CC BY
209
УДК 621.793.7.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ МОЛОТКА КОРМОДРОБИЛОК ПЛАЗМЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПЕЧНЫМ ОПЛАВЛЕНИЕМ
В.Н. Гадалов, В.Г. Сальников, Б.Н. Квашнин, А.А. Долгачев, И.В. Ширин, Е.А. Маркелов
Представлены исследования плазменных покрытий из самофлюсую- щегося сплава ПГ-10Н-03с добавкой ШЄ до и после печного оплавления молотков зернодробилок из стали 65Г
Ключевые слова: плазменное покрытие, самофлюсующиеся сплавы, восстановление деталей
В последнее время большое внимание уделяется разработке ресурсосберегающих технологий, направленных на увеличение срока службы изделий при изготовлении, а также их дальнейшей эксплуатации после
восстановительного ремонта. Выбраковка деталей часто осуществляется при незначительном износе, и списанные детали являются существенным резервом для дальнейшего использования после ремонта. Детали сельскохозяйственной техники не являются исключением.
Разработка технологии восстановления изношенных деталей включает: обоснование выбора материалов для восстановления; анализ способов нанесения материала с целью определения рационального; исследование служебных характеристик нанесенного слоя; разработка технологии восстановления.
Выбор материала для восстановления изношенных деталей определяется в первую очередь условиями работы. Широкое распространение получили самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Cr-B-Si-С. Основой сплава является никель, обеспечивающий высокую прочность связи его со стальной основой, а карбиды и бориды - высокую износостойкость нанесенного слоя [1].
Для восстановления изношенной поверхности в работе использовалась смесь самофлюсующегося порошка ПГ-12Н-03 [15 Cr, 4 Fe, 3 B, 1,5 Si, 1,5 C, ост. Ni (% по мессе) с 5...7% добавкой WC].
Обычно при производстве рассыпных и гранулированных комбикормов используют молотковые дробилки и установки для гранулирования (прессы, измельчители и просеиватели).
Гадалов Владимир Николаевич - ЮЗГУ, д-р техн. наук,
профессор, e-mail: [email protected]
Сальников Владимир Григорьевич - ЮЗГУ, канд. техн.
наук, доцент, e-mail: [email protected]
Квашнин Борис Николаевич - ВГТА, канд. техн. наук,
доцент, e-mail: [email protected]
Долгачёв Александр Александрович. - ВГТУ, канд. физ.-мат. наук, профессор, e-mail: [email protected] Ширин Иван Валентинович - ЮЗГУ, ассистент, e-mail: [email protected]
Маркелов Евгений Валентинович - ЮЗГУ, ассистент, email: [email protected]
Дробление и измельчение в технологии производства комбикормов относятся к важнейшим операциям, поскольку крупность частиц и равномерность измельчения отдельных
компонентов определяют активность использования животными питательных веществ, содержащихся в исходном сырье. Кроме того, важное значение имеет эффективность работы дробильного и измельчающего оборудования, поскольку на эти операции потребляется до 70% общего расхода электроэнергии.
Одним из основных рабочих органов молотковых дробилок всех конструкций является вращающийся ротор, состоящий из валиков, на которых размещается 15... 45 молотков в свободно подвешенном состоянии. У молотков, работающих в наиболее тяжелых условиях, быстро истираются рабочие кромки. Молотки представляют собой пластины прямоугольной формы толщиной 2.8 мм с двумя отверстиями. В комбикормовой промышленности применяют молотки,
изготовленные из сталей 35ХГСА, 30ХГА, 35ХГС, 30ХГС и 65Г.
Износ молотков приводит к увеличению зазора между рабочей гранью и внутренней поверхностью ситового барабана и деками, что снижает эффективность помола и увеличивает расход электроэнергии на преодоление трения внутри рабочей зоны дробилки. Одновременно в связи с уменьшением массы молотка снижается сила удара, нарушается балансировка ротора, возникает усиленная вибрация машины, что может привести к аварии дробилки. Поэтому увеличение срока службы и производительности кормодробилок, которое определяется, в первую очередь, износостойкостью молотков, имеет важное значение при разработке новых типов дробильного и измельчающего оборудования для
кормопроизводства.
Для решения этой актуальной проблемы была предложена следующая технология изготовления молотков кормодробилок.
На изношенную часть молотка кормодробилки (рис. 1) из стали 65Г, а также на рабочие поверхности нового молотка, изготовленного из стали 30, после дробеструйной обработки способом плазменного напыления наносился самофлюс ПГ-12Н-03 с 5% WC с последующим печным оплавление при 1050 .1100°С с выдержкой до 5 мин.
Рис. 1. Изношенный молоток кормодробилки из стали 65Г после плазменного напыления
Для напыления использовали установку УПУ-3Д, укомплектованную источником питания ИПН 160/600. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон, гранулометрический состав порошка - 100.150 мкм, температура просушки порошка - 100...150°С в течение двух часов, предварительная подготовка основы -дробеструйная обработка чугунной крошкой, дистанция напыления - 70.80 мм, температура предварительного подогрева подложки -
100...120°С.
Металлографический анализ границы раздела фаз образцов после напыления показывает четкую линию раздела материалов, а нанесенный слой характеризуется слоистостью (рис. 2).
б)
Рис. 2. Микроструктура поверхности молотка из стали 30 с плазменным покрытием из самофлюса ПГ-12Н-03 с WC. Косой срез: а) х420; б) х600
Формирование плазменных покрытий большинства сплавов системы №-Сг-В-81-С, как правило, сопровождается формированием структуры, имеющей строение типа
доэвтектических сплавов с наличием первичных фаз у - твердого раствора на основе никеля, эвтектики на базе этого раствора и №3В, а также выделений первичных самостоятельных частиц №3В и мелких первичных карбидов хрома (Сг23С6 и Сг7С3), боридов никеля и хрома [2].
В результате печного оплавления при
1050...1100°С существенно увеличивается плотность износостойкого слоя, слоистость
отсутствует, мелкодисперсная фаза карбидов и боридов (идентификация по результатам
микротвердости) равномерно распределена по объему рабочего слоя. Граница раздела фаз размыта, наблюдается интенсивная диффузия углерода из покрытия в основу, твердость покрытия после термообработки 55.57 ИЯС. При этом в зависимости от величины и длительности нагрева могут формироваться сплавы с преимущественным содержанием той или иной структурной составляющей покрытия. Образование эвтектики происходит тогда, когда скорость ее возникновения выше скорости образования отдельных фаз у -твердого раствора и №3В. В противном случае быстро развивающийся процесс образования указанных отдельных фаз не позволяет расти эвтектическим колониям. По мере увеличения температуры нагрева в области линии солидус сплава и времени выдержки при этой температуре размер эвтектических колоний, формирующихся при охлаждении, увеличивается, и их строение может представлять собой единое разветвленное образование, пронизывающее почти весь объем покрытия.
Увеличение содержания эвтектической составляющей сопровождается значительным ростом его твердости при одновременном небольшом снижении прочности (рис. 3). Объемное содержание упрочняющих фаз и колоний эвтектики в сплавах сильно возрастает после нагрева до температур в области линии солидус системы №-№3В (рис. 4,5). В то же время, с увеличением длительности выдержки при температуре оплавления покрытий происходит интенсивный рост колоний эвтектики при относительно малом росте частиц упрочняющих фаз.
Ниже приведен анализ полученных результатов измерений структурных параметров покрытий при оплавлении.
а„, МПа Ь^. МПа
25 30 35 %
Рис. 3. Зависимость предела прочности композиции оплавленное покрытие ПГ-12Н-03 - сталь 30 (1) и микротвердости этого покрытия (2) от содержания эвтектики
Рис. 4. Влияние температуры нагрева при оплавлении покрытий ПГ-12Н-03 на изменение размеров колоний эвтектики (1) и упрочняющих фаз (2)
Рис. 5. Процентное соотношение влияние температуры нагрева при оплавлении покрытий ПГ-12Н-03 на изменение размеров колоний эвтектики (1) и упрочняющих фаз (2)
Результаты проведенных испытаний
показали, что упрочнение покрытий за счет измельчения их структуры и целенаправленного формирования значительного количества эвтектики и упрочняющих фаз обеспечивает повышение износостойкости сплавов 65Г и стали 30 с плазменным покрытием ПГ-12Н-03 с добавкой WC и без нее в 1,5.2 раза.
С этой целью были произведены производственные испытания упрочненных
покрытиями молотков кормодробилок. Результаты испытаний изделий с покрытиями, полученными разными методами и имеющими различную
структуру, сравнивали со стойкостью деталей, изготовленных из термообработанной стали 65Г.
В процессе дробления комбикормов покрытие работает в условиях ударного и
абразивного нагружения и на режущих кромках молотков дробилок возникает неоднородное поле напряжений, зарождение и развитие усталостных трещин и последующее хрупкое разрушение и выкрошивание, являющиеся основными причинами выхода этих деталей из строя. Поэтому, особенности их эксплуатации определяют
следующие наиболее важные технологические свойства: высокие твердость, прочность, вязкость и износостойкость. Кроме того, при выборе материала покрытия учитывали, что данные покрытия из никелевых сплавов имеют низкую склонность к задирам, способность полироваться при сухом трении по металлу и низкий коэффициент трения.
Анализ изношенных поверхностей режущих кромок показал, по изнашивание покрытий происходит путем выработки мягких составляющих (сначала у - твердого раствора на основе никеля и затем эвтектики у - №+№3В), обнажения и
последующего выкрошивания твердых карбидных и боридных фаз. Поэтому количество упрочняющих фаз, эвтектики и степень упрочнения твердого раствора в совокупности определяют сопротивление материала покрытия разрушению. На изношенных поверхностях покрытия наблюдаются развитые борозды. При изнашивании покрытий, имеющих более дисперсную структуру, а также большое количество эвтектики и упрочняющих частиц (карбидных и боридных фаз), размер и количество борозд на поверхности уменьшаются и суммарный износ существенно снижается.
Таким образом, результаты проведенных испытаний молотков показали, что интенсивность и характер износа покрытий в значительной степени зависят от типа их структуры. Упрочнение покрытий, достигаемое путем измельчения структуры и целенаправленного формирования значительного количества эвтектики и упрочняющих фаз, обеспечивает повышение износостойкости.
В нашем случае рациональным способом нанесения износостойкого слоя является плазменное напыление с последующим оплавлением, которое позволяет получить композицию разнородных материалов с различными физико-химическими свойствами в первом слое.
Работа выполнена в рамках ФЦП.
Литература
1. Безбородов, В.В. Структура и свойства покрытий из никелевых сплавов [Текст] / В.В. Безбородов, Д.Д. Зорин, А.А. Муратов и др.// Сварочное производство. 2003. № 3. С. 22-27.
2. Борисов, Ю.С. Получение и структура газотермических покрытий на основе №-Сг-В^ - сплавов [Текст] / Ю.С. Борисов, И.Н. Горбатов, В.Р. Калиновский и др.// Порошковая металлургия. 1985. № 9. С. 22-26.
Воронежский государственный технический университет Юго-Западный государственный университет (г. Курск)
Воронежская государственная технологическая академия RENEWAL AND WORK-HARDENING OF HAMMER OF KORMODROBILOK BY PLASMA COVERAGES WITH
SUBSEQUENT STOVE OPLAVLENIEM
V.N. Gadalov, V.G. Salnikov, B.N. Kvashnin, A.A. Dolgachev, I.V. Shirin, E.A. Markelov
Researches of plasma coverages are presented from samoflyusuyu - schegosya of alloy of PG-12N-03 by addition of WC before and after stove oplavleniya of hammers of corn-crushers from steel of 65G Key words: plasma coverage, self-fluxing alloys, renewal of details
