Введение к работе
В мировой практике наблюдается тенденция увеличения выпуска стали в электрических дуговых печах, что объясняется ее высоким качеством, а так же рядом преимуществ электроплавки по сравнению с другими способами получения стали. Рост производства достигается как за счет строительства новых агрегатов, так и за счет увеличения производительности существующих. Повышение производительности сдерживается низкой долговечностью отдельных элементов печей.
В наиболее тяжелых условиях работают контактные щеки электрододержателя дуговой сталеплавильной печи, причем наличие электроэрозионного износа на их поверхности является одной из главных причин выхода их из строя. Несмотря на постоянное совершенствование, работающие на сегодняшний день конструкции электрододержателей не обеспечивают полного устранения причин электроэрозионного износа.
Одним из путей решения этой проблемы является нанесение на поверхность контактной щеки электроэрозионностойкого слоя наплавкой.
Актуальность темы. В настоящее время для наплавки меди и ее сплавов могут быть применены различные способы. Газовая, ручная дуговая, полуавтоматическая электродуговая наплавка в защитных газах характеризуется невысокой производительностью, тяжелыми условиями труда. Автоматическая электродуговая наплавка порошковыми лентами под флюсом имеет определенные преимущества: высокую производительность, менее тяжелые условия труда, стабильно высокое качество наплавленного металла. Однако влияние состава и структуры наплавленных медных сплавов на электроэрозионную стойкость изучены недостаточно.
В этой связи можно констатировать, что дальнейшие исследования направленные на разработку электроэрозионностойкого наплавочного материала и технологии механизированной электродуговой наплавки, является актуальной задачей.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнена на основе программы НИР и ОКР ПГТУ на 1992-1997 г.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка экономнолегировашюго электродного материала и технологии механизированной наплавки, обеспечивающих повышение качества наплавленного металла и стойкости деталей работающих в условиях электроэрозионного износа.
В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи: - разработать экспериментальную установку и методику оценки электроэрозионной стойкости материалов;
исследовать влияние состава и структуры медных сплавов на электроэрозионную стойкость, электропроводность и механические свойства с целью выбора оптимального состава для наплавки;
разработать наплавочный материал с высокими технологическими и технико-экономическими характеристиками в процессе наплавки и эксплуатации;
на основании исследований и теоретических изысканий разработать технологические рекомендации по наплавке медных контактных щек;
провести промышленное опробование и внедрение результатов исследования.
Научная новизна полученных результатов. Разработан состав порошкового электрода на медной основе с использованием комплексно-легированной лигатуры ПГ-Л101 в качестве легирующего компонента (содержание хрома и железа в соотношении 1,8 - 2,0) в сердечнике порошкового электрода, который позволяет получить наплавленный металл в виде хромо-железной бронзы содержащей сигма-фазу (интерметаллид CrFe).
Установлено, что введение в шихту порошковой ленты (состав: комплексной лигатуры ПГ-Л101 — 6,0-6,5%, порошка алюминиево-магниевого ПАМ-4 - 1,9-2,1%, фторопласта Ф-4 - 1,7-1,9%, при коэффициенте заполнения равном 30%) мрамора - 3-4%, позволяет за счет повышешш основности шлака на стадии капли практически подавить кремнийвосстановительный процесс и снизить содержание кремния с 0,221 до 0,128%, что приводит к увеличению электропроводности наплавленного металла.
Доказана возможность наплавки композиционных сплавов систем Cu-Cr3C2, Cu-Mo2C и Cu-WC, с содержанием тугоплавкой фазы до 15 % (по объему).
Установлено что, состав порошковой ленты с использованием механической смеси компонентов (отношение содержания хрома к углероду составляет 3,1-3,3), в связи с отсутствием стадии диссоциации карбида хрома при наплавке, обеспечивает более стабильные сварочно-технологические свойства и равномерное распределение карбида хрома Сг3С2 в металле шва, чем состав порошковой ленты, содержащий готовый карбид хрома Сг3С2.
На основании проведенных исследований определена зависимость электроэрозионной стойкости композиционных наплавочных сплавов от состава. Установлено, что электроэрозионная стойкость растет в ряду: Си-Сг3С2, Си-Мо2С и Cu-WC.
Практическое значение полученных результатов. Состав разработанного порошкового электрода, обеспечивает повышение электроэрозионной стойкости наплавленного металла более чем в 1,7 раза по
сравнению с медью, при электропроводности равной 79% от электропроводности меди.
Определены параметры оптимального режима наплавки, обеспечивающего высокую производительность, минимальную долю участия основного металла в наплавленном, минимальные выделения пыли и газов, на основании которого разработана и опробована технология наплавки контактных щек электрододержателей дуговых сталеплавильных печей.
Использование наплавочного материала и технологии наплавки позволило улучшить качество наплавленного металла, повысить производительность, улучшить условия труда по сравнению с ранее применявшейся ручной дуговой наплавкой.
Проведена апробация наплавочного материала и технологии наплавки в условиях ОАО "Азов"(г. Мариуполь). Предложенные наплавочный материал и технология наплавки приняты к внедрению.
Личный вклад соискателя. Автором, на основе анализа условия работы контактных щек электрододержателя, разработана установка и методика испытаний на электроэрозионный износ. Автором исследовано влияние состава наплавленного металла на электроэрозионную стойкость и электропроводность, построена математическая модель. Автором проведены исследования по разработке и определению характеристик композиционных наплавочіїьіх материалов систем: Си-Сг3Сг; Cu-Mo2C; Cu-WC. Автором исследовано влияние режима наплавки хромо-железной бронзы на производительность и санитарно-гигиенические условия. Разработанный автором электродный материал и технология наплавки внедрена в ОАО "Азов" (г. Мариуполь) при личном участии соискателя. Автором подтверждено ожидаемое повышение стойкости контактных щек электрододержателя и улучшение условий труда в сравнении с ранее применявшейся технологией восстановления ручной дуговой наплавкой.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научной конференции "Механика сыпучих тел" (Одесса, 1991 год); Всесоюзной конференции "Сверхтвёрдые и композиционные материалы и покрытия, их применение" (Киев, 1991 год); Региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1992 год); III региональной научно-технической конференции (Мариуполь, 1995 год); на научных семинарах кафедр: "Металлургия и технология сварочного производства" и "Оборудование и технология сварочного производства" Приазовского государственного технического университета (Мариуполь 1994, 1998 годы).
Публикации. По результатам выполненных исследований
опубликовано 4 статьи в научных журналах, 4 тезиса докладов на научно-технических конференциях.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, выводов, списка использованных источников из 132 наименований, 1 приложения и содержит 134 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 25 таблиц.