авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ БЕЛЫХ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ И ПСЕВДОСПЛАВОВ, СФОРМИРОВАННЫХ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКОЙ НА УГЛЕРОДИСТЫЕ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Иванайский Виктор Васильевич

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

ИЗ БЕЛЫХ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ

ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ И ПСЕВДОСПЛАВОВ, СФОРМИРОВАННЫХ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКОЙ

НА УГЛЕРОДИСТЫЕ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени доктора технических наук

Барнаул – 2012

Работа выполнена ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Шанчуров Сергей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Радченко Михаил Васильевич

доктор технических наук, профессор

Штенников Василий Сергеевич

доктор технических наук, профессор

Смирнов Александр Николаевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет».

Защита состоится «29» марта 2012 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.01 в ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, тел. (факс) 8(3852) 29-07-65, е-mail: yuoshevtsov@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « » 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Ю.О. Шевцов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Ежегодные потери металла в результате абразивного износа даже упрочненных деталей при обработке почвы и продуктов растениеводства составляют сотни тысяч тонн.

Для повышения ресурса различных деталей и узлов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа, их изнашиваемые участки упрочняют наплавкой. Один из перспективных и недостаточно изученных способов упрочнения - это индукционная наплавка в сочетании с порошковыми материалами, из высоколегированных хромистых белых чугунов и псевдосплавов систем Fe-Сr-C и Fe-Сr-C-B.Исследованием этого процесса занимались Ткачев В.Н, Тененбаум М.М, Сидоров А.И и др.

В процессе формирования твердого сплава на упрочняемой поверхности конструкционных и низколегированных сталей образуется химическая и структурная неоднородность, в которой относительная износостойкость различных зон изменяется от 0,55 до 1,0 относительно друг друга.

Одним из направлений повышения эксплуатационной долговечности и надежности рабочих органов сельскохозяйственных машин является создание основ управления структурой и свойствами износостойких покрытий из белых высоколегированных хромистых чугунов и псевдосплавов, сформированных индукционной наплавкой.



Важнейшая часть индукционной наплавки – это формирование на поверхности деталей износостойкого слоя, работающего в условиях интенсивного абразивного и ударно-абразивного износа. Для этого с успехом могут применяться металлосберегающие технологии индукционного упрочнения рабочих органов сельхозмашин. Не случайно в отрасли тракторного и сельскохозяйственного машиностроения индукционной наплавкой выполняется около73% всех видов наплавочных работ.

Проведенный анализ условий эксплуатации рабочих органов сельхозмашин, упрочненных индукционной наплавкой, показал, что их преждевременный износ происходит из-за образования неоднородной структуры по сечению слоя при наплавке износостойких покрытий высоколегированных хромистых белых чугунов и псевдосплавов на углеродистые или низколегированные стали.

Эффективность производства и качество продукции неразрывно связано с проблемой полного использования возможностей, которые заложены в упрочняемых материалах и технологиях их нанесения на конструкционные стали. В связи с этим актуально исследование влияния физических, химических и технологических приемов и их комплексного воздействия на строение, структуру, химический и фазовый состав в системах Fe-Сr-C и Fe-Сr-C-B при индукционной наплавке.

Указанное направление может быть реализовано путем легирования износостойкого покрытия карбидообразующими элементами или насыщения бором, использования нагрева электромагнитным полем повышенной частоты, оптимизации состава шихты и дополнительного воздействия на наплавленный слой электрической дугой угольного электрода. Все это позволяет управлять формированием первичной структуры наплавленного слоя, а комбинация физико-химических и технологических воздействий дает совокупность новых научных и технических решений, позволяющих максимально повысить эксплуатационные характеристики упрочненных изделий.

Во-первых, фундаментальные исследования по созданию основ управления физико-химическими и технологическими свойствами износостойких покрытий на углеродистые и низколегированные стали проводились при финансовой поддержке РФФИ «проект № 11-08-980016-
16-р_сибирь_а (Физико-химические основы создания эффективной эксплуатации износостойких покрытий на рабочих органах сельхозтехники).

Во-вторых, работа выполнялась в рамках создания новых эффективных участков по изготовлению наплавочной шихты для заводов «Целиноградсельмаш» (ЦСМ) г. Целиноград, «Октябрьской революции» (ЗОР)
г. Одесса и «Алтайсельмаш» (АСМ) г. Рубцовск по теме 33/25/85 (Минсельхозмаш СССР), выполненной в НПО «АНИТИМ» с 1984 по 1985 гг.

В третьих, «Тематических госбюджетных работ по важнейшей тематике в НПО «АНИТИМ» в 1985-1986 гг.; хоз/договора 235/88 «Изготовление экспериментальной оснастки индукционной наплавки стрельчатых лап С 5.23 (частота 880 кГц)», 1988 г.; хоз/договора 289/89 «Наплавка опытной партии и проведение исследований упрочнения ножей землеройных машин индукционной наплавкой», 1989 г.

Цель работы – разработка научно обоснованного комплекса физико-химических мероприятий и технологических процессов, обеспечивающих повышение износостойкости покрытий из высоколегированных хромистых белых чугунов и псевдосплавов, сформированных индукционной наплавкой на конструкционные стали, создание на этой основе рабочих органов сельскохозяйственных машин с максимальным энергосбережением при обработке почвы и продуктов растениеводства.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:

  1. систематизировать факторы, влияющие на причину, образование неоднородной структуры в износостойких покрытиях из высоколегированных хромистых чугунов и псевдосплавов на углеродистые и низколегированные стали;
  2. исследовать тепловые процессы, образование биметаллического соединения углеродистой стали с твердым сплавом с использованием методологии вычислительного эксперимента, изучить влияние температуры на формирование структур в наплавленном слое;
  3. создать методы регистрации и измерения температуры при нагреве токами высокой частоты на поверхности детали и шихты, а также способ определения температуры плавления многокомпонентных порошковых смесей;
  4. изучить влияние физических, химических и технологических факторов на формирование однородной структуры в упрочняемом слое при образовании биметаллического соединения;
  5. разработать, изготовить и испытать рабочие органы сельскохозяйственных машин для обработки почвы и переработки продуктов растениеводства;
  6. обосновать практические рекомендации на основе проведенных комплексных теоретических и экспериментальных исследований по созданию новых технологических процессов упрочнения индукционной наплавкой рабочих органов сельхозмашин с обеспечением оптимальной конфигурации в течение всего периода эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в разработке методологии электрофизических и химических воздействий, обеспечивающих управление структурой, фазовым составом и механическими свойствами покрытий, полученных при упрочнении углеродистых и низколегированных сталей индукционной наплавкой в системах Fe-Cr-C и Fe-Cr-В-С;

- в установлении возможности формирования структуры и механических свойств высоколегированных хромистых белых чугунов и псевдосплавов, наплавленных индукционной наплавкой на углеродистые и низколегированные стали путем влияния повышенной частоты электромагнитного поля, ионокулирующих частиц, электрической дуги графитового электрода, поверхностного легирования, скоростного борирования упрочняемой поверхности и наплавочной шихты и определения взаимосвязи между составом, структурой и износостойкостью образованного покрытия;

- в разработке новых методов и приемов регистрации и измерения температуры на фазовых границах в объеме биметаллических соединений, сформированных индукционной наплавкой;

-в исследовании износостойкости упрочненных изделий в условиях приближенных к реальным;

- в разработке способов и измерения температуры нагрева упрочняемой поверхности, плавления наплавочной шихты;

- в создании термоиндикаторов для предупреждения вероятного образования нежелательных структур в наплавленном слое;

- в разработке новых способов и технологии упрочнения индукционной наплавкой и оптимизации конструкции рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Новизна научно-технических решений подтверждена авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Практическая значимость работы:

1. На основе математического моделирования тепловых и физико-химических процессов, а также анализа экспериментальных исследований разработана система управления структурой и фазовым составом износостойкого слоя, наплавленного индукционным методом на углеродистые и низколегированные стали.

2. Разработаны способы регистрации температуры (а.с. № 1520996, № 1427716 и № 1403760) упрочняемой поверхности, температуры плавления шихты (а.с. № 1603268), что позволило контролировать удельную мощность вводимую в упрочняемую поверхность детали.

3. Разработаны технологические процессы и оборудование, позволяющие одновременно осуществлять наплавку и закалку деталей (пат.
№ 2383109), поверхностное легирование упрочняемой детали (пат.
№ 2338625 и 2379109), созданы новые способы упрочнения рабочего органа (пат. № 2366139, 2397849), разработаны машина для испытания на абразивное изнашивание (пат. № 2325720) и имитационная масса (пат. № 2335752).

Для очистки детали от ржавчины, масел и других загрязнений при подготовке упрочняемой поверхности для скоростного борирования, разработан способ (пат. № 2361708) и шихта (пат. № 2361711).

На базе предложенных технических и технологических решений созданы и апробированы на предприятиях машиностроения, в фермерских хозяйствах стрельчатые лапы различных типов, долотообразные лемехи, молотки кормодробилок и другие рабочие органы.

На защиту выносится:

1. Результаты комплексных исследований состава, структуры и свойств защитных покрытий, после индукционной наплавки на углеродистые и низколегированные стали;

2. Физико-химические и тепловые модели индукционной наплавки, учитывающие металлургические процессы при упрочнении твердыми сплавами лезвийной поверхности рабочих органов сельскохозяйственных машин;

3. Новые методы регистрации и измерение температуры упрочняемой поверхности и способ определения температуры начала плавления твердого сплава при индукционной наплавке порошковыми материалами

4. Экспериментально установленные закономерности образования однородной структуры в высоколегированных хромистых белых чугунах и псевдосплавах на лезвийной поверхности рабочих органов;





5. Комплекс результатов определяющихющих основы управления структурой и механическими свойствами покрытий из высоколегированных хромистых белых чугунов и псевдосплавов при интегрированном воздействии: повышенной частоты электромагнитного поля, инокулирующими частицами, электрической дуги графитового электрода, поверхностным легированием, скоростным борированием упрочняемой поверхности и наплавочной шихты;

6. Экспериментальные результаты, показывающие эффективность применения разработанных способов, методов, конструкций и технологий для производства рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Личный вклад соискателя. Проведен выбор направления исследований, постановка цели и задач, разработка методологии исследований, непосредственное выполнение основных экспериментов и анализ полученных результатов, разработка технологических процессов индукционной наплавки рабочих органов для обработки почвы и продуктов растениеводства.

Автор выражает признательность коллективу кафедры «Технологии конструкционных материалов и ремонта машин» АГАУ профессору
А.В. Ишкову, лично заведующему кафедрой ТКМ и РМ, доценту
Н.Т. Кривочурову, ст. преподавателю А.С. Шайхудинову и ученому секретарю Уральского отделения Федерального экспертного Совета РФ к.т.н. В.В. Яковлеву.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения доложены и обсуждены на Международных и Всероссийских конференциях:

- региональной научно-практической конференции «Перспективы развития наноиндустрии Алтая. Анализ состояния патентно-лицензионной деятельности нанотехнологической сети региона» (Бийск, 26 марта 2009 г.);

- III Всероссийской научно-практической конференции «Аграрная наука в ХХI веке» (Саратов, 21-23 марта 2009 г.);

- I Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (Бийск, 9 октября 2010 г.);

- V Международной научно-практической конференции «Аграрная наука сельскому хозяйству» (Барнаул, 24-26 апреля 2010 г.);

- VII Всероссийской научно-практической конференции в рамках выставки «Металлообработка. Урал 2010», «Сварка. Специальные методы сварки» (Екатеринбург, 26-28 апрель 2010 г.);

- ХI Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 15-18 мая 2010 г.);

- IХ Международная двусторонняя Российско-Изральская конференция (Белокуриха, 25-30 июля, 2010 г.);

- ХII Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, август 2010 г.);

- VII Всероссийской научно-технической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (Пенза, октябрь 2010 г.);

- XVI Международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии» (Томск, октябрь 2010 г.);

- V Международной научно-практической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, ноябрь 2010 г.);

- ХХII Международной инновационно-ориентированной конференции «Будущие машиностроение России, (ИМАШ РАН) (Москва, ноябрь 2010 г.);

- ХII Международной научно-практической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, ноябрь 2010 г.).

- Международная научно-практическая конференция «Алдамжаровские чтения-2011» (Костанай, декабрь, 2011 г.);

- VI Международная научно-практическая конференция «Аграрная наука сельскому хозяйству» (Барнаул, 3-4 февраля 2011 г.);

- III Международная научно-практическая конференция Актуальные проблемы сельского хозяйства горных территорий (Горно-Алтайск,
1-4 июня 2011 г.);

- V Всероссийская научно-практическая конференция «Исследования и достижения в области теоретической и практической прикладной химии (Барнаул, 26-28 октября 2011 г.);

Участие в выставках: VIII Международная машиностроительная выставка «MASHEX-2010»; ВК «КРОКУС-ЭКСПО», октябрь 2010 г.
(г. Москва); «Образование наноструктуированных боридных покрытий на сталях ТВЧ-нагреве» (диплом выставки); XVI агропромышленная выставка Сибири «Алтайская Нива-2010»; КДС, октябрь 2010 г. (г. Барнаул); III выставка-ярмарка изобретений (Алтайский край, 27-28 апреля, 2011 г.);

Участие в заседаниях кафедр: «Сварочное производство и диагностика» МГТУ им Н.Э. Баумана (г. Москва, 2011 г.); «Малый бизнес в сварочном производстве» АлтГТУ им. И.И. Ползунова (г. Барнаул, 2011)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 работ, в том числе три монографии, 14 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией. Получено 15 авторских свидетельств и патентов РФ. Общий объем публикаций составил 547 стр.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, семи глав, Выводов, Списка литературы из 275 наименований, Приложения (акты внедрения). Работа изложена на 295 страницах текста, содержит 118 рисунков, 28 таблиц.

Во введении раскрыта актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, приведено обоснование научной новизны и практической значимости работы, представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние вопроса, направленное на изучение закономерностей образования упрочняющих слоев (наплавленного металла) при индукционной наплавке с обеспечением протекания металлургических процессов с максимальной вероятностью образования однородной структуры в наплавленном слое при затвердевании и кристаллизации высоколегированных чугунов.

Во второй главе проведены исследования тепловых и физико-химических процессов, протекающих при индукционном методе упрочнения поверхности деталей из углеродистых низколегированных сталей.

Для теоретических исследований процесса индукционной наплавки высоколегированных хромистых белых чугунов на конструкционные стали разработаны физический образ, физическая и математическая модели ТВЧ-нагрева многослойного материала с учетом фазового перехода (плавлением) в одном из слоев.

В качестве примера взят многослойный материал, состоящий из плоской заготовки конечной длины, на которую насыпана шихта, затем заготовка помещается в высокочастотное электромагнитное поле (щелевой индуктор) одновременно нагревающая заготовку с двух сторон (рис. 1).

Наплавочная шихта 1 наносится на прямоугольную пластину 2 в месте ее максимального износа с края одного торца детали длиной
h (l h). Пластина помещается в высокочастотное электромагнитное поле индуктора, после включения которого на внешних границах упрочняемой поверхности с окружающей средой в скин-слоях 3 с толщиной за счет взаимодействия вихревых токов с материалом начинает выделяться тепловая энергия, которая нагревает пластину с шихтой до Т1 и расплавляет наплавочную шихту.

Рис. 1. Схема многослойного материала:

1 – расплавляемый слой;

2 – слой основного упрочняемого материала; 3 – скин слой

Допускаем:

- слой 1 прозрачен для электромагнитного поля, поэтому расплавление слоя осуществляется от тепла нагреваемой пластины 2;



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.