132 "Матеріалознавство"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/51888
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Підвищення зносостійкості деталей машин переробки твердих корисних копалин шляхом наплавлення самозахисним порошковим дротом(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Трембач, Богдан ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 "Матеріалознавство" (13 – Механічна інженерія). – Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Об’єктом дослідження є процес зміцнення та відновлення деталей машин переробки твердих корисних копалин шляхом наплавлення самозахисним порошковим дротом з екзотермічною добавкою. Предметом дослідження є зміцнюючий сплав та зварювально технологічні властивості самозахисного порошкового дроту з екзотермічною добавкою у складі наповнювача, що забезпечує підвищення експлуатаційної стійкості наплавленого металу до абразивного та корозійного зношування. Велика кількість деталей машин переробки твердих корисних копалин працює в умовах абразивного та гідроабразивного зношування, що призводить до втрати їх експлуатаційних характеристик. Найбільш розповсюдженою технологією відновлення таких деталей є електродугове наплавлення. На теперішній час підвищуються вимоги до наплавлених деталей, що експлуатуються в зазначених умовах. В зв’язку з цим виникає необхідність вдосконалення електродних матеріалів для наплавлення, що забезпечує підвищення надійності роботи і ресурс обладнання для переробки твердих корисних копалин. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми, а саме розробці зносостійкого сплаву для зміцнення та відновлення робочих поверхонь деталей машин переробки твердих корисних копалин шляхом наплавлювання самозахисного порошкового дроту (СПД) з екзотермічною добавкою CuO – Al у складі наповнювача, що працюють в умовах абразивного та корозійного зношування. В літературних джерелах відсутні дані або недостатньо досліджено вплив екзотермічної добавки CuO – Al, що входить до складу наповнювача порошкового дроту та характер легування наплавленого металу міддю, на вміст та морфологію неметалевих включень, розмір зерна, механічні властивості, фазовий склад, мікроструктуру та трибологічні властивості зміцнюючого шару системи легування Fe C Cr B Ti. Це може стати суттєвим резервом для підвищення терміну експлуатації деталей, що піддаються зношуванню. У першому розділі виконаний аналітичний огляд стану питання й обґрунтовано вибір напряму досліджень. Проведений аналіз сучасного погляду на вимоги, стосовно показників, які характеризують наплавлений метал. Наведено огляд сучасної літератури відносно систем легування металу, що застосовуються для умов експлуатації при абразивному, гідроабразивному та корозійному зношуванні. Використання сталі 110Г13Л пояснюється зміцненням аустеніту при пластичній деформації в процесі роботи. При абразивному зношувані, коли частки металу зрізуються з поверхні, ця сталь поводиться незадовільно, а зносостійкість визначається відношенням твердості зносостійкого сплаву до твердості абразиву та опором мікрорізанню. Для захисту від абразивного зношування доцільно використовувати сплави з високим вмістом зміцнюючих фаз (карбідів, боридів, карбоборидів тощо). Зносостійкість матеріалів для наплавлення суттєво залежить від типу і кількості зміцнюючої фази в сплавах, розміру зерна, фазового складу, мікроструктури вмісту та морфології неметалевих включень. Обґрунтовано, що подальше підвищення зварювально-технологічних властивостей СПД та трибологічних властивостей наплавленого металу можливе за рахунок екзотермічної добавки CuO – Al, яка входить до композиції наповнювача СПД. Другий розділ «Вибір напрямків, методик та обладнання досліджень» присвячено вивченню штатних і оригінальних методик випробувань, що гарантували б достовірність отриманих результатів, та забезпечували відтворюваність отриманих результатів іншими дослідниками. Запропоновані нові методики досліджень, що дозволяють оцінити тепловий вклад екзотермічних добавок ев плавлення СПД та визначити температуру протікання можливої екзотермічної реакції у наповнювачі СПД. Третій розділ "Головні напрямки оптимізації складу самозахисного порошкового дроту" присвячений термодинамічним дослідженням оцінки протікання реакцій у композиції наповнювача порошкового дроту та термодинамічним розрахункам складу фаз за допомогою програмного продукту Thermo. Визначено композицію наповнювача СПД та вміст її легуючих компонентів. Встановлено, що частку екзотермічної добавки СuO Al у складі наповнювача СПД необхідно відповідно обмежувати через її значний вплив на зварювально технологічні характеристики дроту. Вперше проведені комплексні дослідження впливу окремих параметрів режимів наплавлення (швидкість подачі дроту, виліт дроту та напруга на дузі) та кількості екзотермічної добавки (CuO – Al) в осерді наповнювача СПД на показники плавлення, геометрію наплавленого валика, зварювальний струм та ефективну теплову потужність. На підставі аналізу з використанням методики Тагучи та дисперсійного аналізу (ANOVA) обрані оптимальні значення параметрів наплавлення та обґрунтовані межі додавання екзотермічної добавки CuO Al. Четвертий розділ "Дослідження впливу екзотермічної добавки на тепловий стан вилиту самозахисного порошкового дроту" присвячений дослідженню впливу композиції наповнювача СПД на показники плавлення та коефіцієнти засвоєння легуючих елементів. Досліджено вплив композиції наповнювача, а саме кількості екзотермічної добавки (ЕД) до складу наповнювача, співвідношення компонентів СuO/Al та CuO/C на показники плавлення (продуктивність наплавлення, коефіцієнт продуктивності наплавлення, коефіцієнт загальних втрат, коефіцієнт втрат на розбризкування та інше), коефіцієнту відновлення легуючого елементу та коефіцієнт засвоєння легуючих елементів. Експериментально та розрахунками підтверджено легування наплавленого металу міддю, за рахунок протікання екзотермічної реакції шляхом відновлення її з оксиду. На підставі отриманих експериментальних даних побудовані математичні залежності впливу зазначених чинників та обрані їх оптимальні значення, що склали: ЕД = 33..39%, СuO/Al = 3,75…4, СuO/C = 5…5,25. П’ятий розділ «Дослідження механічних та трибологічних властивостей вдосконаленого самозахисного порошкового дроту» присвячений дослідженню і порівнянню порошкового дроту марки СПД 200Х15С1ГРТ, що застосовується при відновленні деталей машин для переробки твердих корисних копалин, з експериментальним порошковим дротом з екзотермічною добавкою СuO – Al в складі наповнювача. Проведені експериментальні дослідження показали, що введення екзотермічної добавки CuО Al до складу наповнювача порошкового дроту знижує розмір зерна наплавленого металу та позитивно впливає на розмір і морфологіє неметалевих включень в наплавленому металі. За рахунок відновлення міді при протіканні екзотермічної реакції відбувається легування наплавленого металу, що чинить позитивний вплив на структуру та механічні властивості. Крім того, легування міддю підвищує опірність до утворення тріщин у верхніх шарах наплавленого металу при багатошаровому наплавлені. Порівняльні трибологічні випробування засвідчили підвищення стійкості до абразивного зношування закріпленим та незакріпленим абразивом у 1,52 та 1,63 разів відповідно, що підтверджується проведеними промисловими випробуваннями в умовах філії "Вільногірський гірничо-металургійний комбінат" (м. Вільногірськ). Зафіксовано підвищення стійкості зубів ковша видубовної машини в 1,5…2 рази. У дисертації наведено нові науково обґрунтовані розробки в області технології, матеріалів для відновного наплавлення зубів крокуючих та кар’єрних екскаваторів, які забезпечують підвищену стійкість до абразивного зношування та якість наплавленого металу, підвищення продуктивності відновлення та економію матеріальних ресурсів за рахунок ведення екзотермічної добавки до складу наповнювача СПД, спрямованих на вирішення важливої науково-технічної проблеми підвищення надійності роботи і терміну експлуатації деталей для переробки твердих корисних копалин.