Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
#1. 621.791.927.5.
#2. кандидат наук.
#3. технічні.
#4. 05.03.06.
#5. Зварювання и споріднені технології.
#6.1. електрична ерозія, бронза, порошкові електроди, електропровідність, технологія.
#6.2. электрическая эрозия, бронза, порошковые электроды, электропроводность, технология.
#6.3. electrical erosion, bronze, powder electrodes, elecrtoconductivity, technology.
#7. Розробка електродного матеріалу і технології механізованого наплавлення електроерозійностійкого сплаву.
#8. Приазовський державний технічний університет.
#9. Маріуполь, 1999.
#10. Алістратов Валерій Миколайович.
#11. 1964.
#12. Чоловіча.
#13. Кафедра “Металургія і технологія зварювального виробництва” Приазовського державного технічного університету, ассистент.
#14.1. Алістратов В.М. Розробка електродного матеріалу і технології наплавлення електроерозійностійкого сплаву. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.03.06 – зварювання і споріднені технології. – Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти України, Маріуполь, 1999 р.
Дисертація присвячена питанню розробки економнолегованого електродного матеріалу і технології механізованого наплавлення електроерозійностійкого сплаву. В роботі розроблені установка і методика випробувань на електроерозійний знос. Досліджено вплив складу і структури мідного сплаву на електроерозійну стійкість, електропровідність і механічні властивості. Розроблений склад порошкового електрода, забезпечуючий наплавлення хромо-залізної бронзи зміцненої сигма-фазою. Проведені порівняльні випробування наплавлювального матеріалу з композиційними матеріалами, які у своєму складі мають до 15 % (за обсягом) карбідної фази таких систем: мідь-карбід хрому, мідь-карбід молібдену, мідь-карбід вольфраму. Проведені дослідження впливу режиму наплавлювання на продуктивність і санітарно-гігієнічні умови дозволили оптимізувати їх. Розроблений електродний матеріал і технологія механізованого наплавлення знайшли застосування в умовах металургійних і машинобудівних підприємств України.
#14.2. Алистратов В.Н. Разработка электродного материала и технологи механизированной наплавки электроэрозионностойкого сплава. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 – сварка и родственные технологии. – Приазовский государственный технический университет Министерства образования Украины, Мариуполь, 1999 г.
Диссертация посвящена вопросу разработки экономнолегированного электродного материала и технологии механизированной наплавки электроэрозионностойкого сплава. Повышение производительности электрических дуговых печей 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. Эффективным средством повышения стойкости является наплавка электроэрозионностойкого сплава на поверхность медных контактных щек при помощи порошковых лент. На основе анализа существующих методик испытаний на электроэрозионный износ и реальных условий работы контактных щек электрододержателей разработана конструкция испытательной установки позволяющая производить испытания образцов в близких к реальным условиях. При исследовании влияния параметров режима испытаний на электроэрозионный износ установлено, что величина износа в наибольшей степени зависит от величины силы тока и частоты коротких замыканий, причем зависимость в обоих случаях имеет экспоненциальный характер. В работе исследовано влияние состава и структуры медного сплава на электроэрозионную стойкость, электропроводность и механические свойства. Разработан состав порошкового электрода содержащий комплексно-легированную лигатуру ПГ-Л101 в качестве легирующего компонента, который позволяет получить наплавленный металл в виде хромо-железной бронзы содержащей сигма-фазу (интерметаллид CrFe), обеспечивающий получение наплавленного слоя с электроэрозионной стойкостью в 1,7 раза превышающей стойкость меди и электропроводностью на уровне 79% относительно меди. Исследовано влияние введения в шихту порошковой ленты мрамаора на торможение кремнийвосстановительного процесса на стадии капли. Установлено, что введение в шихту порошковой ленты 3-4% мрамора (при коэффициенте заполнения равном 30%) позволяет снизить содержание кремния, что приводит к увеличению электропроводности наплавленного металла. С целью определения уровня свойств разработанного экономнолегированного наплавочного материала проведены сравнительные испытания с композиционными материалами содержащими до 15% (по объему) карбидной фазы следующих систем: медь-карбид хрома, медь-карбид молибдена, медь-карбид вольфрама. При разработке композиционных наплавочных материалов оценивались сварочно-технологические свойства, электроэрозионная стойкость, электропроводность. Установлено, что электроэрозионная стойкость и электропроводность растет в ряду: Cu-Cr3C2, Cu-Mo2C и Cu-WC. Разработанный состав порошковой ленты, с использованием механической смеси хрома и углерода, обеспечивает более стабильные сварочно-технологические свойства и равномерное распределение карбида хрома Cr3C2 в металле шва, по сравнению с составом содержащим карбид хрома Cr3C2. Проведена оценка санитарно-гигиенических условий при наплавке. Установлена зависимость валовых выделений пыли и газов от режимов наплавки. Определяющей вредностью при наплавке являются выделения фторидов. 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. Разработана порошковая лента ПЛ-МН-1 и технология наплавки контактных поверхностей электрододержателей, которая позволила увеличить стойкость наплавленного металла в условиях электроэрозионного износа в 1,5-2,0 раза. Разработанный электродный материал и технология механизированной наплавки нашли применение в условиях металлургических и машиностроительных предприятий Украины.
#14.3. Alistratov V. N. Development of electrode material and design for mechanized surfacing of electroerosion-resistant alloy. - Manuscript.
The thesis for academic degree of Candidate of Technical Sciens in speciality 05.03.06. – Welding and related techniques. – Pryazovskyi State Technical University. – Ministry of Education of Ukraine, Mariupol, 1999
The dissertation deals with the problem of developing economically-alloyed electrode material and process design for mechanized surfacing of electroerosian-resistant alloy. In the course of this work the facility and the methodology for electroerosian-resistant tests have been elaborated and are proposed. The effect of the composition and the structure of copper alloy on electroerosian resistance, electroconductivity and mechanical properties have been investigated. The composition of powder electrode providing for surfacing the chrome-iron bronze reinforced by sigma phase was developed. Parallel testing of surfacing material and composite materials containing to 15 % (in volume) of carbide phase of the following systems: copper-carbide of chrome, copper-carbide of molybdenum, copper-carbide of tungsten were conducted. Investigation into the effect of the surfacing mode on productivity and hygiene condition allowed to optimize them. The developed electrode material and the process design for mechanized surfacing found an application in metallurgical and machine-engineering factories in Ukraine.
#15. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
У світовій практиці спостерігається тенденція випуску сталі в електричних дугових печах, що пояснюється її високою якістю, а також цілою низкою переваг електроплавлення у порівнянні з іншими способами отримання сталі. Зростання виробництва досягається як за рахунок будівництва нових агрегатів, так і за рахунок підвищення продуктивності існуючих. Підвищення продуктивності стримується низькою довговічністю окремих елементів печі.
В найважчих умовах працюють контактні щоки електродотримача дугової сталеплавильної печі, причому наявність електроерозійного зносу на їх поверхні є однією з головних причин виходу їх з ладу. Не дивлячись на постійне удосконалення, працюючі на сьогоднішній день конструкції електродотримачів не забезпечують повного усунення причин електроерозійного зносу.
Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є нанесення на поверхню контактної щоки електроерозійностійкого шару наплавленням.
Актуальність теми. На даний час для наплавки міді і її сплавів можуть бути застосовані різні способи. Газове, ручне дугове, напівавтоматичне електродугове наплавлення у захисних газах характеризується невисокою продуктивністю, важкими умовами праці. Автоматичне електродугове наплавлення порошковими стрічками має певні переваги: високу продуктивність, не такі важкі умови праці, стабільно високу якість наплавленого металу. Одначе вплив складу і структури наплавлених мідних сплавів на електроерозійну стійкість вивчені недостатньо.
В зв’язку з цим можна констатувати, що подальші дослідження, спрямовані на розробку електроерозійностійкого наплавлювального матеріалу і технології механізованого електродугового наплавлення, є актуальним завданням.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на основі програми НДР і ОКР ПДТУ на 1992-1997 р.
Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка економнолегованого електродного матеріалу і технології механізованого наплавлення, забезпечуючих підвищення якості наплавленого металу і стійкість деталей, працюючих в умовах електроерозійного зносу.
Для вирішення цієї мети у роботі були поставлені такі завдання:
розробити випробувальну установку і методику оцінки електроерозійної стійкості матеріалів;
дослідити вплив складу і структури мідних сплавів на електроерозійну стійкість, електропровідність і механічні властивості з метою вибору оптимального складу для наплавки;
розробити наплавлювальний матеріал з високими технологічними і техніко-економічними характеристиками під час процесу наплавлення і в період експлуатації;
за результатами досліджень і теоретичних висновків розробити технологічні рекомендації по наплавленню мідних контактних щік;
провести промислові випробування і впровадження результатів досліджень.
Наукова новизна отриманих результатів. Розроблен склад порошкового електрода на основі міді, використовуючий комплексно-леговану лігатуру ПГ-Л101, як легуючий компонент (вміст хрому і заліза у відношенні 1,8 – 2,0) в осерді порошкового електрода, який дозволяє отримати наплавлений метал у вигляді хромо-залізної бронзи, вміщуючої сигма-фазу (інтерметалід CrFe).
Встановлено, що введення в шихту порошкової стрічки (яка має склад: комплексно–легована лігатура ПГ-Л101 – 6,0 – 6,5%, порошок алюмінєво–магнієвий ПАМ-4 – 1,9 – 2,9%, фторопласт Ф-4 – 1,7 – 1,9%, при коефіцієнті заповнення рівному 30%) мармуру 3-4% дозволяє за рахунок підвищення основності шлаку на стадії краплі практично подавити кремнійвідновлювальний процес і знизити вміст кремнію з 0,221 до 0,128%, що приводить до підвищення електропровідності наплавленого металу.
Доведена можливість наплавлення композиційних сплавів систем Cu-Cr3C2, Cu-Mo2C і Cu-WC, з вмістом тугоплавкої фази до 15 % (за об’ємом).
Встановлено, що склад порошкової стрічки з використанням механічної суміші компонентів (відношення вмісту хрому до графіту складає 3,1 – 3,3), у зв’язку з відсутністю стадії дисоціації карбіду хрому при наплавленні, забезпечує більш стабільні зварювально-технологічні властивості і рівномірний розподіл карбіду хрому Cr3C2 у металі шва, ніж склад порошкової стрічки, вміщуючий готовий карбід хрому Cr3C2.
На основі проведених досліджень визначена залежність електроерозійної стійкості композиційних наплавлювальних матеріалів від складу. Встановлено, що електроерозійна стійкість зростає у ряду : Cu-Cr3C2, Cu-Mo2C і Cu-WC.
Практичне значення отриманих результатів. Склад розробленого порошкового електрода забезпечує підвищення електроерозійної стійкості наплавленого металу більше ніж в 1,7 раза у порівнянні з міддю, при електропровідності рівній 79% від електропровідності міді.
Визначені параметри оптимального режиму наплавлення, забезпечуючого високу продуктивність, мінімальну частку основного металу у наплавленому, мінімальні виділення пилу і газів, на основі якого розроблена і випробувана технологія наплавлення контактних щік електродотримачів дугових сталеплавильних печей.
Використання наплавлювального матеріалу і технології наплавлення дозволило поліпшити якість наплавленого металу, підвищити продуктивність, покращити умови праці у порівнянні із раніше застосовуваним ручним дуговим наплавленням.
Проведена апробація наплавлювального матеріалу і технології наплавлення в умовах ВАТ “Азов” (м. Маріуполь). Запропоновані наплавлювальний матеріал і технологія наплавлення взята до впровадження.
Особистий вклад пошукувача. Автором на основі аналізу умов роботи контактних щік електродотримача розроблені установка і методика випробувань на електроерозійний знос. Автором досліджено вплив складу наплавленого матеріалу на електроерозійну стійкість і електропровідність, побудована математична модель. Автором проведені дослідження по розробці і визначенню характеристик композиційних наплавлювальних матеріалів систем: Cu-Cr3C2; Cu-Mo2C; Cu-WC. Автором досліджено вплив режиму наплавлення хромо-залізної бронзи на продуктивність і санітарно-гігієнічні умови. Розробленій автором електродний матеріал і технологія наплавлення впроваджені на ВАТ “Азов” (м. Маріуполь) за особистою участю пошукувача. Автором підтверджено очікуване підвищення стійкості контактних щік електродотримача і поліпшення умов праці у порівнянні з раніше застосованою технологією відновлення ручним дуговим наплавленням.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на Всесоюзній науковій конференції “Механіка сипучих тіл” (Одеса, 1991 рік); Всесоюзній конференції “Надтверді і композиційні матеріали і покриття, їх застосування” (Київ, 1991 рік); Регіональній науково-технічній конференції (Маріуполь, 1992 рік); III регіональній науково-технічній конференції (Маріуполь, 1995 рік); на наукових семінарах кафедр: “Металлургія и технологія зварювального виробництва” та “Обладнання і технологія зварювального виробництва” Приазовського державного технічного університету (Маріуполь 1994, 1999 р.р.).
Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 4 статті в наукових журналах, 4 тези доповідей на науково-технічних конференціях.
Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних ждерел з 132 найменувань, 1 додатку і вміщує 134 сторінки машинописного тексту, 29 малюнків, 25 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Розділ 1. Характеристика умов роботы електродотримачів дугових сталеплавильних печей і аналіз шляхів підвищення їх роботоздатності.
Контактні щоки електродотримачів дугових сталеплавильних печей зазнають комплексного впливу високих температур, агресивного газового середовища, магнітного поля високої напруги, тертя об графітований електрод і вібрації під дією електродінамічних сил, що приводить до поломок електродів і виникнення короткочасових дуг у контакті “електрод-контактна щока”. Причому наявність електродугового зносу на поверхні контактних щік електродотримача є однією з головних причин виходу їх із ладу.
Причини електродинамичних коливань електродів і спосіб їх усунення досліджені в роботах Сапко А.І., Коваль М.В., Стеценко М.В. Однаково запропоновані пристрої вимагають значних матеріальних витрат на реконструкцію, до того ж вони не забезпечують повного заглушування коливань, а лише зменшують їх амплітуду.
Одним із шляхів вирішення проблеми є нанесення на поверхню контактних щік покрить з оптимальним поєднанням електропровідності і дугостійкості.
Вивченню електроерозійного зносу, розробці електроерозійностійких матеріалів для застосування в електротехніці присвячені ціла низка робіт Минакової Р.В., Францевича І.Н., Братерської Г.М. При експлуатації електротехнічних пристроїв типу короткозамикачів і роз’єднувачів, які працюють в умовах багато в чому подібних з досліджуваними ( струмове навантаження від 10 до 1000 А), в усьому світі знаходять застосування спечені композиційні матеріали систем: Cu-W; Cu-WC; Cu-Mo; Cu-Mo2C із вмістом тугоплавкої фази до 70% (за масою), а також в останній час Cu-Cr і Cu-Cr-C.
Одначе ці матеріали є дорогими і гостродефіцитними, а методи порошкової металургії при нанесені покрить на вироби такої форми і габаритів представляються важкореалізованими.
Ефективним способом підвищення стійкості є нанесення на поверхню контактної щоки електроерозійностійкого шару наплавленням. Ручне дугове наплавлення, яке застосовується, характеризується важкими умовами праці і відсутністю наплавлювальних матеріалів, призначених для електроерозійностійкого наплавлення. Все це вказує на необхідність розробки електродного матеріалу і технології механізованого наплавлення електроерозійностійкого сплаву.
Розділ 2. Розробка методики випробувань на електроерозійний знос.
На основі аналізу умов роботи контактих щік електродотримачів і існуючих методик з дослідження електроерозійного зносу, розроблена установка імітуюча умови роботи контактних щік і методика випробувань матеріалів на електроерозійний знос.
Розроблена установка дозволяє проводити випробування з вертикальною площиною контакта, що відповідає реальним умовам експлуатації контактних щік, мати струмове навантаження до 400 А і верхню межу діапазону частот коротких замикань до 2 Гц, охолоджувати затискний патрон водою. Схема установки для електроерозійних випробувань представлена на мал.1
1 – затискний патрон; 2 – досліджуваний зразок; 3– нерухома траверса;
4 – графітова пластина; 5 – рухома траверса; 6 – джерело живлення;
7 – електромагніт; 8 – система керування электромагнітом.
Установка складається з двох основних частин: механічної і електричної. Основним складовими механічної частини є: затискний патрон 1 із доліджуваним зразком 2, закріпленим на нерухомій траверсі 3, графітова пластина 4, закріплена на рухомій траверсі 5. В електричну частину входить джерело живлення змінного струму 6, для передавання струму від нього до зразка і графітової пластини використовуються гнучкі шини. Як джерело струму застосовується зварювальний трансформатор СТШ-500. Для надання зворотно-поступального руху рухомій траверсі, а разом з нею і графітовой пластині використовується електромагніт 7. Управління електромагнітом здійснюється системою керування 8, зібраною на основі мультивібратора і дозволяючою змінювати частоту коливань рухомої траверси.
Методика проведення випробувань полягає в наступному. Зразок у вигляді циліндра діаметром 16 мм зважується на вагах в ВЛТ-1 з точністю до 0,01 г. Потім він закріплюється на тримачі таким чином, щоб забезпечувався надійний контакт у парі “зразок – графітова пластина”. При виникненні коливального процесу підводиться напруга від джерела живлення і засікається час початку випробувань. Після закінчення часу випробувань зразок виймається із тримача і проводиться його повторне зважування з тією ж точністю. Різниця у вазі до і після випробувань дає кількісну характеристику електроерозійної стійкості випробуваного матеріалу.
Для вибору оптимальних параметрів випробувань проведені дослідження по визначенню впливу сили струму короткого замикання в діапазоні від 220 до 400 А, тривалості випробувань в діапазоні від 90 до 300 с, частоти коротких замикань в діапазоні від 0,70 до 1,90 Гц на величину зносу зразків, при водяному охолодженні (витрати води 1,6510-5 м3/с).
При дослідженні впливу параметрів режиму випробувань на електроерозійний знос встановлено, що величина зносу в найбільшій мірі залежить від величини сили струму і частоти коротких замикань, причому залежність у обох випадках має експоненціальний характер.
Отримані результати оброблені методом регресивного аналізу з використанням обчислювальної техніки. Рівняння множинної регресії для величини зносу в залежності від сили струму короткого замикання, тривалості випробувань і частоти коротких замикань представлені у вигляді рівнянь 1-3.
(1)
де М – величина зносу, г; I – сила струму, А.
(2)
де М – величина зносу, г; – тривалість випробувань, с.
(3)
де М – величина зносу, г; f – частота коротких замикань, Гц.
Таким чином режим випробувань: сила струму короткого замикання – 300 А, частота коротких замикань – 1,7 Гц, тривалість випробувань – 300 с.
Розділ 3. Розробка складу наплавлювального матеріалу.
Вимоги, що пред’являються до матеріалів, які використовуються для наплавлення поверхні контактних щік: висока електропровідність, дугостійкість, жаростійкість і жароміцність. В найбільшій мірі їм відповідають мідні сплави, зміцнені дисперсними виділеннями надлишкових фаз – типу сигма-фази (інтерметаліду CrFe).
На основі аналізу способів наплавлення мідних сплавів рекомендована наплавка порошковим стрічковим електродом під флюсом.
Виходячи з того, що введення комплексно-легованих лігатур до складу шихти електродних матеріалів підвищує хімічну однородність розподілу елементів у наплавленому металі, знижує тріщиноутворення і утворення шлакових включень, був проаналізований склад лігатур, що випускається промисловістю. Оптимальним є використання лігатури ПГ-Л101, співвідношення отримання заліза і хрому в якій (1,8 – 2,0) робить високою вірогідність утворення інтерметаліду CrFe у мідній матриці.
Для введення активних розкислювачів був використаний порошок алюмінієво-магнієвий марки ПАМ-4, як засіб видалення водню із зварювальної ванни використовувався фторопласт Ф-4. Матеріал оболонки – мідь М1.
У зв’язку з наявністю у складі шихти комплексно-легованої лігатури ПГ-Л101, а також алюмінієво-магнієвого порошка, за вхідні параметри приймаємо: Х1 – сумарний вміст хрому, заліза, нікелю, марганцю, кремнію, а також вуглецю ( який переходить у сплав із лігатуры), в зразках (в % мас); Х2 – сумарний вміст алюмінію і магнію у зразках (в % мас); Х3 – вміст вуглецю (який переходить у сплав іх фторопласту) в зразках (в % мас). При цьому за нижній рівень береться: сумарний вміст елементів, що вносяться комплексно-легованою лігатурою – 0,70 %; сумарний вміст алюмінію і магнію – 0,18 %; вміст вуглецю, що вноситься фторопластом – 0,01 %. За верхній рівень взяті: сумарний вміст, що вносяться комплексно-легованою лігатурою – 1,65 %; сумарний вміст алюмінію і магнію – 0,73 ; вміст вуглецю, що вноситься фторопластом – 0,03%.
За вихідні параметри взяті: показник відносної електроерозійної стійкості –ПС і електропровідність наплавленого металу віднесена до електропровідності міді – (% до міді).
Показник відносної електроерозійної стійкості визначається за формулою 4
|
(4) |
де – втрата об’єму мідного зразка при випробуванні;
– втрата об’єму наплавленого зразка при випробуванні .
У випадку випробування наплавлених матеріалів, які в незначній мірі відрізняються від міді питомими вагами, можливе використання у якості показника відносної стійкості – відношення втрати ваги мідного зразка під час процесу випробувань до втрат ваги наплавленого при однакових умовах випробувань.
При виготовленні двозамкової стрічки на стані ОБ-765 величина зусилля обтискування відповідала 15 кН.
Наплавлення проводились на апараті АДФ-1004 з джерелом живлення ВДУ-1201. Проводилась наплавка пластин із міді М1 під флюсом АН-20П на режимі Iн=600650, Uд = 3032 В, Vн = 15 м/г, виліт електрода - 70 мм, струм постійний, полярність зворотна.
Наплавка проводилась в один і два шари. Температура попереднього підігрівання у печі 500С на протязі 30 хв.
Визначення механічних характеристик проводилось за стандартними методиками, жароміцність оцінювали за методою одногодинної гарячої твердості при температурі 500°С і 700°С.
Замірювання електроопору зразків проводили методом непрямих вимірювань на мостовій установці У309 за схемою подвійного моста. Отримані результати перераховувались у значення електропровідності відносно електропровідності міді.
За допомогою кореляційно-регресивного аналізу проведена математична обробка результатів експерименту. Отримані лінійні моделі:
|
(5) |
||
|
(6) |
Дослідженнями встановлено, що оптимальним поєднанням електроерозійної стійкості (Пс>1,7) і електропровідності відносно електропровідності міді (=63%) володіє сплав такого складу: Cr – 0,630%, Fe – 0,411%, Mn – 0,093%, Ni – 0,082%, Si – 0,221%, C – 0,080%, Al – 0,203%, Mg – 0,182%, отримуваний при використанні порошкової стрічки, шихта якої вміщувала лігатури ПГ-Л101 – 6,5%; порошка алюмінієво-магнієвого ПАМ-4 – 2,1%; фторопласту Ф-4 – 1,9%. Даний склад принятий за основу для подальших досліджень.
З метою визначення рівня властивостей розробленого економнолегованого наплавлювального матеріалу викликає інтерес порівняння його характеристик з наплавлювальними матеріалами на основі міді і карбідів хрому, молібдену, вольфраму, а також міді і хрому.
Виходячи з того, що одним із основних критеріїв є висока електропровідність, розрахунок складу порошкових стрічок для наплавки композиційних матеріалів проводився з розрахунку отримання у першому наплавленому шарі об’ємного вмісту карбідної фази – біля 15%.
Для отримання в наплавленому шарі карбіду хрому у мідній матриці використовувались стрічки двох складів: стрічка, що вміщувала карбід хрому Cr3C2, і стрічка, що вміщувала суміш хрому і графіту.
Для визначення впливу вмісту хрому на властивості бронзи досліджувались порошкові стрічки, які дозволяли наплавити метал типу Бр.Х1, а також сплав міді із підвищеним вмістом хрому (до 15% за об’ємом).
Наплавлення виконувалось на пластині із міді М1 розміром 25010020 мм, при наплавленні використовувався флюс АН-20П. Режим наплавки: I=600650 А, UД=30-32 В, VН=15м/г, виліт електрода – 70 мм, струм постійний, полярність зворотна. Температура попереднього підігрівання 500С. Після наплавки кожного з двох шарів робилась витримка у печі при температурі 500С на протязі 30 хв.
Проводилась оцінка технологічних характеристик наплавлювальних матеріалів, визначення хімічного складу, металографічні дослідження, а також рентгеноструктурний аналіз на рентгенівському дифрактометрі УРС-50КМ.
В зв’зку з тим, що розроблений склад порошкової стрічки з використанням механічної суміші компонентів (відношення вмісту хрому до графіту складає 3,1 – 3,3) забезпечує більш стабільні зварювально-технологічні властивості і рівномірний розподіл карбіду хрому Cr3C2 у металі шва, ніж склад порошкової стрічки, вміщуючий карбід Cr3C2, то далі дослідження проводились з його використанням.
Результати досліджень представлені на мал.2 у вигляді електропровідності наплавленого металу відносно електропровідності міді М1 і відносної елекроерозійної стійкості.
Мал.2 Діаграма відносної електроерозійної стійкості і електропровідності наплавлених матеріалів віднесеної до електропровідності міді: 1 – Бр.ХЖ; 2 – Бр.Х1; 3 – Бр.ХК10-1; 4 – Cu+6%Cr3C2; 5 – Cu+15%Mo2C; 6 – Cu+24%WC
У досліджуваних композиційних сплавів на основі міді електроерозійно стійкість зростає у ряді: мідь-карбід хрому, мідь-карбід молібдену, мідь-карбід вольфраму. Зростання дугогасильних властивостей у ряду пояснюється підвищенням температури плавлення і кипіння тугоплавкої фази, різним впливом продуктів ерозії на стабільність дугового процесу. Представляє інтерес система мідь-карбід хрому – низький рівень електропровідності пояснюється значною кількістю кремнію, а також вільним хромом.
Електроерозійна стійкість і електропровідність розробленого матеріалу співставляється з характеристиками композиційних матеріалів.
Для підвищення електропровідності наплавленого матеріалу типу хромо-залізної бронзи, досліджувався вплив добавок мармуру на гальмування кремнійвідновлювального процесу із флюсу.
З метою визначення оптимального вмісту мармуру на основі розробленого порошкового електрода була розроблена серія порошкових стрічок, у шихті яких вміст мармуру складав 1-8%, коефіцієнт заповнення при цьому був 30%.
Встановлено, що введення у шихту порошкової стрічки 3-4% мармуру (при коефіцієнті заповнення рівному 30%) дозволяє за рахунок підвищення основності шлаку на стадії краплі практично загальмувати кремнійвідновлювальний процес і знизити вміст кремнію від 0,221 до 0,128%, що приводить до підвищення електропровідності міді при незначному зростанні електроерозійної стійкості. Збільшення вмісту мармуру до 5-8% приводить до погіршення формування наплавленого металу, відокремлюваність шлакової корки задовільна. При вмісті мармуру 6 % в наплавленому металі з’являються поодинокі дрібні пори
З метою підвищення електроерозійної стійкості досліджувався вплив підвищеного вмісту хрому. Була виготовлена серія порошкових стрічок, у шихті яких додатково вміщувалось 0,5-3,0% порошку хрому марки Х99А.
Результати досліджень показали, що збільшення вмісту хрому з 0,630 до 1,174% в хромо-залізній бронзі призводить до збільшення міцнісних характеристик наплавленого металу при нормальній і підвищених температурах (межа міцності В=540 МПа, а твердість HB=86 кгс/мм2, одногодинна гаряча твердість при 500С HB1500=55 кгс/мм2). Однаково, незначне зростання електроерозійної стійкості (Пс=1,83) при значному зниженні електропровідності (=68%) робить підвищення вмісту хрому недоцільним.
Таким чином шихта розробленого порошкового електрода (при Кз=30%) має такий склад: лігатура ПГ-Л101 – 6,0 – 6,5%; порошок алюмінієво-магнієвий ПАМ-4 – 1,9 – 2,1%; фторопласт Ф-4 – 1,7 – 1,9%; мармур – 3,0 – 4,0%. Даний склад забезпечує у першому наплавленому шарі електроерозійну стійкість у 1,7 раза перевищуючу стійкість міді і електропровідність на рівні 79% відносно міді при таких механічних властивостях: В=530 МПа, HB=81 кгс/мм2, 5=15%, HB1500=52 кгс/мм2, HB1700=19 кгс/мм2.
Проводилось дослідження мікроструктури, фазового складу і розподілу елементів наплавленого металу.
Мікроструктура наплавленого металу досліджувалась як на оптичному мікроскопі (мал.3), так і на растровому електронному мікроскопі ISM - T200. Структура представляє собою окремі включення інтерметалідів різної величини і форми у твердому розчині. Локальний спектральний аналіз показав, що крупної і середньої величини включення складаються із хрому, заліза, кремнію і міді.
|
Мал.3. Мікроструктура наплавленого металу (400) |
Рентгеноструктурний аналіз проводився на рентгенівському діфрактометрі УРС-50 ИМ. Виявлені такі фази: CrFe, - Al7Cu6Mg6, - CuAl2, - Al4Cu9, - Ni2Si. Для дослідження розподілу елементів у наплавленому металі використовувався мікроаналізатор рентгенівський моделі SX – 50 фірми Самека. Аналіз розподілу елементів підтвердив результати попередніх досліджень – основною зміцнюючою фазою є інтерметалід CrFe. |
Розділ 4. Технологічні особливості наплавки електроерозійностійкого сплаву порошковою стрічкою.
З метою оптимізації режимів наплавлення проводилось дослідження впливу параметрів режиму (сили струму, напруги дуги, швидкості наплавки) на показники продуктивності і валові виділення пилу, вміст кремнію, міді і їх з’єднань, а також газів, що виділяються при наплавленні. Результати наведені на мал.4.
Наплавлення проводилось на пластини з міді М1 під флюсом АН-20П одним шаром. Температура попереднього підігрівання в печі 500С.
Виходячи із міркувань високої продуктивності, низької частки вмісту основного металу у наплавленому і мінімальних виділень пилу і газів, беремо такий режим наплавлення: сила струму – 600-650 А; напруга дуги – 30-32 В; швидкість наплавлення – 15-18 м/г.
Середні валові значення при наплавленні порошковою стрічкою під флюсом на оптимальному режимі представлені в табл. 1.
.
Мал.4 Залежність коефіцієнта наплавлення Н, частки вмісту основного металу у наплавленому 0, валових виділень пилу ТССА і фторидів F від режиму наплавлення: а) сили струму; б) напруги дуги; в) швидкості наплавлення
Таблиця 1
Валові виділення пилу і газів при наплавці на оптимальному режимі
|
Аерозоль, г/кг |
Гази, |
г/кг |
||
|
Загальна кількість пилу |
З’єднання міді |
З’єднання кремнію |
HF і SiF4 |
CO |
|
0,07–0,09 0,08 |
0,02–0,04 0,03 |
0,03–0,05 0,04 |
0,20–0,22 0,21 |
0,60–0,80 0,70 |
На базі отриманих розрахункових даних можна зробити висновок, що визначальною шкідливістю при наплавленні порошковою стрічкою під флюсом АН-20П є виділення фторидів. Для створення необхідних санітарно-гігієнічних умов при наплавці необхідно забезпечити відповідний повітрообмін, який визначений для фторидів.
На основі аналізу різних схем наплавлення контактних щік електродотримачів вибрана схема наплавки вздовж утворюючої.
Підготовка поверхні під наплавку проводиться механічним способом або травленням.
При наявності дефектів глибиною більше 4 мм проводиться механічна обробка з наступним зварюванням електродами марки АНЦ-2.
Після усунення дефектів за допомогою ручного дугового зварювання проводиться механічна обробка. Підготовлена контактна щока вставляється у спеціальне пристосування на маніпуляторі, де за допомогою газових пальників робиться попереднє підігрівання до 400-600°С. Отвори на поверхні контактних щік закриваються технологічними графітовими заглушками.
Наплавлення виконується окремими валиками з покриттям 1/3 ширини попереднього на режимах: сила струму 600-650 А; напруга дуги 30-32 В; швидкість наплавлення 15-18 м/г. Після наплавки виконується контроль якості, у випадку наявності – дефекти усуваються за допомогою ручного дугового зварювання електродами АНЦ-1 за технологією, описаною вище.
Застосування розробленої технології і електродного матеріалу для відновлення головок електродотримачів ДСП-25 дозволило підвищити їх стійкість з 4 місяців до 1 року.
Фактичний економічний ефект від впровадження технолгії наплавлення і наплавлювального матеріалу рівний 19700 грн.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
На основі літературних і патентних досліджень встановлено, що ефективним засобом підвищення стійкості контактних щік, є наплавлення електроерозійностійкого сплаву на їх поверхню за допомогою порошкових стрічок.
На основі аналізу існуючих випробувальних установок і методик випробувань на електроерозійний знос, а також реальних умов роботи контактних щік електродотримачів розроблена конструкція випробувальної установки і методика, які дозволяють здійснювати випробування зразків наплавлювальних матеріалів в близьких до реальних умовах.
При дослідженні впливу параметрів режиму випробувань на електроерозійний знос встановлено, що величина зносу в найбільшій мірі залежить від величини сили струму і частоти коротких замикань, причому залежність в обох випадках має експоненціальний характер.
Розроблен склад порошкового електрода на основі міді, використовуючий комплексно-леговану лігатуру ПГ-Л101, як легуючий компонент (вміст хрому і заліза у відношенні 1,8 – 2,0) в осерді порошкового електрода, який дозволяє отримати наплавлений метал у вигляді хромо-залізної бронзи, вміщуючої сигма-фазу (інтерметалід CrFe).
Встановлено, що введення в шихту порошкової стрічки (яка має склад: комплексно–легована лігатура ПГ-Л101 – 6,0 – 6,5%, порошок алюмінєво–магнієвий ПАМ-4 – 1,9 – 2,9%, фторопласт Ф-4 – 1,7 – 1,9%, при коефіцієнті заповнення рівному 30%) мармуру 3-4% дозволяє за рахунок підвищення основності шлаку на стадії краплі практично подавити кремнійвідновлювальний процес і знизити вміст кремнію з 0,221 до 0,128%, що приводить до підвищення електропровідності наплавленого металу.
Склад порошкової стрічки, розроблений у результаті досліджень забезпечує отримання наплавленого шару з електроерозійною стійкістю в 1,7 раза перевищуючу стійкість міді і електропровідністю на рівні 79% відносно міді.
Доведена можливість наплавлення композиційних сплавів систем: Cu-Cr3C2, Cu-Mo2C і Cu-WC із вмістом тугоплавкої фази до 15% (за об’ємом).
Встановлено, що склад порошкової стрічки з використанням механічної суміші компонентів (відношення вмісту хрому до графіту складає 3,1 – 3,3), у зв’язку з відсутністю стадії дисоціації карбіду хрому при наплавленні, забезпечує більш стабільні зварювально-технологічні властивості і рівномірний розподіл карбіду хрому Cr3C2 у металі шва, ніж склад порошкової стрічки, вміщуючий готовий карбід хрому Cr3C2.
На основі проведених досліджень визначена залежність електроерозійної стійкості композиційних наплавлювальних сплавів від складу. Встановлено, що електроерозійна стійкість зростає у ряду: Cu-Cr3C2, Cu-Mo2C і Cu-WC.
Зроблена оцінка санітарно-гігієничних умов при наплавлюванні. Встановлена залежність валових виділень пилу і газів від режимів наплавки. Визначальною шкідливістю при наплавлені є виділення фторидів, по валовим виділенням яких розрахован необхідний повітрообмін.
Розроблена порошкова стрічка ПЛ-МН-1 і технологія наплавлення контактних поверхень електродотримачів, яка дозволила підвищити стійкість наплавленого металу в умовах електроерозійного зносу в 1,5-2 рази.
Впроваджена технологія механізованого наплавлення контактних щік електродотримачів дугових сталеплавильних печей порошковим стрічковим електродом на ВАТ “Азов” (м. Маріуполь). Фактичний економічний ефект від впровадження склав 19700 грн.
Загальний зміст дисертації викладено у таких публікаціях:
Алистратов В.Н., Чигарев В.В., Сагиров И.В. Методика оценки электроэрозионной стойкости наплавленного металла // Автомат. сварка. – 1998. – № 9. – С. 35–38.
Муратов В.А., Алистратов В.Н. Причины образования трещин при наплавке композиционных сплавов системы марганцовый мельхиор-релит под флюсом // Автомат. сварка. – 1996. – № 8. – С. 36–38.
Алистратов В.Н., Чигарев В.В., Швец Т.Н. Оценка свойств наплавочных материалов, предназначенных для работы в условиях электроэрозионного износа // Вестник Приазовского гостехуниверситета. – Мариуполь. – 1997. – № 3. – С. 145–148.
Алистратов В.Н., Чигарев В.В. Влияние режима наплавки бронзы порошковой лентой на производительность и пылевыделение // Вестник Приазовского гостехуниверситета. – 1998. – № 6. – С. 196–198.
Чигарев В.В., Балашова Е.Л., Алистратов В.Н. Выбор технологических режимов производства порошковых электродов // Композиционные материалы в породоразрушающих инструментах: Тези допов. Всесоюз. наук. - техн. конфер. – Ивано-Франківськ, 1987. – С. 43–44.
Чигарев В.В., Алистратов В.Н., Малинов В.Л. Кинетика уплотнения порошка в оболочке порошковой ленты // Физика и механика пластических деформаций порошковых материалов: Тези допов. респ. семінару. – Луганськ, 1991. – С.60.
Чигарев В.В., Алистратов В.Н., Малинов В.Л. Повышение стабильности плавления порошковых ленточных электродов // Регіон. наук.–техн. конф., травень 1992.: Тези допов. – Маріуполь, 1992. – т.2. Машиностроение. – С. 77.
Чигарев В.В., Алистратов В.Н. Разработка электроэрозионностойкого материала // III регіон. наук.-техн. конф., травень 1995. : Тези. допов. – Маріуполь, 1995. – С. 73.