Файл: Никберг И.М. Оптимальная долговечность оборудования металлургических предприятий.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 77
Скачиваний: 0
твердости до травления (ХЮО) и после травления (ХЮО—600). Травление образцов проводили 5%-ным раствором азотной кислоты в спирте.
В результате микроанализа установлено, что слой электроискрового упрочнения состоял из двух зон: верх ней белой, внешне бесструктурной, нетравящейся нерав номерной глубиной — от 0,01 до 0,6 мм и нижней или подслоя, диффузионной, с сильно измененной структурой, постепенно переходящей в структуру основного металла. Глубина подслоя составляла 0,2—0,4 мм, а структура его представляла собой троосто-сорбит с ориентацией мартенсита и отличалась от основного металла большой травимостью. Микроструктура основного металла пред ставляла собой сорбит с ориентацией мартенсита.
Мнкротвердо'сть, замеренная на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50Г, составила, Гн/м2 (кгс/мм2):
Белый с л о й ............... |
10,3—10,2 (1030—1020) |
Подслой....................... |
4,5—5,3 (450—530} |
Основной металл . . |
1,85—3,21(185—321) |
Во время производственных испытаний было установ лено, что после двух месяцев работы износ лопаток сос тавил: упрочненных 1 мм, неупрочненных 2 мм. Общий срок службы упрочненных лопаток был в 1,5—2 раза вы ше, чем неупрочненных. Приведенные выше данные подт верждают целесообразность применения электроискрово го способа для упрочнения быстронзнашивающихся де талей металлургического оборудования.
Упрочнение с помощью плазменной дуги
Использование энергии плазменной дуги для напы ления и наплавки деталей металлургического оборудова ния обеспечивает возможность получения тонких покры тий при сравнительно небольшом термическом воздейст вии на обрабатываемую деталь. П л а з м е н н о е н а п ы
л е н и е вследствие высокой температуры нагрева |
и |
скорости движения наносимых частиц обеспечивает |
бо |
лее высокое качество покрытий, чем при газопламенной и электродуговой наплавке.
Основные факторы, от которых зависят качество по крытия и производительность процесса, следующие: под водимая электрическая мощность, способы транспорти ровки порошковых материалов, скорость истечения плаз менной струи и конструктивные особенности плазмообра зующих устройств.
130
Для увеличения связки покрытия с основным метал лом необходимо нанесение промежуточного подслоя. Ма териал подслоя должен обладать свойствами, близкими к материалу покрытия, и достаточной вязкостью, обеспе чивающей возможность внедрения частиц наносимого материала.
Плазменное напыление применяют для повышения стойкости фурм доменных печей и других видов сменно го оборудования и деталей, подвергающихся воздейст вию высоких температур и соприкасающихся с жидким металлом и шлаком. Оно может с успехом применяться для наплавки глиссажных труб нагревательных печей, мульд разливочных машин и т. д.
Для напыления используют установку УПУ-3 конст рукции НИАТ. Напыление производится вначале порош ком никеля (толщина покрытия 0,1 мм), а затем порош ком окиси алюминия (толщина покрытия 0,5 мм). Плаз менную дугу создают в аргоне с последующим перек лючением на азот.
Изготовление порошковой проволоки из сплавов, об ладающих высокой стойкостью против абразивного изно са в условиях высоких температур (сормайта № 1, бори1 дов хрома, карбидов хрома и вольфрама и др.), вызыва ет значительные трудности, поэтому их наплавка произ водится вручную штучными электродами, которые не обеспечивают получения наплавленного металла высоко го качества.
Наиболее широкие перспективы имеются для приме нения п л а з м е н н о й н а п л а в к и . Преимуществом наплавки по сравнению с напылением является возмож ность использования любых сплавов при введении в ду гу присадочного материала.
Например, на Коммунарском металлургическом заво де в содружестве с Институтом электросварки им. Е. О. Патона создана наплавочная установка и разработана технология плазменной наплавки деталей металлургиче ского оборудования. В состав установки входят: плазмен ная приставка А-1105 с аппаратурой управления, штанга аппарата А-384, тележка, манипулятор с качающимся столом и источник питания (преобразователи ПС-500).
На заводе уже освоена наплавка роликов проводкой арматуры сортопрокатного стана 600 и осваивается нап лавка вертикальных валков универсальной клети сорто прокатного стана 600. В качестве наплавочного материа
131
ла для роликов применяется сфероидальный порошок сплава сормайт № 1.
До внедрения плазменной наплавки ролики проводковой арматуры изготовляли из стали 45Г и подвергали объемной закалке. Работая в контакте с прокатываемым металлом, нагретым до 1150°С, ролики были подверже ны совместному воздействию абразивного и термическо го износа. Поэтому срок службы этих деталей был не большой: цилиндрических роликов — не более 7—8 ч, ро
ликов, наплавленных сплавов типа ЗХ2В8, |
16 ч, а роли |
ков с выгнутой бочкой 3—4 ч. Ролики, |
наплавленные |
порошком сплава сормайт № 1 при помощи плазменной дуги, работают 75—80 ч.
■С внедрением плазменной наплавки стойкость 'роли ков на заводе возросла с 3 до 30 тыс. т круглого прока та, т. е. в 10 раз. Общая сумма экономии, полученной в результате этого, составляет 23,4 тыс. руб. в год.
На этом же предприятии освоена плазменная нап лавка керновых губок стриттперных кранов мартеновско го цеха. До внедрения нового метода рабочие поверхно сти керновых губок наплавлялись вручную электродами сплава сормайт № 1, а расход губок в течение года со ставлял 960 шт. После внедрения плазменной наплавки расход губок сократился до 480 шт., т. е. их стойкость возросла в два раза.
Плазменная наплавка производится в нижнем поло жении деталей по кольцевой схеме с перемещением плаз менной дуги на ширину валика после каждого полного оборота детали. Плазменная головка совершает попереч
ные колебательные движения с |
амплитудой, равной |
23 мм. |
|
Наплавка производится в один |
слой толщиной 2— |
2,5 мм. Твердость наплавленного слоя 50—54 HRC. На плавленный металл по химическому составу соответству ет сплаву сормайт № 1, свободен от трещин, пор и дру гих дефектов.
Несмотря на то что наплавляемый материал был оди наковым, стойкость наплавленного слоя при плазменной наплавке оказалась более высокой вследствие отсутствия в наплавленном слое дефектов, соответствия химическо го состава наплавленного металла сормайт № 1, а так же более износостойкой структурой «звездчатого» типа. Такая структура была получена в результате образова ния большого числа центров кристаллизации вместо
132
ранее получавшейся столбчатой структуры с вертикаль но расположенными-дедритами. .
Электрошлаковая наплавка прокатных валков электродом-трубой
Износостойкая наплавка под флюсом стальных вал ков горячей прокатки, разработанная в Институте элек тросварки им. Е. О- Патана, применяется в Советском Союзе почти на всех предприятиях, имеющих прокатные станы.
Однако стальные валки, которые подвергаются нап лавке, составляют только одну треть всего имеющегося парка валков. Большое количество чугунных валков и стальных валков холодной прокатки не восстанавливает ся. Освоение наплавки чу гунных валков и изготовле ния биметаллических валков со стальной сердцевиной и чугунным рабочим слоем позволило бы резко снизить расход. чугунных валков.
Идея создания биметалли ческих прокатных валков с вязкой сердцевиной и твер дым рабочим слоем положе на в основу созданной на плавочной установки У-305.
Первая в СССР установ ка по наплавке прокатных валков электрошлаковым методом,. спроектированная в Институте электросварки им. Е. О. Патона и изготов ленная совместно опытным заводом, была введена в
эксплуатацию в 1969 г. на Макеевском заводе им. С. М. Кирова.
Установка У-305 предназначена для электрошлаковой наплавки трубой-электродом из легированного чугуна (рис. 10) при восстановлении изношенных чугунных вал ков и изготовлении новых валков со стальной сердцеви ной и чугунным рабочим слоем.
133
На установке можно наплавлять валки следующих размеров:
Диаметр бочки, |
.м<м . . . . |
250—450 |
|
Длила, |
мм . . . . . . . |
400—860 |
|
Общая |
длина валка, мм . . |
1350—2000 |
|
Масса |
валка, « |
г .................... |
300—2000 |
Установка оборудована тельфером и индуктором для подогрева валков перед наплавкой, а также имеет ряд сменных деталей разных размеров, устанавливаемых в зависимости от типоразмеров наплавляемого валка. К таким деталям относятся кристаллизатор, сменные полу кольца в подставке индикатора, нижние и выходные кольца, сменные направляющие втулки и башмаки зажи ма электрода.
Наряду с наплавкой валков указанных размеров на установке У-305 проводятся научно-иссследовательские работы по освоению технологии наплавки и подбору хи мического состава труб-электродов для более широкого сортамента наплавляемых валков.
Сумма экономии в результате электрошлаковой нап лавки валков трех станов этого завода 250-1, 250-2 и 300 составляет 50 тыс. руб. в год.
Упрочнение методами термической обработки, электролиза и пластического деформирования
Новыми методами термической обработки деталей в целях их упрочнения являются газовое цианирование, изотермическая закалка, электролизное борирование и электромеханическая обработка.
Газовое цианирование (нитроцементация)
Одним из прогрессивных способов повышения стой кости деталей, применяемым в машиностроении, явля ется газовое цианирование.
Сущность его заключается в одновременном насыще нии поверхности деталей азотом и углеродом путем вы держки их при заданной температуре в газовой среде, представляющей собой смесь цементирующего газа и диссоциированного аммиака.
В качестве цементирующего газа применяют те же газы, что и при газовой цементации. Азотирующим газом служит аммиак, который при температуре газового цна-
1.34
нировання диссоциирует с выделением водорода и ато марного азота. Последний диффундирует в сталь, обра зуя нитриды железа и легирующих элементов.
•Преимущества газового цианирования по сравнению с газовой цементацией следующие:
более высокие износоустойчивость и скорость про цесса насыщения слоя (при одинаковой температуре) из-за активизирующего действия азота;
меньшая степень деформации деталей при закалке и замедленный рост зерна из-за меньшей продолжительно сти и более низкой температуре процесса;
■повышенные прокаливаемость и сопротивление изно су планированного слоя по сравнению с цементирован ным;
более высокие пределы выносливости и стойкости против коррозии, а также износоустойчивости при повы шении температуры в месте контакта деталей, работаю щих на трение.
Ниже приведены результаты исследований и произ водственных испытаний по внедрению газового высоко температурного и низкотемпературного цианирования, «мягкого азотирования» деталей из конструкционной стали, проводившихся на одном из предприятий черной металлургии. Цианирование производилось в электри ческой шахтной печи Ц-75 с одновременной подачей в печь керосина и аммиака. В баллон с аммиаком был вмонтирован железный игольчатый вентиль. Подача ке росина из бачка производилась специально приспособ ленной для этой цели капельницей
В ы с о к о т е м п е р а т у р н а я н и т р о ц е м е н т а ция. Целью проведенных исследований был выбор оп тимального режима высокотемпературной газовой нитро цементации деталей металлургического оборудования, изготовленных из углеродистой стали марок Ст.З и Ст.5. Высокотемпературной нитроцементации были подверг нуты четыре партии деталей и образцов.
Первая партия состояла из втулок, изготовленных из стали Ст. 5. Втулки и образцы после нитроцементации непосредственно из печи были подвергнуты закалке с температуры 850°С в воду. Твердость деталей и образ цов после нитроцементации и закалки 64—65 HRC. Ис следование микроструктуры показало, что нитроцементированный слой удовлетворительно насыщен углеродом и азотом. Глубина нитроцементированного слоя 0,35 мм.
135
Микроструктура нитроцемеитированного слоя состояла из азотистого мартенсита и мартенсита. Структура серд цевины — феррит и сорбитообразный перлит.
Вторая партия состояла из гильз опор валков прокат ных станов и деталей зубчатых муфт, изготовленных из стали Ст. 3.
В состав третьей партии входили также гильзы про катных валков и детали муфт зубчатой передачи, изго товленные из стали Ст. 3.
Четвертая партия деталей состояла из 20 шт. втулок
(D — 60 мм, /=80 мм, 6= 10 мм).
Результаты исследований микроструктуры и твердо сти деталей показали, что оптимальный режим высоко температурной нитроцементации для деталей из стали марок Ст. 3 и Ст. 5 должен быть следующий: отжиг при 870°С; время выдержки с момента пуска аммиака 4—5 ч; скорость подачи керосина 100—110 капель в минуту; ам миака 2,5 л в минуту; закалка непосредственно из печи
сохлаждением после нитроцементации до 820—830°С; отпуск при 200—220°С в течение 2,0—3,0 ч. Сокращение времени выдержки, а также более низкие температуры процесса нитроцементации не обеспечивали получения слоя достаточной глубины, твердости и микроструктуры стали этих марок. Более длительная выдержка способст вовала появлению в микроструктуре цементированного слоя остаточного аустенита, что снижало качество слоя и его работоспособность. Результаты производственных испытаний показали, что стойкость деталей, подвергну тых высокотемпературному цианированию, по сравнению
сцементированными и закаленными деталями увеличи вается в трех — пятикратном размерах.
Н и з к о т е м п е р а т у р н о е ц и а н и р о в а н и е («мягкое» азотирование) применяют за рубежом с целью повышения износостойкости и пределах выносливости деталей, работающих на трение в условиях абразивного износа с высокими контактными напряжениями. Этот' способ используют для обработки коленчатых и кулачко вых валов, различных шестерен, поршневых колец, осей, втулок, толкателей клапанов, блока цилиндров автомо бильных двигателей, частей регуляторов и т. д. В процес се мягкого азотирования на поверхности деталей образу ется карбонитридный слой, который создает высокую из носоустойчивость их рабочей поверхности. Процесс сле дует вести при температуре 600°С и времени выдержки
136