Введение к работе
Актуальность темы. Одним из путей повышения эффективности пользования дробильно-разиольного оборудования (ДРО) горнообо-гительных предприятий, карьеров, заводов по производству строи-льных материалов является п о вше ни е сроков службы рабочих орга-в ДРО (молотков, бил, дробящих плит, футеровок). Особенностью ловий работы этих деталей является интенсивное абразивное из намине, значительные по величине ударные нагрузки и тепловое воз-йствие. При изнашивании рабочих органов снижается эффективность іоцесса измельчения, повышаются энергозатраты, уменьшается на-жность работы ДРО.
Для изготовления подобных деталей в настоящее время широко -пользуется сталь П0ГІЗЛ (ГОСТ 977-88). Однако в условиях зкс-г/атации современного модного оборудования стойкость этой стали достаточно' высока. Применение метастабильных аустенитных марган-;еых и хромомаргакцевых сталей, несмотря ка повьшение способнос-f аустенита к упрочнению за счет деформационного юртенситного эеврашения (ДМП), не позволяет увеличить срок службы деталей ДРО злее чем на 40-60.
Перспективным направлением в решении этой задачи является їзработка составов и оптимизация режимов термической обработки злых износостойких чугунов (БИЧ) применительно к конкретним ус-овиям эксплуатации. Износостойкость ЕИЧ определяете* их гетеро -энным строением; присутствием в структуре этих, сплавов легкро-анных карбидов железа иди специальных карбидов с высокой твер-остья, а также мартенсигной клн аустенитной металлической состав-яюцэй. Однако воздействие значительных динамических нагрузок ограничивает применение цельнолитых деталей ДРО из БИЧ, что обуслов-ено их невысоким сопротивлением ударным нагрузкам.
Использование композитных материалов (сталь-чугун), получен-пах методом армированной отливки, позволяет разрешить это противоречие, однако широкое применение таких материалов сдергивается отсутствием разработок по технологическим параметрам армирования, е частности,недостаточно изучены закономерности образования области соединения в композитном материале j: роль этой области в обеспечении работоспособности армированных деталей.
Вопросы аыбора і: производства композитных материалов рас-сыотрэкы в работах И.И.Цьшина, Е.В.Рожковой к др. Однако практически не изучены вопросы совместимости режимов термической обработки составлятаих композитных материалов (стальной основы и чугунных износостойких элементов). Это обусловливает значительный научный и практический интерес к способам повышения термической стабильности аустенита Fe-Мл-С сталей без снижения его способности к упрочнении и елсокой стойкости при абразивном изнашивании. Недостаточно изучена роль ютастабклького аустенита в обеспечении износостойкости стали и чугуна.
Цель тлботк. Изучение влияния фазовых прзвргжнжй, протекающих при термической обработке и в процессе конадшванкя белых износостойких чугуноз л Fe-iLi-C сталей, на их эксплуатационные свойства; Исследование СТруїСТурЬІ К СВОЙСТВ ОбЛаСТИ СОеДИКеНИЯ В КОМПОЗИТНОЇ.! материале (стадь-чугук) и разработка композитных материалов и технологии изготовления армированных деталей ДРО повідзенной эксплуатационной стойкости.
Для достижения указанной цели были поставлены к решены следующие задачи:
-
изучение термической стабильности аустенита Fe-lin-C сталей б зависимости от содержания углерода и режимов термической обработки;
-
изучение влияния фазовых превращений, происходящих в процессе различных видов изнашивания, на износостойкость Fe-Mn-C сталей; 4
-
изучение влияния степени легирования белых хромистых чу-гунов на их структуру и свойства;
-
комплексное исследование влияния фазовых превращений при термической обработке и в процессе изнашивания на износостойкость хромистых чугунов;
-
исследование структуры и свойств области соединения в кошозитном материале (сталь-чугун)к определение роли этой области в обеспечении работоспособности армированных деталей ДРО;
-
разработка композитных (сталь-чугун) материалов и технологических режимов изготовления цельнолитых и армированных деталей ДРО повышенной эксплуатационной стойкости.
Научная новизна. Установлено, что среднеуглеродистые (0,5* 0,6% С) высокомарганцевые стали более термически стабильны по сравнению с высокоуглеродистыми (0,7*1,3% С). Зависимость ударной вязкости высокомарганцевых сталей от содержания углерода в диапазоне 0,5-1,3% после медленного охлаждения (от П00С со скоростью 50 град/ч) имеет нисходящий характер. Построены изотермические кривые Еыделения карбидов- и изменения ударной вязкости стали 55ГІЗЛ; наибольшая интенсивность распада аустенита соответствует температуре 530С, критическая скорость закалки составляет 40 град/ч.
Показано, что износостойкость чугуна 250Х20НМ увеличивается с повышением тзнпературы закалки от 650 до 1200С при снижении объемной твердости и количества мартенсита охлаждения в его структуре. Максимальная износостойкость чугуна 250Х20НУ соответствует температуре закалки 1200С, что обусловлено наибольпим упрочнением поверхностного слоя при изнашивании вследствие наклепа аустенита и деформационного мартенситного превращения.
Обнаружено, что область соединения в композитных материалах (сталь 55ГІЗЛ-БИЧ) имеет три характерные зоны, распределение хими-
ческих элементов в которых равномерное и резко изменяется на границе меаду зонами. Закалка композитных материалов от IC25 и П75С приводит к растворению карбидов в зоне соединения, граничащей со стальным слоем, в результате чего ударная вязкость образцов из области соединения увеличивается до 1,0 МДж/м2.
Практическая зна'тимостъ. По результатам исследования в качестве , о сковы композитных штериалов разработана сталь 55ГІЗ/М/Л (пс лучено положительное решение по заявке на изобретение состава это$ стали!. Сталь 55ПЗЛ вследствие деформационной метастабильности аус тенита не уступает по износостоГшости закаленной на аустенит сталі ІІ0ГІЗЛ. Термическая стабильность аустенита стали 55ГІЗЛ обусловливает высокую ударную зязкость и возможность применения этой стали после замедленного охлаждения на воздухе и в песчаных формах.
Показано, что оптимизация режимов термической обработки позі ляет предотвратить перлитный распад и добиться высокой износостойкости при меньшем легировании белых чугунов. Для износостойких ЭЛЕ ментов композитных материалов разработаны экокомнолегированные чу-гуны 250Х20НЫ, 230ХІЗГІМ.
По результатам исследования и промышленных испытаний скорреї тированы форма, размеры и расположение вставок на рабочей поверхности армированных деталей (дробягагс плит, футеровок и молотков дробилок), разработана технология выплавки, литья, термической обработки цельнолитых (чугун 230Х13ПЫ)и армированных (сталь 55ГІЗІ чугун 250Х20Й4) деталей, позволившая повысить их эксплуатационную стойкость. Композитные материалы внедрены на ПО В0ЛГ0ЦЕММАШ с экономическим эффектом 1249 тыс.рублей в ценах на февраль 1992 г. прі долевом участии автора 50 (600 тыс.рублей). Основные положения, выносимые на защиту: I. Влияние термической обработки (замедленного охлаждения и изотермических выдержек) на термическую и деформационную стабиль-
ность аустенита высокоыарганцевых сталей с различным содержанием
углерода. '. -
-
Влияние фазовых превращений при термической обработке и в процессе испытаний на механические свойства и износостойкость Fe-Mn-C сталей.
-
Взаимосвязь характеристик основных структурных составляющих (эвтектических карбидов и металлической матрицы) на стойкость 5елых чугунов при абразивном изнашивании.
-
Результаты изучения строения и свойств области соединения в композитном материале в литом состоянии и после термической заработки.
Апробация работы. Основные результаты доложены на ІУ Всесоюз-той научно-технической конференции "Новые конструкционные стали и :плавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (Запорожье, 1969); на научно-технической конференции "Проблемы производства и применения сталей и чугунов в северном «полнении" (Свердловск, 1989); на Всесоюзной конференции "Приклад-гая мессбауэровская спектроскопия" (Наэань, 1990); на Республиканцем семинаре "Структура и свойства легированных сталей" (Киев, [992).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных ра-!от, получено положительное решение ВНИИГПЭ по заявке на изобретете.
Объем работы. Диссертация изложена на 145 страницах машино-іисного текста, включающих 41 рисунок, 16 таблиц; состоит из вве-[ения, шести глав, выводов, библиографического описания, содержа-;его 163 наименования, и приложений.
