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

Исследуемые сплавы в сопоставлении с твердыми спла­ вами 'промышленного типа имеют высокую сопротивля­ емость абразивному истиранию и более высокую твер­ дость даже при 500°С.

Показательно то, что оплав ГК-15 сохраняет посто- я’нную твердость 56 H R C при 20 и 500°С.

Для выбора способов оптимальной технологии нап­ лавки, обеспечивающих однородный химический и структурный состав сплава с заданными физико-меха­ ническими свойствами, исследования проводили в трех направлениях:

выбор оптимальных параметров режима наплавки; определение максимальной толщины наплавленного слоя и химического состава подслоя, способству­ ющего образованию износостойкой структуры пере­ ходной зоны наплавки; изучение влияния предварительного и сопутствующе­

го подогрева наплавляемых изделий на свойства наплавленного слоя.

Наплавку осуществляли электродуговым способом постоянным током от сварочного генератора ПМС-1000 и переменным током от сварочного трансформатора. Ис-, следования показали, что для карбидохромовых сплавов, при диаметре электрода 7—8 мм наиболее оптимальным является режим наплавки постоянным током обратной' полярности силой 200—220 А. В этом случае коэффици­ ент потерь несколько меньше, а наплавленный слой ха­ рактеризуется удовлетворительным оплавлением и пони­ женной хрупкостью. Для боридных сплавов оптималь­ ным является ток силой 160—180 А.

Основным дефектом при наплавке исследуемых сплавов на образцы и детали оборудования долгое вре­ мя было отслаивание наплавленного слоя от основного металла или его выкрошивание. Для выяснения причин дефекта были проведены исследования микроструктуры сплавов с различной толщиной слон, наплавленного на соответствующий подслой наплавки. Материал подслоя был выбран из сплавов промышленного типа с аустенит­ ной структурой: электроды ОЗЛ-2, ОЗЛ-14 и НИАТ-5,, сплав сормайт № 1 и ПП-ЗХ2В8.

Исследованиями установлено, что при наплавке на: подслой из стали аустенитного типа и на сплав сормайт № 1 образуются высокоизносостойкая структура кар­ бидного класса. '

1 2 1

При этом толщина наплавленного карбндохроМО-

1)атмосферные клапаны и малые конусы засыпных аппаратов доменных печей;

2)молотки молотковых дробилок.

Повышение стойкости атмосферных, клапанов

Для производственных испытаний на доменной печи полезным объемом 1386 im3 были установлены два кла­ пана с наплавкой контактных поверхностей крышки и седла карбидохромовым сплавом ГК-15 и оплавом сормайт № 1. Клапаны работали в одинаковом режиме. После 5 мес. работы клапаны подвергли осмотру. Седло и крышка клапана, упрочненные сплавом сормайт № 1, вышли из строя полностью. Контактные поверхности седл.а и крышки клапана, наплавленные сплавом ГК-15, имели равномерный износ, что не снижало их работо­ способности. Этот клапан проработал 11 мес. 16 дней и был заменен новым вследствие сквозных продувов в крышке. Седло опытного клапана таких продувов не имело.

Дальнейшие иопытания показали, что стойкость кла­ панов, упрочненных сплавом (ГК-15, в 3—4 раза выше по сравнению со стойкостью клапанов, наплавленных сплавом сормайт № 1. Это позволило предприятию пол­ ностью перейти на наплавку клапанов карбидохромовым оплавом и получить только на одной печи годовую эко­ номию в сумме 2160 руб.

Повышение стойкости малых конусов

В связи с тем что при наплавке карбидохромовым сплавом оптимальная толщина слоя не превышает 3 мм, может возникнуть опасность снятия износостойкого слоя при шлифовке. Во избежание этого наплавку про­ изводят на подслой, что позволяет получить заданную структуру по всей толщине наплавленного слоя. Техно­ логический режим наплавки должен применяться такой, при котором достигается образование ровной поверх­

122

А-384 и сварочный преобрааователь ПСМ-1000. Наплав­ ку выше контактной поверхности производили порошио*- вой проволокой типа ЗХ2В8 механизированным спосо­ бом в два слоя током силой 520—560 А, при скорости ■подачи проволоки 123 м/ч. Толщина наплавленного слоя за один проход составляла 2 мм. Для получения ровной, без наплывов, поверхности наплавки контактной повер­ хности конуса манипулятор устанавливали таким обра­ зом, чтобы образующая конуса находилась в горизон­ тальном положении. Такая установка конуса позволила произвести наплавку сплава ГК-15 ручным способом, качественно, без наплывов.

Чтобы установить влияние подслоя на износостой­ кость наплавленного слои, наплавку малых конусов про­ изводили несколькими способами:

наплавкой на контактную поверхность конуса спла­ ва ГК-15 без подслоя;

наплавкой на контактную поверхность конуса иссле­ дуемого сплава с подслоем, нанесенным электродами НИАТ-5 (сталь типа Х20Н15) и порошковой проволокой ПП-ЗХ2В8.

Н а п л а в к а с п л а в о м ГК-15 на к о нт р а к т ну ю п о в е р х н о с т ь к о н у с а без п о д с л о я . Особенность этого способа наплавки поверхности малого конуса зак­ лючается в следующем: сплав ГК-15 наносят по коль­ цу шириной 110 мм средней части контактной поверх­ ности конуса. Ширина контактной .поверхности воронки составляет 80 мм. Часть контактной поверхности конуса выше и ниже полосы сплава ГК-15 наплавляют сплавом оормайт № 1. Наплавка производится без предвари­ тельного и сопутствующего .подогрева. Толщина нап­ лавленного слоя после шлифовки составляла 1 —1,5 мм. Конус был установлен на доменной печи полезным объ­ емом 2000 м3. Через 5 мес. эксплуатации было установ­ лено, что та часть контактной поверхности, которая бы­ ла наплавлена сплавом ГК-15, следов износа не имела. Контактная поверхность, наплавленная сплавом сормайт № 1, имела значительный износ. Продолжить дальнейшие наблюдения за стойкостью тонуса возмож­ ности не было ввиду полной замены загрузочного уст­

123

9466—60 с толщиной слоя 3—4 мм. После наплавки на контактную поверхность первого и второго слоев произ­ водили проточку каждого слоя до толщины 2 мм..

Наплавку производили без предварительного и со­ путствующего подогрева. Поверх подслоя вЪя контакт­ ная .поверхность конуса (шириной 200 мм) была нап­ лавлена сплавом ГК-15.

Опытный малый конус был установлен на доменной печи полезным объемом 1719 м3.

Осмотром, произведенным через 10 мес. эксплуата­ ции конуса, т. е. до полной замены загрузочного устрой­ ства этой печи но ранее утвержденному графику, был установлен лишь незначительный износ верхней части контактной поверхности.

Н а п л а в к а с п л а в о м Г К-15 на к о н т а к т н у ю п о в е р х н о с т ь к о н у с а по п р е д в а р и т е л ь н о н а ­ н е с е н н о м у с ло ю 3 X2 В 8. В связи с тем что наплавйа порошковой проволокой ПП-ЗХ2В8 без подогрева дает значительные трещины, что .может быть причиной образования трещин в сплаве ГК-15, необходимо было

и первоначально механизированным способом произво­ дили наплавку поверхности конуса, примыкающей к контактной. При этом конус за счет тепловой энергии наплавки нагревали до 150—170°С. Лишь после этопо ■производили наплавку порошковой проволокой на кон­ тактную поверхность конуса. При этом трещин в нап­ лавленном слое не было. Затем производили проточку контактной поверхности 'конуса под наплавкусплавом ГК-15. После наплавки сплавом ГК-15 и его проточки конус был установлен для испытаний на доменную печь полезным, объемом 2000 м3. Осмотром, произведенным через 5 мес. эксплуатации конуса, следов износа кон­ тактной поверхности не было обнаружено, в то время

1 2 4

как срок службы конусов, наплавленных сплавом сормайт № 1, обычно не превышает 5—6 мес. Через 1,5 мес. после осмотра .конус был снят ввиду полной замены за­ грузочного устройства -по графику ремонта печи.

Таким образом, результаты лабораторных исследо­ ваний и производственных испытаний показали, что при­ менение карбидохромовых сплавов для наплавки малых конусов засыпных а,шпарите® доменных печей обеспечи­ вает более высокую стойкость их поверхностей по срав­ нению со сплавом сормайт № 1.

Повышение стойкости молотков молотковых дробилок

Стойкость молотков молотковых дробилок, наплав­ ленных проволокой марки ЗОХГСА, в зависимости от материала, подвергающегося дроблению, колеблется в пределах от 15 до 45 суток.

Расход металла для изготовления молотков, наплав­ ленных проволокой ЗОХГСА, колеблется в пределах пт 0,005 до 0,1 кг на 1 т дробленого материала:

С целью повышения износостойкости молотков было проведено сравнительное исследование стойкости мо­ лотков, наплавленных различными износостойкими ма­ териалами. Заготовкой для молотков служили поковки из стали Ст.5. Толщина наплавленного слоя 5—7 мм.

Испытания проводились на трех однотипных дробил­ ках (по 115 молотков в каждой). Диаметр ротора дро­ билки 1450 мм, число оборотов 740 в минуту, полезная ширина ротора 1300 мм. При размере дробильного ма­ териала до 80 мм, а готового продукта 0,3 мм средняя производительность дробилки составляет 120 т/ч. Для замены комплекта молотков дробилку останавливают на 6—7 ч, что соответствует потери 720—840 т помола известняка.

Для производственных испытаний на ротор каждой дробилки было установлено 16 опытных молотков, из ко­ торых каждая пара наплавлялась другим сплавом, и 99 молотков, упрочненных наплавкой, порошковой про­ волокой марки У25Х17Т-0.

Износ молотков, наплавленных опытными сплавами, сопоставлялся с износом молотков двух других дроби­ лок, наплавленных проволокой ЗОХГСА (под флюсом АН-348А).

Износ молотков, наплавленных тугоплавкими сплава­ ми, оказался значительно ниже и в среднем составил

125

0,007 кг, а Молотков, наплавленных проволокой ЗОХГСА, 0,039 кг на 1 т помола. Данные об удельном износе мо­ лотков и эффективности применения наплавки туго­ плавкими сплавами различных марок приведены в табл. 22.

Т а б л и ц а 22

Эффективности применения сплавов для наплавки молотков дробилок

■* После 15 суток работы молотки заменены вследствие износа.

Молотки, покрытые сталью ЗОХГСА, вследствие изно­ са после 15 суток работы были заменены новыми. Э ф ф ек ­ тивность применения тугоплавких сплавов даже при про­ ведении экспериментальных работ, что удорожает их стоимость, оказалась в несколько раз выше, чем сплавов промышленного типа. В течение 74 рабочих суток сред­ няя выработка помола известняка на 1 г износа молот­ ков при покрытии их наплавочными материалами, содер­ жащими титано-боридную' смесь и карбиды хрома (ТБКХ-ЮГ), а также титано-боридную смесь и силицид молибдена (ТБС-1 и ТБС-2), была наиболее высокой.

Электроискровое упрочнение

Сущность способа электроискрового упрочнения сос­ тоит в том, что при искровом разряде в воздушной среде под воздействием выпрямленного пульсирующего тока

126

температура достигает весьма высоких значений (10000—11000°С). Эти мгновенные, периодически следу­ ющие друг за другом тепловые импульсы приводят к весьма глубоким преобразованиям материала электрода и детали. Поверхностный слой электрода (анода) и дета­ ли (катода) на элементарной площадке воздействия иск­ ры факела доходит до расплавления, кипения и испаре­ ния. Часть элементов, составляющих электрод, благода­ ря их полной проводимости переносится на деталь и ле­ гирует ее поверхностный слой.

Вповерхностном слое детали в момент его разогрева

ирасплавления происходит диффузия перенесенных эле­ ментов электрода и азота воздуха. Азот, попадая в сталь, образует нитриды и карбонитриды. При каждом разряде площадь поверхности, подвергаемой тепловому воздейст­ вию, чрезвычайно мала, что повышает скорости нагрева

иохлаждения элементарных участков обрабатываемой детали до величин, которые не могут быть достигнуты при современной технике термической обработки. Это приводит к образованию в поверхностных слоях детали закалочных структур. Благоприятное сочетание зака­ лочных структур и твердых вкраплений (микроструктурных карбидов, нитридов и карбонитридов) придает поверхностному слою детали чрезвычайно высокую из­ носоустойчивость.

На предприятиях машиностроения электроискро­ вое упрочнение быстроизнашнвающихся деталей произ­ водится преимущественно контактным способом при по­ мощи специальных электроискровых аппаратов, снаб­ женных ручными вибраторами. Между укрепленным в вибраторе электродом и упрочняемым изделием под дей­ ствием пульсирующего тока возбуждается искровой раз­ ряд, посредством которого происходит перенос материа­ ла электрода на катод.

Электрический режим весьма существенно влияет на интенсивность упрочнения и качество получаемой по­ верхности детали. Повышение мощности тока ведет к увеличению интенсивности разряда, что увеличивает количество элементов, переносимых упрочняющим элек­ тродом, а также более глубоким преобразованиям в уп­ рочняемой поверхности детали и слое упрочнения. На.ос­ новании опытных данных установлена прямая зависи­ м ое глубины упрочненного слоя и обратная зависимость его твердости от мощности тока, при котором произвол

127

дится упрочнение. С увеличением мощности глубина уп­ рочненного слоя увеличивается, а его твердость понижа^ ется.

Качество упрочненного слоя зависит также от соста­ ва электродов. Для упрочнения деталей машин в качест­ ве электродов применяют феррохром с содержанием 70— 80% Сг и твердые сплавы.

Электроискровой метод с успехом может быть при­ менен для упрочнения режущего инструмента различных видов, а также запасных частей и деталей машин, рабо­ тающих на износ, в том числе: всего камнеметаллорежущего, бурового и деревообрабатывающего инструмента; буровых долот; лопаток турбин; крыльчатки дробеструй­ ных аппаратов; лопастей бетономешалок; металлических литейных моделей; стержневых ящиков опок; бандажей колесных пар локомотивов и вагонов; станин металло­ режущих станков; шеек коленчатых валов и т. д-

При обработке тел вращения (шейки коленчатых ва­ лов, бандажи колесных пар и др.) процесс упрочнения можно механизировать путем их обработки на токарных станках. Вибратор может быть укреплен на суппорте станка с использованием его продольной и поперечной подачи.

На аппарате ИАС-2м конструкции ЦНИИТМАШа можно производить упрочнение и восстановление разме­ ров изношенных деталей с величиной износа до 1 мм.

При необходимости точной пригонки деталей упроч­ ненный слой можно шлифовать (на всех режимах, кро­ ме первого).

Обычно шлифовке подвергают детали при механизи­ рованном способе упрочнения. Элетроискровая шли­ фовка производится тем же вибратором с измененной полярностью электродов. Окружная скорость вращения детали при шлифовке увеличивается на 5—6 см/мин.

Заслуживает внимания опыт ЦНИИТМАШа по уп­ рочнению ручьев стальных валков шаропрокатных ста­ нов. Валки предварительно подвергали термообработке на твердость до 50 HRC. Стойкость валков после элект­ роискрового упрочнения увеличилась в трех — пяти­ кратном размере по сравнению с валками, прошедшими термическую обработку.

Для упрочнения валков применялись электроды из феррохрома с содержанием 75% Сг. Валки обычно упроч­ няют механизированным способом при скорости подачи

123

электродов 4 мм/об и с окружной скоростью упрочнения детали 500—600 мм/мин. Производительность процесса составляет 20—25 см2/мин.

Упрочнение на аппарате ИАС-2м следует производить на четвертом — шестом режимах с использованием ра­ бочего тока силой 100—150А. При этом упрочненная поверхность может быть получена 3—4-го класса чис­ тоты по ГОСТ 2789—59.

Значительный экономический эффект дает примене­ ние электроискрового способа для упрочнения лопаток

для них обычные методы упрочнения — наплавку или за­ калку вследствие получающегося коробления деталей. В то же время значительная трудоемкость замены лопаток и балансировки ротора обусловливает необходимость увеличения сроков их службы.

Впервые электроискровое упрочнение лопаток агло­ мерационных эксгаустеров в черной металлургии осуще­ ствлялось на аппарате ЦНИИТМАШа типа ИАС-2м*.

Упрочнение лопаток производилось на четвертом ре­ жиме твердым сплавом марки Т15К.6. Перед упрочнени­ ем рабочие поверхности лопаток подвергались глубокой шлифовке ручным наждачным кругом. Процесс упрочне­ ния происходил следующим образом: в держатель виб­ ратора вставляли пластину твердого сплава и после включения тока оператор возвратно-поступательными движениями проводил пластинкой по рабочей поверхно­ сти деталей. Под воздействием искровых разрядов меж­ ду электродом (анодом) и катодом (деталью) на по­ верхности лопаток откладывается слой упрочненного металла.

Ввиду небольшой производительности аппарата при работе на четвертом режиме (около 3 см2/мин) процесс упрочнения оказался довольно длительным. Упрочнению подверглись четыре лопатки. При внешнем осмотре их упрочненной поверхности трещин не было обнаружено, рельеф поверхности оказался грубым, ярко выражен­ ным. Кроме того, в упрочненном слое имелись пропуски.

Из упрочненных лопаток были вырезаны два образ­ ца, которые подвергли микроанализу и замерам микро­

* Работы проведены под руководством автора.

129

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):

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 ­

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