6. Досліджено процес десульфурації на прикладі наплавлень сталей з великим вмістом сірки. Показано, що навіть при значній кількості сірки (0,06…0,08) % утворюється якісна зона сплавлення. Очищення основного металу від сірки є результатом проходження дифузійних процесів, що підтверджується даними рентгеноспектрального мікроаналізу.
7. Визначено, що розроблений для близьких за хімічним складом сталей режим термічного оброблення (нагрівання до температури 810 ?С з охолодженням в оливі і відпуском при температурі 600 ?С з охолодженням на повітрі) дозволив проведення пятиразового наплавлення зі збереженням рівня механічних властивостей, які відповідають вимогам ГОСТ 4543 - 71.
8. Визначено, що зі збільшенням кількості відновлень деталі метал основи піддається дії "маятникового" термічного оброблення, завдяки чому стійкість металу основи при МЦУ підвищується і, як наслідок, збільшується ресурс роботи відновлених деталей.
9. Завдяки застосуванню багаторазового відновлення деяких деталей (наприклад, "карданного вала", "підвісу") можна знизити вартість і терміни ремонту електровозів.
10. Результати дослідження зон сплавлення за різними варіантами наплавлення дозволили прогнозувати зі значною вірогідністю можливе місце руйнування деталей електровозів. Це дозволяє вдосконалювати конструкцію (геометрію) деталей з метою підвищення ресурсу їх роботи.
Список литературы
1. Парахнєвич Є.М. Відновлення деталей електрошлаковим методом / Є.М. Парахнєвич, Б.С. Сперанський, Ю.П. Петруша // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2000. - №2. - C. 49 - 51.
2. Парахнєвич Є.М. Особливості технології відновлення деталей електрошлаковим методом / Є.М. Парахнєвич, Ю.П. Петруша, В.В. Луньов // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2003. - №1. - C. 60 - 62.
3. Парахнєвич Є.М. Зміни механічних властивостей металу при багаторазовому наплавленні електрошлаковим методом / Є.М. Парахнєвич, Ю.П. Петруша, В.В. Луньов // Нові матеріали і технології в металургії і машинобудуванні. - 2005. - №1. - C. 114 - 116.
4. О трансформации неметаллических включений в процессе электрошлаковой наплавки / Ю.П. Петруша, В.В. Лунев, В.П. Пирожкова, Е.Н. Парахневич // Теория и практика металлургии. - 2007. - №2-3. - С. 19 - 24.
5. Методика выявления зоны сплавления при электрошлаковой наплавке / Е.Н. Парахневич, Ю.П. Петруша, В.В. Лунев [и др.] // Восточно - Европейский журнал передовых технологий. -2007. - №5. - С. 66 - 68.
6. Трансформация микроструктуры и неметаллических включений в металле, наплавленном электрошлаковым методом / В.П. Пирожкова, Н.М. Бурова, Л.К. Чеботарь, В.В. Лунев, Е.Н. Парахневич // Восточноевропейский журнал передовых технологий. - 2009. - № 2. - С. 45 - 49.
8. Якісні показники властивостей металу деталей, відновлених електрошлаковим методом / Є.М .Парахнєвич, Б.С .Сперанський, Ю.П. Петруша. - зб. наук. праць за матеріалами ІХ міжнар. наук.-техн. конф., 18-22 вересня 2000 р., / відп. ред. Луньов В.В. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2000.- С. 35 - 36.
9. Вплив кількості електрошлакових наплавлень на мікротвердість перехідної зони / Є.М. Парахнєвич, Ю.П. Петруша, В.В. Луньов.- зб. наук. праць за матеріалами Х міжнар. наук.-техн. конф., 20-22 вересня 2005 р., / відп. ред. Коваль А.Д.-Запоріжжя: ЗДТУ, 2005. -С. 142 - 144.
10. Применение электрошлаковой наплавки для ремонта в машиностроении / Е.Н. Парахневич, Ю.П. Петруша, В.В Лунев. - труды III междун. научн.- практ. конф.- выставки, 16-18 марта 2005 г., Запорожье / отв. ред. В.И. Шамилов.- Запорожье: Торговопромышленная палата, 2005. - С. 42 - 43.
11. Методика выявления зоны сплавления присоединении металлов и сплавов электрошлаковым методом / Е.Н. Парахневич, Ю.П. Петруша, В.В. Лунев, В.П. Пирожкова. -праці ХІ міжнар. наук.-техн. конф., 19 - 22 вересня 2006р., Запоріжжя / відп. ред. В.В. Луньов. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2006. - С. 59 - 61.
12. Парахневич Е.Н. Определение загрязненности металла по Бауману / Е.Н. Парахневич // Титан - 2008: производство и применение: I междунар. науч.-техн. конф., 1 - 2 октября 2008 г.: тезисы докл. - Запорожье, 2008. - С. 115.
13. Розподіл неметалевих вкраплень при електрошлаковому наплавленні однорідних сталей / Є.М .Парахнєвич, В.В. Луньов, Ю.П. Петруша. - зб. наук. праць за матеріалами ХІ міжнар. наук.-техн. конф., 8 - 10 жовтня 2008 р., / відп. ред. Коваль А.Д. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2008. - С. 96 - 97.
14. Определение объемного процента неметаллических включений в зоне сплавления / Е.Н. Парахневич. - зб. наук. праць за матеріалами ХІІ міжнар. наук.- техн. конф., 22 - 25 вересня 2009 р., / відп. ред. Луньов В.В. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2009. - С. 67 - 69.