книги из ГПНТБ / Никберг И.М. Оптимальная долговечность оборудования металлургических предприятий

рабочих поверхностей деталей позволила повысить их стойкость !в 2—2,5 раза.

На Коммунарском металлургическом заводе впервые освоены новые методы термической обработки деталей, обеспечивающие значительный экономический эффект:

науглероживание зубьев пил горячей резки электроконтактным нагревом угольным роликом на специальной автоматической установке; срок службы пил по сравне­ нию с пилами, упрочняемыми посредством поверхност­ ной закалки газо-кислородным пламенем, возрос в 2 раза и составляет 120—140 ч вместо 60—70 ч;

изготовление молотков молотковых дробилок для

стали ст. 5 с наплавкой чугунной лентой); срок службы молотков увеличится с 12—14 до 21—25 дней;

изготовление гаек шлаковозов из высокопрочного чу­ гуна марки ВЧ40-10 с термообработкой, изготовляв­ шихся ранее из бронзы марки БрАЖ9-4, что обеспечило экономию бронзы до 25 т в год;

■производство колосников опекательных тележек агло­ меранионных машин из алюмокремниевого чугуна, моди­ фицированного церием с термической обработкой, что дало возможность повысить срок службы колосников (изготовлявшихся ранее из чугуна СЧ15-32) в 2—3 раза.

На Макеевском заводе им. Кирова в тяжело нагру­ женных подшипниковых узлах применяются стальные закаленные вкладыши из сталей 45Г2 и 50Г2 с терми­ ческой обработкой вместо бронзовых в сочетании с нап­ лавкой шеек валов и осей проволокой ив стали марки ПП-ЗХ2В8. Это дало возможность увеличить сроки служ­ бы подшипников шихтовых тележек мартеновских цехов, рольгангов прокатных станов, втулок блоков и осей катасов шлепнеров и других узлов примерно в 30 раз при значительной экономии бронзы.

Закалка с нагревом т. в. ч. ручьев канатных бараба­ нов электромостовых кранов и лебедок, изготовляемых из стали 45Л, позволила увеличить срок их службы в 2— 3 раза без сокращения срока службы канатов. Закалка с нагревом т. в. ч. плунжеров пакетир-лресоов ПГ-1500,

111

нажимных винтов прокатных станов, винтов электропу­ шек и других деталей обеспечила увеличение срока их службы в 2—3 раза.

Изготовление ножей летучих ножниц заготовочного стана 450 из стали марки ЗХ2В8 с последующей обработ­ кой (вместо ранее применявшейся стали 5ХВ2С) позво­ лило увеличить срок службы ножей в 2 раза.

На заводе «Запорожсталь» освоены следующие новые методы упрочнения деталей:

штамповка лопаток роторов эксгаустеров из стали. ЗОХГСА в охлаждаемых штампах, что обеспечивает твердость лопаток 300—350 Н В и увеличение их стойкос­ ти в 1,5—2 раза;

закалка ножей гильотинных ножниц длиной до 4500 мм и охлаждение в специальном пневм.атическом приспособлении с нагревом в электрической трехзоыной печи, что позволило ликвидировать поводку ножей в про­ цессе закалки;

отливка колосников спекательных тележек агломашин

стали 45, что обеспечило возможность устранения поло­ мок винтов и увеличения срока их службы до 3 лет.

Одним из видов термической обработки является сор­ битизация. Известно, что ходовые колеса мостовых кра­ нов, особенно работающих при тяжелых режимах, выхо­ дят из строя нередко после нескольких месяцев эксплу­ атации, что увеличивает простои оборудования и приво­ дит к нарушению технологических процессов. Проведен­ ным во ВНИИПТМАШе обследованием работы ходовых колес различных мостовых кранов установлено, что срок службы тяжело нагруженных краиов не превышает 12 месяцев. Такие способы упрочнения, как поверхностная закалка с нагревом т. в. ч. или наплавка, дают сравни­ тельно тонкий упрочненный слой, который под влиянием действующих во время работы кранов усилий как бы вдавливается в мягкую сердцевину основного металла обода колеса. В результате происходят отколы и шелу­ шение металла на поверхности катания и реборде и, как следствие, быстрый износ колеса. Сорбитизация ходовых колес тяжело нагруженных кранов значительно повыша-

112

ет срок их службы. Так, ма Кузнецком металлургичес­ ком комбинате благодаря применению сорбитизации средний срок службы ходовых колес кранов достигает двух лет, т. е. в 2 раза выше, чем на остальных предпри­ ятиях.

Сорбитизация обеспечивает твердость дорожек ката­ ния и реборд 300—360 Н В при сравнительно толстом (30—35 мм) износоустойчивом слое металла, способном воспринять значительные усилия без остаточных дефор­ маций.

Возможность создания износоустойчивого обода ко­ леса при оставлении мягкой сгупицы является преиму­ ществом применения способа сорбитизации но сравне­ нию с закалкой всего колеса. Это позволяет снизить трудоемкость механической обработки сорбитизированных колес по сравнению с закаленными. Весьма сущест­ венное значение дли долговечности ходовых колес имеет также способ получения заготовки. Известно, что в США заготовкой для ходовых колес кранов служат цельнокатаные колеса со сформированной методом про­ матки дорожкой катания и с сорбитизированным обо­ дом. Такие колеса служат по 15—20 лет.

В Советском Союзе централизованное изготовление цельнокатаных крановых колес пока находится в стадии освоения. После унификации типоразмеров цельноката­ ных колес целесообразно организовать их серийное про­ изводство с одновременной сорбитизацией обода. При этом условии износоустойчивость крановых колес может увеличится примерно в 10 раз.

Действующим ГОСТ 3569—60 на цельнокатаные, ко­ ваные п штампованные колеса в качестве материала для их изготовления предусматриваются стали 75 и 65Г с обязательным упрочнением обода методом сорбитизации. В действительности на многих предприятиях применяет­ ся сталь 50Г2.

Сравнительные данные о применяемой в настоящее время технологии изготовления крановых колес, а также рекомендуемой ВНИИПТМАШ оптимальной техноло­ гии их изготовления приведены в табл. 20.

Новые методы упрочнения

В машиностроении и других отраслях промышленно­ сти существует ряд новых методов упрочнения деталей, которые могут быть использованы на металлургических

114

предприятиях. Некоторые из этих методов уже дали положительные результаты .при проверке возможности их применения в условиях металлургического произ­ водства.

Бесспорно, что освоение и внедрение новых методов обеспечат повышение долговечности оборудования при сокращении затрат на упрочнение деталей. Поэтому изу- t ченле имеющегося опыта предприятий других отраслей промышленности имеет немаловажное значение.

Наплавка сплавами на основе тугоплавких соединений

Весьма эффективными способами увеличения сроков службы деталей являются механизированная и ручная неплавки их поверхностей износостойкими сплавами. Несмотря на более высокую производительность механи­ зированного способа, ручная наплавка составляет зна­ чительную долю в общем объеме наплавочных работ. Основными причинами этого: являются более широкие возможности применения ручной наплавки при обработ­ ке деталей со сложной конфигурацией и возможность достижения большой износостойкости сплавов за счет образования структур с тугоплавкими и высокотвердыми оплатами. При механизированной наплавке из-за более длительного пребывания сварочной ванны в жидком со­ стоянии тугоплавкие фазы в большей степени разлага­ ются («выгорают»).

Большинство применяемых в настоящее время изно­ состойких наплавочных материалов (сормайт, сталинит, электроды ЦНИИТМАШ—ЦИЛ, Т-590, Т-620, МШВТ-12 и др.), а также порошковые проволоки различных ма­ рок производят с использованием в качестве легирую­ щих элементов ферросплавов.

При этом чрезмерное увеличение количества вводи­ мых добавок не дает положительных результатов. Так, для электродов с металлическим стержнем и покрытием ферросплавного типа, а также для порошковой проволо­ ки и лент легирование большим количеством ферроспла­ вов приводит к нестабильному горению дуги, что вызы­ вает несплавляемость сплава с основным металлом.

Кроме того-, переход в наплавленный слой содержа­ щихся в ферросплавах серы, фосфора и других вредных примесей в ряде случаев способствует образованию ра-

115

ковин, рыхлот и других дефектов, что является причиной сравнительно 'быстрого износа наплавленных поверх­ ностей.

Таким образом, использование ферросплавов в каче­ стве добавок к наплавочным материалам не вносит существенных изменений в решение проблемы увеличе­ ния износостойкости поверхностей 'быстроизнашдавающихся деталей. Недостаточная стойкость современных ■наплавочных материалов особенно ощущается при упрочнении деталей металлургического оборудования, работающих в весьма тяжелых условиях. В первую оче­ редь это относится к деталям засыпных аппаратов до­ менных печей.

Этим вызывается необходимость в изыскании новых наплавочных материалов, выявлении их оптимальных составов, а также наиболее эффективных способов из­ готовления и применения. Поиски материалов, обладаю­ щих высокими износостойкими свойствами, ведутся как среди металлов и их сплавов, так и среди металлокера­ мических сплавов.

В этом отношении заслуживают внимания приведен­

Критерии для выбора оптимального износостойкого сплава были приняты следующие: хорошее сплавление с основным металлом, благоприятная карбидная (боридная) структура, высокая твердость и износостойкость сплава, способность сплава сохранять твердость при по­ вышенных температурах.

В процессе исследований особое внимание было уде­

1 Работы проводились под руководством И. М. Никберга.

116

ми позволяют реализовать в составе металлокера:мическнх стержней практически любое соотношение легиру­ ющих компонентов.

Объектами исследований, кроме карбидохромовых сплавов, были также сплавы, составленные на основе карбидов бора.

Эти исследования преследовали цель изыскать спла­ вы с оптимальными свойствами для изготовления из них в дальнейшем порошковой проволоки, которая применя­ ется при механизированной наплавке износостойких покрытий.

В качестве легирующих присадок были приняты ме­ таллы и тугоплавкие соединения на основе: карбида бо­ ра, борида титана и молибдена; боридные сплавы, леги­ рованные карбидом хрома; боридные сплавы с двойным боридом, а также легированные силицидами.

После лабораторных исследований сплавы оптималь­ ного состава были подвергнуты производственным ис­ пытаниям. На рабочие поверхности деталей оборудова­ ния, работающих в условиях воздействия абразивной среды, например конусы засыпного аппарата и атмос­ ферных клапанов доменных печей, а также молотков дробилок агломерационных фабрик, была произведена наплавка новых сплавов. После этого детали были уста­ новлены в действующее оборудование для проверки их стойкости на износ при работе в условиях абразивной среды с нормальной и повышенной температурой.

обычно в сочетании со значительно более легкоплавки­ ми металлами, носящими название 'цементирующих или связующих. Эти сплавы изготовляют из порошков ме­ таллов, металлолодобных веществ или их смесей, под­ вергающихся после их формирования спеканию.

Метод порошковой .металлургии остается единствен­ но возможным для придания сплавам нужных свойств в тех случаях, когда нужны сплавы, состоящие из ком­ понентов, значительно различающихся по температуре плавления, и при том условии, что наиболее тугоплав­ кие из них не Должны подвергаться плавлению. При спекании смесей порошкообразных тугоплавких компо­ нентов с порошками цементирующих металлов послед­ ние плавятся, растворяя иногда лишь небольшую часть твердых тугоплавких соединений.

117

Твердые металлоподобные вещества, являющиеся основой современных металлокерамических твердых сплавов, представляют собой соединения углерода, бо­ ра, азота, кремния с тугоплавкими элементами (тита­ ном, ванадием, хромом и др.).

Металлокерамические материалы используют для на­ плавки в виде литых и порошкообразных сплавов, элек­ тродов с легирующими покрытиями, трубчатых электро­ дов, а также порошковой проволоки.

Впоследнее время рядом работ, проводившихся как

внашей стране, так и за рубежом, доказано, что наибо­ лее успешное применение металлокерамических напла­ вочных материалов достигается при использовании в ка­ честве электродов прессованных стержней с последую­

щим их спеканием.

Наибольшее распространение получили металлоке­ рамические сплавы на основе карбида хрома, содержа­ щие хром, углерод и никель. Эти сплавы наряду с высо­ кой абразивной стойкостью обладают значительным со­ противлением химической коррозии и окислению .при высоких температурах.

К а р б и д о х р о мО'в ы е т в е р д ы е с п л а в ы обладают следующими свойствами: большой твердо­ стью, сочетающейся с высоким сопротивлением износу при трении с металлами и неметаллическими материа­ лами, а также высокой стойкостью при работе деталей в условиях воздействия различных агрессивных сред.

Прочность и твердость этих сплавов сохраняется и при высоких температурах, .поэтому карбидохромовые сплавы успешно применяются во многих областях техни­ ки, в частности для деталей насосов, работающих в ус­ ловиях воздействия кислотных и других агрессивны ч сред, для изготовления подшипников, работающих .при повышенных температурах в условиях коррозии, и дру­ гих случаях.

Ценными свойствами карбидохромовых сплавов яв­ ляются хорошая сопротивляемость абразивному износу, а также то, что коэффициент их линейного расширения близок к стали. Последнее создает благоприятные усло­ вия для соединения карбидохромового сплава со ста­ лью.

Впервые в металлургии карбидохромовый сплав вме­ сте с образцами других металлов и сплавов испытывали в струе запыленного колошникового газа доменных пе­

118

Результаты испытаний износостойкости! образцов различных материалов по отношению к сплаву сормайт № 1

На газоотводах доменных печей па уро.вне колошни­ ковой .площадки были установлены специальные приспо­ собления, в которых устанавливали образцы испытуемых материалов.

Испытания образцов различных сталей и сплавов в ' струе колошникового газа позволило установить их от­ носительную износостойкость в условиях, близких к ус­ ловиям работы контактных поверхностей конуса и чаши.

Проведенные испытания прессованных и наплавлен­ ных образцов из карбида хрома показали, что этот ма­ териал имеет износостойкость, значительно, более высо­

кую, чем сормайт № 1.

Работа по выявлению относительной износостойкости карбида хрома в условиях, близких к усковиям работы деталей засыпных аппаратов доменных печей, явилась основанием для проведения дальнейших исследований в этой области.

Следующим этапом работ по определению эффектив­ ности применения карбидохромовых сплавов с целью упрочнения деталей металлургического оборудования, в

119

■частности засьшных аппаратов доменных печей, была организация изготовления .карбидохромовых электродов. Карбидохромовые изделия изготовляются из порошков ■путем прессования в прессформах с последующим спе­ канием.

К электродам для наплавки деталей металлургичес­ кого оборудования -предъявляются особенно высокие требования. Сплав, нанесенный такими электродами, должен быть устойчив к абразивным воздействиям при высоких температурах и тазовой эрозии, а также обла­ дать хорошей окалиностойкостыо, не разрушаясь под воздействием ударных нагрузок.

Свойства твердых сплавов, в частности твердость, зависят в основном от свойств входящих в их состав карбидов.

Исследования проводили по выбору наиболее опти­ мального состава сплавов на основе карбида хрома, в виде электродных стержней, на основе боридов в смеси с другими тугоплавкими соединениями, в виде электро­ дов с легирующими покрытиями.

Испытанию подвергали металлокерамические стерж­

испытывали в виде легирующих компонентов в составе покрытия стержней из стальной проволоки Св-08 (ГОСТ 2246—70) диаметром 4 мм.

Испытанию подвергали три вида электродов, содер­ жащих в покрытии: титанонбюридную смесь ТБК-1 и ТБК-2; гитано-боридную смесь и карбиды хрома ТБКХ-10 и ТБКХ-ЮГ; титано-боридную смесь и солицид молибдена ТБС-1 и ТБС-2.

В целях определения оптимального состава матери­ алов и технологических режимов наплавки исследуемые сплавы подвергали:

1) лабораторным испытаниям на изнашиваемость (на установке Х4-5) .и на твердость при различных тем­ пературах;

120