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 |

Нитроцементация покрытий, наплавленных в среде углекислого газа, для улучшения структуры и свойств применительно к восстановлению изношенных деталей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПИКАЛОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ ПОКРЫТИЙ, НАПЛАВЛЕННЫХ В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА, ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ВОССТАНОВЛЕНИЮ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

05.16.01- Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Курск – 2010

Работа выполнена в Юго-Западном государственном университете на кафедре Материаловедения и сварочного производства

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Колмыков Валерий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Афанасьев Александр Александрович

кандидат технических наук, доцент Рощупкин Валерий Михайлович

Ведущая организация: Орловский государственный технический университет

Защита состоится «23» декабря 2010 года в 1200 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.105.01 при Юго-Западном государственном университете по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет октября, 94, конференц – зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Юго-Западного государственного университета

Автореферат разослан «22» ноября 2010 года.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских

диссертаций Д 212.105.01 Б.В. Лушников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сложившаяся в настоящее время ситуация во многих отраслях народного хозяйства, характеризуемая сверхнормативной изношенностью оборудования, и требование модернизации этих отраслей приводит к необходимости разработки мероприятий по продлению ресурса машин и оборудования и их реновации до уровня новых изделий.

В этих условиях особую актуальность приобретает совершенствование ремонта машин и агрегатов, при этом одним из наиболее приоритетных направлений развития ремонтного производства является восстановление изношенных деталей. Развитие этого направления дает возможность поддерживать работоспособность сложных и дорогостоящих современных машин с наименьшими капитальными затратами.

Наиболее распространенным методом восстановления изношенных деталей в отечественном ремонтном производстве является наплавка их поверхностей электродным металлом для компенсации их износа. При этом наплавка в среде защитных газов является наиболее дешевым, универсальным и удобным для ремонтного производства методом. Использование эффективных методов упрочнения наплавленного металла, в частности нитроцементации, может полностью восстановить ресурс детали до уровня новой, или даже превысить его.

Исследования, которые проводятся в этом направлении и которым посвящена настоящая работа, являются весьма актуальными в свете повышения надежности современной техники.

Цель работы – научное обоснование и разработка технологии поверхностного упрочнения металлических покрытий, наплавленных низкоуглеродистыми низколегированными проволоками в среде углекислого газа, нитроцементацией в активных средах для улучшения структуры и повышения механических и эксплуатационных свойств.



Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

– исследовать структуру металла, наплавленного в среде углекислого газа и, на основе результатов этого исследования выбрать наиболее рациональный и эффективный метод химико-термической обработки для упрочнения;

– разработать и исследовать насыщенную среду, обеспечивающую устранение дефектов структуры при обработке наплавок и повышение их твёрдости и износостойкости за счёт образования избыточной фазы в структуре диффузионных слоёв;

– исследовать влияние режимов насыщения наплавленного металла азотом и углеродом на структуру и фазовый состав диффузионных слоёв на марганцовистых и хромомарганцовистых наплавках;

– исследовать влияние структурных характеристик нитроцементованных наплавок на их механические и эсплуатационные свойства;

– разработать технологические рекомендации по упрочнению деталей, восстановленных наплавкой, применительно к условиям ремонтного производства.

Объектом исследования являются металлические покрытия, наплавленные низколегированной проволокой в среде углекислого газа на стальные изделия, подвергнутые нитроцементации.

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в работе использовался комплекс современных методов: микроструктурный, рентгеноструктурный, химический и дюраметрический анализы, определение внутренних напряжений и износные испытания. При проведении экспериментов использовалось математическое планирование.

Научная новизна

  1. Приведено теоретическое обоснование возможности исправления дефектной структуры и эффективного упрочнения наплавленных сталей, содержащих в своём составе марганец, науглероживанием, с использованием положений теории стефановского потока вещества.

2. Получены результаты исследования влияния количественного содержания компонентов пасты на основе сажи с добавлением железосинеродистого калия, углекислого калия и нитроцеллюлозы, а также режимов нитроцементации на глубину нитроцементации легированных наплавок.

3. Определена закономерность формирования структуры и фазового состава диффузионных слоёв на поверхностях, наплавленных марганцовистой и хромомарганцовистыми проволоками в среде углекислого газа, при их обработке в азотисто-углеродистой пасте при температуре 800…950С.

4. Выявлены закономерности влияния нитроцементации и последующей термообработки на твёрдость, напряжённость и износостойкость наплавленных покрытий и взаимосвязь этих свойств с характеристиками структуры.

На защиту выносятся наиболее значимые положения диссертационного исследования, составляющие научную новизну работы:

– новые представления о формировании структуры и фазового состава наплавленного металла, содержащего марганец и хром, при его нитроцементации в активных средах при пониженных температурах:

– закономерности влияния состава насыщающей среды и режимов нитроцементации на глубину диффузионных слоёв на легированных наплавках и на содержание в них карбонитридов;

– закономерности влияния состава нитроцементованных наплавок и характеристик структуры на их твёрдость и сопротивляемость изнашиванию при различных видах трения;

– технологические приёмы, позволяющие исправить дефектную структуру наплавленного металла и повышать механические и эксплуатационные свойства восстановленных деталей.

Практическая ценность работы. Теоретические и экспериментальные данные, полученные при проведении исследований, существенно расширяют инженерные возможности использования метода наплавки стальных изделий в среде углекислого газа. Положительный пастообразный карбюризатор и технология нитроцементации наплавленных деталей, удобная для ремонтного производства, может быть использована при восстановлении самых различных деталей отечественных и зарубежных машин с высоким экономическим эффектом за счёт повышения их долговечности.

Долговечность результатов исследований, основных положений и выводов подтверждается корректностью постановки задач, систематическим характером экспериментальных исследований с использованием методик и оборудования, а также согласованностью полученных результатов с общепринятыми представлениями в данной области науки и отсутствием противоречий с работами других исследователей.

Апробация работы. Основные положения диссертации и её отдельные результаты были доложены и получили положительные оценки на ХIV, XV и XVI российских научно – технических конференциях с международным участием « Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 2007, 2008 и 2009 годы), I Международной научно-технической конференци «САМИТ 2009» Курск 2009

Публикации. По материалам публикаций опубликовано 7 печатных работ, одна из которых в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объём работы, Диссертация состоит из введения, четырёх глав, вводов, библиографического списка, включающего 127 источников, и приложения. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включает 22 рисунка и 7 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и сформулирована цель работы.

Первая глава посвящена анализу литературных данных по способам наплавки металлических покрытий на стальные изделия и по методам химико-термической обработки стали с точки зрения их применимости для упрочнения наплавок.

Показано, что наиболее универсальным и дешевым методом наплавки, является наплавка в среде углекислого газа. Сварка и наплавка изношенных деталей этим методом представляет большой интерес для ремонтного производства, поскольку позволяет восстанавливать самые различные детали с наименьшими затратами.

Наплавка в среде углекислого газа отличается высокой производительностью (15…16 г/(Ач.)) и сравнительно небольшой глубиной зоны термического влияния (3…5 мм), она позволяет восстанавливать тонкостенные изделия и валы диаметром менее 40 мм, что невозможно при наплавке под слоем флюса. Вследствие низкой стоимости углекислого газа, простоты технологии и сварочного оборудования наплавка в среде углекислого газа в последнее время повсеместно используется для замены наплавки под слоем флюса, а также для замены газопламенной сварки и наплавки.

Недостатком этого способа наплавки является несколько повышенный расход электродного материала (на разбрызгивание), а также слабое окислительное действие, которое оказывает углекислый газ на сварочную ванну вследствие его частичной диссоциации при высоких температурах на окись углерода и атомарный кислород. Эта особенность вызывает повышенное выгорание (окисление) таких элементов, как C, Si, Mn, Al, Ti, V. Для устранения названных вредных явлений при наплавке в среде углекислого газа используют легированные электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей (Mn и Si).

Качество наплавленного металла при этом способе зависит также от интенсивности подачи в зону горения дуги углекислого газа и от степени его осушения. При недостаточном количестве газа или при его повышенной влажности в наплавленном металле возможно образование пор и раковин из-за наличия в сварочной ванне растворенных азота и водорода. Тем не менее при тщательном соблюдении всех технологических требований и режимов наплавки в среде углекислого газа можно получать достаточно качественные покрытия, не уступающие металлу, наплавленному под слоем флюса.

Главным недостатком покрытий, полученных наплавкой в среде углекислого газа, как, впрочем, и в других защитных газах, является неоднородность структуры, связанная с быстрым охлаждением сварочной ванны. Эта неоднородность вызывает неравномерную твердость, высокую напряженность (напряжения растяжения) поверхностных слоев, что неблагоприятно сказывается на прочности и долговечности восстановленных деталей. Кроме того, покрытия, наплавленные, как правило, низкоуглеродистой проволокой, обладают зачастую недостаточной износостойкостью, особенно в присутствии абразива.

Радикальным способом улучшения структуры и повышения механических и эксплуатационных свойств деталей, восстановленных наплавкой в среде углекислого газа, может стать их химико-термическая обработка. В литературе для упрочнения деталей после наплавки, в частности таких сложных, как шлицевые валы, детали с различными пазами и выточками, зубчатые колеса и т.п., рекомендуется подвергать цементации с последующей термической обработкой. По нашему мнению, для этих целей больше подходит нитроцементация, причем нитроцементация в пастообразных карбюризаторах, которая по технологическим приемам практически не отличается от цементации в твердых карбюризаторах, широко используемой в ремонтном производстве. Нитроцементация – весьма гибкий процесс, позволяющий проводить обработку в широком диапазоне температур и обеспечивать насыщение поверхностных слоев стальных деталей различным количеством азота и углерода, получая тем самым различный фазовый состав диффузионных слоев. Кроме того, при совместном насыщении стали азотом и углеродом заметно сокращается длительность процесса.





Насыщение наплавленного металла с неравновесной и дефектной структурой азотом и углеродом и интенсификация диффузионных процессов в металле будет способствовать улучшению структуры и устранению дефектов в наплавках и повышению износостойкости и других эксплуатационных свойств восстановленных изделий.

Настоящая работа посвящена всестороннему исследованию процесса нитроцементации металла, наплавленного в среде углекислого газа, с целью изучения закономерностей формирования структуры и фазового состава диффузионных слоев на наплавках различного состава, а также влияния структуры нитроцементованных наплавок на их механические и эксплуатационные свойства. На основе этих исследований предполагается разработать технологические рекомендации по восстановлению и упрочнению изношенных деталей, свойства которых не будут уступать новым.

Во второй главе представлена характеристика объекта исследования – наплавленного металла, полученного с использованием марганцовистых и хромистомарганцовистых проволок Св–08ГС, Св–08Г2С, Св–18ХГС и Св–08ХГ2С и защитной среды – газа СО2. Наплавка производилась на образцы различной формы (трубчатые, квадратные, дисковые и плоские) из среднеуглеродистой стали 45, которая применяется для изготовления большинства деталей, работающих при высоких нагрузках.

Наплавка производилась полуавтоматом А-547Р с использованием источника постоянного тока с жесткой характеристикой ПСГ-300, диаметр проволоки во всех случаях 1,2 мм. Поверхности образцов и электродную проволоку очищали от загрязнений и протравливали в 10%-ном водном растворе соляной кислоты, а затем пассивировали в 1%-ном растворе кальцинированной соды. Режимы наплавки: напряжение 18…20 В, сила тока 140 А, скорость подачи проволоки 180 м/ч, расход углекислого газа 7…8 л/мин.

В результате наплавки получалось покрытие толщиной 0,8…1,0 мм, химический состав которых приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав металла, наплавленного в среде углекислого газа

Марка проволоки Состав наплавленного металла, % масс.
C Si Mn Cr Прочие
Св-08ГС 0,06…0,08 0,55…0,60 1,11…1,32 0,15…0,18 0,21 Ni
Св-08Г2С 0,07…0,09 0,65…0,67 1,73…1,78 0,16…0,18 0,21 Ni
Св-18ХГС 0,19…0,21 0,88…1,0 1,81…1,84 0,95…0,98 0,27 Ni
Св-18ХГ2С 0,08…0,10 0,69…0,71 1,82…1,98 0,85…0,87 0,23 Ni


Pages:   || 2 |
 

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.