Розробка високозносостійкого металокомпозитного матиеріалу на базі вуглецевої сталі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розробка високозносостійкого металокомпозитного матиеріалу на базі вуглецевої сталі

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи

Відроджуємий науково-технічний потенціал України потребує постійного поліпшення якості конструкційних матеріалів за рахунок впровадження нових наукоємких технологічних прийомів, які дозволяють одержати оптимальні значення властивостей при використанні, зокрема, структурних можливостей композитних матеріалів.

Ця робота виконана в Державній металургійній академії України як частина досліджень по створенню економічної і екологічної технології отримання композитних матеріалів в рамках «Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року».

Одним з прогресивних напрямків створення високоміцних несхильних до перегріву конструкційних матеріалів є уведення до сталевого розплаву зернонодрібнюючих агентів, які ініціюють кристалізацію і дозволяють створити металокомпозитний матеріал, який при високій міцності, твердості і зносостійкості практично нечутливий до наклепу у порівнянні з вуглецевистими сталями.

Мета роботи

Дослідження та розробка конструкційного металокомпозитного матеріалу системи «сталь карбід» із заданою морфологією первинної зернинної структури при використанні неметалевих зерноподрібнюючих і армуючих добавок.

На захист виносяться:

- розроблена технологія виробництва високозносостійкого, несхильного до перегріву металокомпозиту з використанням як зерноподрібнюючого агенту відходів ВАТ «Запоріжвогнетрив», які містять карбід кремнія;

- результати досліджень структурного стану, фізико-механічних і технологічних властивостей;

- результати дослідження впливу карбонітридоутворюючих мікролегуючих елементів V та Zr на розмір первинного зерна аустеніту конструкційної сталі звичайної якості;

- результати дослідження зерноподрібнюючого впливу і термокінетичних параметрів карбідкремнієвих частинок - зміцнювачів на морфологію макро- і мікроструктури металокомпозиту в литому стані.

Наукова новизна роботи

1. На підставі комплексних досліджень фізико-хімічних властивостей обґрунтована і на модельних системах доведена принципіальна можливість використання як зерноподрібнюючої добавки екзогенних неметалевих сполучень з неізоморфної матриці кристалічною решіткою.

2. З допомогою ЕОМ розроблені і на дослідних плавках підтверджені моделі поведінки зерноподрібнюючої добавки в тілі зливка, що кристалізується, і прогнозований їх подальший вплив на властивості розробленого металокомпозиту.

3. Створений металокомпозитний матеріал, який має первісно дисперсну субзернинну структуру аустеніту (після закінчення кристалізації) з використанням як частинок зерноподібнювачів відходів виробництва ВАТ «Зпоріжвогнетрив», які містять карбід кремнію, - міцність металокомпозиту у 2,3 рази і зносостійкість у 5 разів більше у порівнянні з базовою сталлю Ст. 3 сп.

4. Теоретично обґрунтовані і практично доведені технологічні аспекти можливості регулювання величини і морфології первинного (литого) зерна аустеніту з урахуванням металургійної передісторії зливка (або безперервнолитої заготовки), встановлено характер взаємозв'язку між розмірами литого і гарячедеформованого зерна аустеніту мікролегованої конструкційної сталі Ст. 3 сп.

Практична цінність

Розроблена і реалізована в лабораторно-промисловому виконанні технологія виробництва високозносотійкого металокомпозитного матеріалу з використанням як зерноподрібнюючого агента зміцнювача відходів виробництва карбідкремнієвих виробів ВАТ «Запоріжвогнетрив». Такий матеріал може бути використаний для виготовлення робочих частин виробів, працюючих при відсутності значних ударних навантажень в умовах інтенсивного абразивного зносу: фрикціонів, броней, мелючих валків та ін.

Очікуваний економічний ефект при збільшенні терміну служби виробів з металокомпозиту у середньому на 30% (за рахунок зниження інтенсивності абразивного зносу) складає біля 20000 грн. на 1 агрегат на рік стосовно до елементів ходових фрикціонів важких гусеничних машин.

Апробація роботи

Основні результати і положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на: конференціях «I CMB 94», Макіївка, 1994, «Проблеми сучасного матеріалознавства», Дніпропетровськ, 1995, 1996 и 1998, науковому семінарі кафедри термічної обробки металів ДМетАУ, 1999.

Публікації

Основний зміст дисертації опубліковано в 12 печатних працях.

Обсяг і структура роботи

армуючий металокомпозитний сталь карбід

Дисертаційна робота складається із вступу, сімох розділів, висновків, списку використаної літератури і додатків. Робота викладена на 153 сторінках машинописного тексту, містить 9 таблиць і 39 малюнків. Список використаної літератури включає 181 найменувань вітчизняних і зарубіжних джерел.

Основний зміст роботи

Стан питання

Властивості металокопозитних матеріалів залежать від багатьох змінних факторів, зокрема складу, технології виготовлення, умов експлуатації та ін. Тому що урахувати вплив різних факторів дуже складно, нові металокомпозити створюються головним чином експериментальним шляхом.

Для створення конструкційних матеріалів з металевою матрицею і дисперсним первинним зерном аустеніту застосовують, в основному, раціональний підбір систем легування.

Вплив можливих рекомбінацій систем легування на морфологію первинних зерен аустеніту, навіть при наявності в них сполучень тугоплавких елементів, ефективний до температурного інтервалу їх дисоціації.

З метою отримання дрібнозернистої структури внаслідок фазової перекристалізації застосовуються: вібрація, загартування у магнітній рідині, обробка ультразвуком, швидкими частинками та ін.

Крім розглянутої вище дії на дисперсність первинних (литих) зерен аустеніту зовнішніх модифікуючих вливів застосовується створення спадково дрібнозернистих конструкційних матеріалів на основі композицій «сталь-тугоплавкі (з температурою дисоціації порядка 1600⁰С) неметалеві сполучення, оксидні і карбідні системи».

Аналіз тенденцій розвитку конструкційних матеріалів з дисперсною первинною структурою аустеніту дозволяє позначити напрямки досліджень: створення дисперснозміцнених матеріалів на основі композицій «неорганічне тугоплавке сполучення - метал», які мають високу міцність, підвищену зносостійкість, заданий коєфіцієнт тертя при достатній пластичності; розробка методів отримання конструкційних матеріалів з дисперсною первинною структурою і використанням енергоресурсозберігаючих технологій; розробка складів зерноподрібнюючих і армуючих добавок і технологій їх виготовлення.

Матеріал і методика дослідження

Експерименти проводили на модельних системах, сталевому розплаві, дослідних зливках металокомпозиту і матричній сталі Ст. 3 сп, петрографічно досліджували зерноподрібнюючу добавку (дроблені відходи карбідкремнієвого виробництва ВАТ «Запоріжвогнетрив»).

Лабораторні дослідження морфології аустенітної структури базової сталі проводили на п'яти дослідних плавках, проведених в печі Таммана. В зливках масою 0,3 кг вміст вуглецю відповідав 0,14-0,22%; кремнію - від 0,06 до 0,30%, марганцю - від 0,35 до 0,50%, алюмінію - від 0,1 до 0,2%. Зливки плавок №4 і №5 додатково мікролегували ванадієвою (до 0,14%, плавка №4) і ванадієво-цирконієвою (0,15% Zr і 0,14% V, плавка №5) лігатурами.

Після повного охолодження зливки дослідних плавок розрізали на дві половини по діаметральній площині. Одну піддавали гарячому вільному куванню з сумарною ступінню деформації до 320% на стержень квадратного перерізу 12х12х450 мм, другу досліджували в литому стані. Зразки піддавали гартуванню у 10% водному розчині хлористого натрію від температур 950-1300⁰С з кроком 500⁰С.

Проводили металографічні дослідження на NEOPHOT-21 і оцінку структурночутливих механічних властивостей зразків.

Крім вище описаного експерименту решту методологічних досліджень проводили стосовно до розробляємого металокомпозитного матеріалу.

При експериментуванні на прозорій плоскій моделі як аналогову рідину використовували розплав гіпосульфіту з густиною біля 2900 кг/м ³, як зерноподрібнюючу добавку кулі диаметром 0,5-3,5 мм із гранульованого поліакриламіду з густиною -0,2 кг/м ³.

Розрахунок значень критичної швидкості укорінення проводився на ЕОМ мод. IBM «Pentium II» з урахуванням впливу на функцію відклика (швидкість руху часток) ступеню кінематичної в'язкості розплаву і тиску у фосуночному каналі.

На сконструйованій установці «гарячого моделювання» було проведено 12 дослідних плавок композиту на базі широкозастосовуємої конструкційної сталі Ст. 3 сп з добавками 2; 5; 10; 12; 15 і 20% об. зерноподрібнювача складу: 40% фр. 0,5-1 мм + 20% фр. 1-2 мм + 40% фр. 2-3 мм, а також різного зернового складу (12 об.%), включаючи по 100% фр. 0,5-1 мм, 1-2 і 2-3 мм в рекомбінаціях.

Зливки розрізали на дві половини по діаметральній площині, одну половину досліджували в литому стані, в другої відбірали зразки, які загартовували від температур 900-1100⁰С з кроком 50⁰С.

Результати досліджень спробних зливків послужили підставою для проведення дослідно-промислової плавки зливка металокомпозиту з оптимальною кількостю і фракційним складом зерноподрібнюючої добавки.

Плавку зливка металокомпозиту проводили в трьохелектродній плавильній електропечі місткістю 1,5 т.

Розплав розливали через проміжний тигель в чавунні виливниці конічної форми розміром 235х555х310 мм. Введення зерноподрібнюючої добавки здійснювали в струмінь рідкого металу з використанням експериментальної установки для введення, установленої під кутом 15⁰ до осі струменю.

Після кристалізації зливок металокомпозиту «роздягали» і відбирали зразки для структурно-хімічного аналізу і механічних випробувань. Зразки відбиралися в тангенціальному напрямку із поперечних темплетів зливка. При порівнянні результатів експерименту з лабораторними дослідками була виявлена 95% збіжність результатів.

Випробування дослідних зразків проводили на універсальній випробній машині Fu 10000 e Z, маятниковому копрі МК-30А, твердомірах ТК-2 і ТП-2, а також спеціальному обладнанні.

Прогартовуваність одержаного металокомпозиту визначили за методом Сахіна-Немчинського на ударних зразках типу Менаже.

Випробування на зварюваність проводили на зразках 25х65х100 при з'єднанні внахльост по типу «ластівчин хвіст».

Триботехнічні випробування проводили на машині тертя типу М-22-М, де як контртіло використовували загартовану сталь 45 з твердістю 42-45 HRC.

Дослідження на модельних системах параметрів технологічного процесу виробництва зносостійкого металокомпозиту на основі сталі ст. 3 сп

На модельних системах з використанням аналогового розплаву та імітуючих частинок було проведено низку експериментів для визначення оптимальних параметрів технологічного процесу виробництва металокомпозиту.

Досліджували:

- траєкторію польоту і визначили значення критичної швидкості польоту частинок зерноподрібнюючої добавки, яка укорінюється у струмінь розплаву; морфологію несучих газових струмин;

- оптимальний зерновий склад і розподіл зерноподрібнюючої добавки в тілі зливка металокомпозиту.

При вивченні руху дисперсних частинок зерноподрібнюючої добавки в струмені несучого газового потоку ураховувалося, що густина добавки вище густини газу, отже пульсаційні швидкості частинок повинні бути меньше пульсаційних швидкостей несучого середовища.

Зміна відносної кількості зіткнувшихся частинок залежить від їх максимального діметру. Характер функції, яка визначає зниження реальної швидкості польоту в залежності від витрати газу, можно уявити у вигляді гіперболічної залежності, яка зростає із збільшенням тиску.

Ступінь варіації тиску витікання струменю впливає на когерентну довжину струменю у відповідності із зміною числа Рейнольдса. В діапазоні значень від 60000 до 210000 тиск у форсуночному каналі робив мінімальний вплив на когерентну довжину струменю. Струмінь має малий кут розкриття, пульсації не спостерегається, а тиск газу рівномірно розподілений по всьому обсягу струменю.

При розрахованих параметрах когерентності газового струменю найбільш оптимальними швидкостями польоту частинок зерноподрібнюючої добавки є кінцеві швидкості укорінення в діапазоні -0,25-0,37 м/с.

Розподіл частинок зерноподрібнюючої добавки в тілі зливка металокомпозиту визначається тількивнутрішньою симетрією градиєнту сил взаємодіїї при збереженні потоку частинок у просторі швидкостей, виникаючих при кристалізації розплаву. Обробку експериментальних даних для визначення оптимальної кількості зерноподрібнюючої добавки проводили на ЕОМ за методом крутого сходження з використанням алгоритму Монте-Карло.

Згідно розрахунковим даним і результатам дослідів, підтвердженим кореляційною обробкою було встановлено, що оптимальна кількість зерноподрібнюючої добавки, незалежно від маси зливка, повинна знаходитись в межах 11-13%.

Оптимальний фракційний склад зерноподрібнюючої добавки розраховувався за математичною методикою з допомогою поліноміальних моделей другого ступеню і сімплекс-решітчатого планування.

Виявлено, що стабільно дрібне лите зерно аустеніту повинно сформуватися в закристалізованому зливку після введення в нього зерноподрібнюючої добавки змінної дисперсності, яка складається із 40% фр. 0,50-1,00 мм, 20% фр. 1,00-2,00 мм і 40% фр. 2,00-3,00 мм.

Використання як диспергатора аустенітних зерен добавки, яка складається тільки із однієї фракції 0,5-1,00 мм, 1,00-2,00 мм і 2,00-3,00 мм технологічно не ефективно, тому що однорідна за зерновим складом добавка сегрегує в певному обсязі, а не розподіляється по усьому обсягу зливка.

Введення меньше 11% зерноподрібнюючої добавки (3; 5; 8; 10%) не дозволило сформувати рівномірну кристалічну структуру.

При введенні в розплав більше 13% зерноподрібнюючої добавки змінного фракційного складу (наприклад 15 або 20%) порушується суцільність кристалиті в, що формуються, утворюються сегрегаційні зони, оточені газовими кавернами. Тому в подальших лабораторних і дослідно-промислових експериментах кількість зерноподрібнюючої добавки приймалася оптимальна - біля 12%.

Дослідження впливу мікролегуючих композицій елементів на розмір зерна аустеніту сталевої матриці в литому і гарячедеформованому станах

Були проведені комплексні дослідження зерноподрібнюючої дії елементів VIIб підгрупи Періодичної системи елементів Д.І. Менделеєєва на морфологію аустенітної структури конструкційної сталі Ст. 3 сп в литому і гарячедеформованому станах.

Мікроструктура дослідних сталей усіх плавок після термообробки як в литому, так і гарячедеформованому станах являє собою феритомартенситний конгломерат, що включає біля 70% М і 30% Ф.

Розмір мартенситних голок варіюється від 2 до 6 мкм, мартенсит можна класифікувати як безструктурний або дрібноголчатий 2-3 балів. В мікроструктурі зливків плавок №4 і №5 спостерігається поява трооститної складової 7-8 балів по, що можна пояснити зниженням прогартовуваності мікролегованих сталей із-за ініціїруючого впливу нерозчинившихся повністю в аустеніті при нагріві термічно стійких частинок проміжних фаз.

Аналізуючи межі розділу колишніх аустенітних зерен зразків, загартованих від 1300⁰С, можна відзначити наяність в пригранічній ділянці білої сітки нерівноважного ферита, який формується внаслідок дисоціації порівняно термічно нестійких сульфідів і силікатів по межам зерен аустеніту, внаслідок чого приграничні ділянки збагачуються однойменними іонами кремнію і сірки, при цьому менш масивні іони вуглецю відтискуються усередину зерна за рахунок сил електростатичного відштовхування, і локальна концентрація вуглецю у приграничних зонах при цьому може знижуватися до 0,0016%. Не тільки абсолютні значення термічної стійкості зерноподрібнюючих частинок визначають їх спроможність протистояти дифузійному переміщенню границь зерен за рекристалізаційним механізмом, а також їх розміри, міжчастинкові відстані та ін.

Гаряча деформація з наступною фазовою перекриталізацією приводе до помітної диференціації температурних залежностей величини вторинного зерна аустеніту. Порівняно з литим станом проявляється тенденція до зниження температур початку інтенсивного зростання зерен, свого роду «щаблі» на температурних залежностях розміру зерна аустеніту посередньо свідчать про стримуючий переміщення границь впливу карбідів по мірі вичерпання їх термічної стійкості. Треба думати, що передуюча інтенсивна гаряча деформація сприяла неоднорідному подрібненню частинок і, відповідно, зміщенню температур розчинення у високотемпературну зону.

Подрібнення первинного зерна аустеніту в мікролегованих сталях дослідних плавок при введенні до шихтового складу сильних карбонітридостворюючих елементів не відбувається, тому що створені ними частинки із хімічних сполук формуються в структурі зливка вже після зародження і зрощення гілок первинних дендритів.

Аналізуючи дані по розмірному розподілу аустенітних зерен, можна відзначити, що при нагріві у надкритичну зону зразків дослідних сталей усіх плавок виявляється лінійна залежність розмірів вторинного (при виходному гарячедеформованому) і первинного, в литому стані зерна аустеніту (рис. 1).

Цей ефект виявляється певно внаслідок структурної спадковості та металургійної передісторії металовироба.

Проведені дослідження дозволяють зробити висновок про те, що стабілізація зеренної структури аустеніту за рахунок «бар'єрів» ендогенного характеру не може виконувати основну роль, а тільки допоміжні функції при превалюючому впливу дисперсних, важко - або нерозчинних при нагріві, ззовні введених у розплав частинок екзогенного походження, що обгрунтовує пошук нових зерноподрібнювачів і технологічних рішень для створення оригінальних за властивостями композицій.

Фізико-хімічні характеристики пропонуємої зерноподрібнюючої добавки

Як зерноподрібнюючу добавку нами запропоновано використовувати відходи ВАТ «Запоріжвогнетрив», які містять карборунд, вибір яких був обумовлений їх фізико-хімічними властивостями, зокрема температурним інтервалом дисоціації, коефіцієнтом теплопровідності і ступенем хімічної інактивності.

Ці відходи представляють механічну суміш, яка складається із карбіда кремнію, сажі і кристалічного кремнію, уламків вугільних труб, бою і браку карборундових нагрівачів. У відвалах відходи знаходяться у вигляді спечених «коржів» з включеннями активного вторинного карборунда.

Наявність в складі зерноподрібнюючої добавки активних вуглецю і вторинного SiC, а також інактивного карборунду дозволить, імовірно, при створенні металокомпозиту вирішити два завдання: забезпечити подріблення первинних зерен аустеніту за рахунок відбору тепла від розплаву карборундом, а також забезпечити міцне зцеплення границь розділу фаз за рахунок реакції між сталевим розплавом, компонентом, який містить вуглець, і вторинним (активним) карбідом кремнію.

Дослідження механічних і технологічних властивостей металокомпозиту

Вивчення особливостей структури, морфології первинних зерен аустеніту, механічних і технологічних властивостей розробленного металокомпозиту проводили з аналогом - сталлю Ст. 3 сп, виплавленою в мартенівській печі і розлитою в чавунну виливницю на ДМК (м. Дніпродзержинськ).

Мікроструктура зливків металокомпозиту із зерноподрібнюючою добавкою, що містить карборунд, має наступні характерні ознаки, відрізняючі ії від аналогової сталі:

- відсутність поділу зливка металокомпозиту на зони кристалоструктурної невідповідності, характерної для конструкційних сталей;

- відсутність в тілі зливка металокомпозиту ливарних дефектів;

- формування по усьому обсягу закристалізувавшогося зливка металокомпозиту субдендритного ансамблю у вигляді сотової структури.

Структура первинних кристалітів металокомпозиту з 12% об. карбідкремнієвої добавки сформувалася у вигляді чарунок сот (рис. 2) із дисперсних гілок дендритів (рис. 3). Зародження кристалів відбувалося на поверхні зерноподрібнюючої добавки, напрямок зростання гілок відповідає мінімуму градієнта концентраційної неоднорідності. Розвиток дендритного зростання відбувалося однорідно до повного зникнення рідкофазної складової в розплаві, що кристалізується.

Компоненти кристалічного ансамблю дисперсні, з максимальним розміром первинних гілок до 0,2 мм у формі «мальтійськіх хрестів» із зерноподрібнюючою добавкою у центрі. Залежність між дендритним параметром структури металокомпозиту і умовним критерієм оцінки термічної стабільності зерноподрібнюючої добавки майже в усіх випадках має екстремальний характер з пологим максимумом.

В зоні контакту матриці і частинки зерноподрібнюючої добавки розміром до 1,8-2,0 мм спостерігається подрібнення поліедричного фериту, а відношення низько- і вісоковуглецьвміщаючих агентів не змінюється. На відстані до 20 мкм від періферії добавок спостерігається збільшення зерна = фази до 6-7 балу, а відношення фериту і мартенсіту варіюється до 60 і 40% відповідно.

Ефект диспергування структури виявляється в результаті дифузійного контакту із створенням силіцидів між «обволікаючим» зерна карборунда «вторинним» SiC і сталевою матрицею.

Має місце уростання зерноподрібнюючих частинок або захоплення зони підплаву зростаючим кристалом, що може привести до подальшого подрібнення дендритів при пластичній деформації.

Границі первинних зерен аустеніту матриці металокомпозиту обкантовані дисперсними частинками зерноподрібнюючої добавки і мають діаметр біля 150-200 мкм (рис. 4). Морфологія первинних зерен має рельєф сотового типу, що створює передумови мінімізації термодинамічної активності, яка ініціює процеси рекристалізації.

Треба відзначити, що навіть мікрообсяги отриманого металокомпозиту становлять собою багатофазні системи, і тому елементи структури відрізняються не тільки за розміром, формою і орієнтацією зерен, але й за кількістю і взаємною обсяговою часткою двох (або більше) фаз матриці, зерноподрібнюючої добавки і «зв'язки» (рис. 5).

У порівнянні з аналоговою сталлю, межі первинних зерен аустеніта металокомпозиту становлять більш активний елемент структури, відіграючий певну роль в зародженні та анігіляції дефектів, зародженні і розповсюдженні тріщин, протіканню процесу міжзеренного руйнування, обумовлює розвиток специфічних зерномежових процесів, зокрема просковзування і міграцію дефектів.

Реологія первинної зеренної структури, що формується при кристалізації, повторююча субдендритну будову, підвищує міцність металокомпозиту за рахунок подавлення процесів рекристалізації і підвищення термодинамічної стабільності границь, перешкоджаючих дифузійному перерозподілу компонентів матриці, що підвищує загальний запас конструктивної міцності металокомпозиту.

Можна припустити, що постійність середнього вторичного розміру зерна аустеніту обумовлена однаковою середньою міцністю межфазної поверхні поділу. Але із збільшенням кількості зерноподрібнюючої добавки дисперсія міцності сцеплення міжфазних поверхней зростає - в матеріалі формуються не тільки більш міцні, у порівнянні із середніми, але й послаблені границі зерен аустеніту. Можна думати, значна дисперсія міцності границь зерен металокомпозиту може бути наслідком як градиєнту міжфазних внутрішніх напружень, так і наявністю фази-зв'язки, яка становить собою гетерофазний матеріал. Міжфазна поверхня поділу оточена підвищуючим твердість і міцність дрібноголчастим мартенситом, який утворюється внаслідок пересичення - твердого розчину вуглецем із складу зерноподрібнюючої добавки, при цьому макроструктура матриці залишається феритною.

Сформоване лите зерно аустеніту відповідає 6-7 номерам і не має схильності до зростання.

Розглядаючи основні технологічні характеристики розробленого металокомпозитного матеріалу, можна визначити такі відміни від властивостей матричної сталі.

Ці особливості властивостей обумовлені специфікою морфології мікроструктури металокомпозиту, серед яких найбільш важливими є додаткова взаємодія «вторинного» карборунду і матричного розплаву; зміна тонкої кристалічної структури зв'язки; стан міжзеренних і міжфазних границь. Розчинення масиву «зв'язки», зумовлене нагромадженням у металі додаткових дислокацій, наведених пластичною деформацією, зумовлює відсутність суцільності легованого фериту (матриці).

Підвищення міцності металокомпозиту може бути обумовлене тим, що зерноподрібнююча добавка, яка уводиться в монолітний після кристалізації матричний розплав, має внутрішньозеренну пористість (пори розміром до 0,8 мкм мають або округлу, або витягнуту форму), це зумовлює деяку «піддатливість» металокомпозиту наведеній пластичній деформації, підвищуючи тим самим конструктивну його міцність.

Цей металокомпозит є обмежно зварюваємим, оскільки наявність частинок, які містять карбід кремнію, порушує суцільність наплавленого металу. До того ж карборунд із складу зерноподрібнюючої добавки, внаслідок свого високого термічного опору, відокремлює зону термічного впливу шва від основного матеріалу, створюючи тим самим передумови для формування тріщин.

В цілому підвищення рівня абразивного зносу металокомпозиту можна пояснити наявністю в його складі зерноподрібнюючих частинок карбіду кремнію з твердістю біля HV = 38 ГПа. Максимальне значення абразивного зносу складає 0,25 г./см2, що у 5 разів вище, ніж у аналоговій сталі.

На підставі викладеного вище можна припустити, що найбільш доцільним було б використання металокомпозиту для виготовлення деталей, працюючих при значному абразивному зносі і відсутності інтенсивних ударних навантажень, зокрема фрикціонів, мелючих тіл, а також крупногабаритних деталей типу мортир, або цапф, працюючих в парах тертя.

Екологічна оцінка

Організація виробництва металокомпозитного матеріалу з використанням відходів карбідкремнієвих виробів у вигляді зерноподрібнюючої добавки дозволить:

- здійснити комплексну переробку відходів виробництва карбідкремніеєвих виробів і організувати маловідходне виробництво;

- зекономити і більш повно, а також раціонально використовувати природні ресурси.

Висновки

1. В умовах економії дефіцитних легуючих елементів і енергоресурсів контроль і регулювання розмірів і морфології первинної зеренної структури аустеніту конструкційних матеріалів обумовлює доцільність розробки і освоєння адекватної заміни, в окремих віпадках, складнолегованих (у т.ч. і високолегованих) сталей металокомпозитами, розробленими на основі вуглецевистих сталей звичайної якості.

Теоретично обгрунтовані і практично доведені технологічні прийоми регулювання величини і морфології первинного (литого) зерна аустеніту з урахуванням металургійної передісторії зливка, встановлено характер взаємозв'язку між розмірами литого і гарячедеформованого зерен аустеніту.

На підставі порівняльного обгрунтування і на модельних системах (із застосуванням ЄОМ) доведена принципіальна можливість використання як зерноподрібнюючих добавок екзогенних неметалевих хімічних сполук, неізоморфних кристалічній решітці матриці.

Вперше запропоновано як частинки зерноподрібнювачів викорситовувати відходи виробництва карбідкремнієвих виробів ВАТ «Запоріжвогнетрив», як найбільш економічних і оптимальних за теплофізичними характеристиками і кристаломорфологічними ознаками.

Розроблена і реалізована в лабораторно-промислових умовах технологія виробництва високозносостійкого металокомпозитного матеріалу з використанням як зерноподрібнюючих агентів-зміцнювачів відходів виробництва карбідкремніеєвих виробів.

Створено металокомпозитний матеріал, із первісно дисперсною структурою аустеніту, який має міцність у 2,3 рази і зносостійкість у 5 разів більше у порівнянні з базовою сталлю ВСт.3 сп. Такий матеріал може бути використаний для виготовлення робочих частин виробів, працюючих (при відсутності значних ударних навантажень) в умовах інтенсивного абразивного зносу, - фрикціонів, броней, щок, мелючих тіл і ін.

Очікуваний економічний ефект при збільшенні терміну служби виробів на 30% за рахунок збільшення опору абразивному зносу складе біля 20000 грн. на рік, стосовно до елементів ходових фрикціонів (на 1 агрегат).

Перелік опублікованих праць за темою дисертації

1. Костыря В.Ю., Флоров В.К. Высокопрочный металлокомпозит для триботехнических пар. // Научные труды Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. Выпуск 7, // Днепропетровск, Центр економічної освіти, 1998, - С. 83.

Костыря Ю.Ф., Флоров В.К., Костыря В.Ю. Влияние структурообразования на механические свойства металлокомпозитного материала «Ст3сп-SiC» // Приднепровский научный вестник. Днепропетровск, 1998 г. №110, С. 16-19.

Флоров В.К., Костыря В.Ю. Феноменология прочности конструкционных металлокомпозитов. // Сборник научных трудов государственной академии строительства и архитектуры. Днепропетровск, - ПГАСиА 1998, - №5, часть2, С. 118-120.

Флоров В.К., Костыря Ю.Ф., Костыря В.Ю. Возможность применения металлокомпозитных материалов для изготовления рабочих органов землеройных строительных машин. // Сборник Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. Днепропетровск, - ПГАСиА 1998, - №5, часть2, С. 109-111.

Флоров В.К., Костыря В.Ю. Горячая деформация и дендриты встали для металлоконструкций. // Научные труды Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. Выпуск 8, часть 1. Днепропетровск, ОТСО ПГАСиА, 1999, С. 43.

Костыря В.Ю. Упрочнение судостроительных сталей термо-импульсной обработкой. // Научные труды Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. Выпуск 8, часть 1. Днепропетровск, ОТСО ПГАСиА. 1999, С. 59.

Флоров В.К., Костыря В.Ю. Создание высокопрочных гетерофазных композиций на базе низкоуглеродистых сталей. // Сборник научных трудов Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. Выпуск 8, часть 1. Днепропетровск, ОТСО ПГАСиА 1999, С. 103 - 104.

Флоров В.К., Костыря В.Ю. Микролегирование и зерно аустенита строительных сталей. // Труды конференции «ІСМВ-94» Макеевка. 1994. - С. 3-4.

Флоров В.К., Костыря В.Ю., Кимстач Т.В. Геометрия изложниц и анизотропия кристаллизующегося расплава. // Труды конференции «Проблемы современного материаловедения». Днепропетровск, Изд-во ПГАСиА, 1995. - С. 18.

Флоров В.К., Костыря Ю.Ф., Костыря В.Ю. Закономерность формирования структуры синтетических изностойких материалов полученных реосинтезом // Труды конференции «Проблемы современного материаловедения». Днепропетровск, Изд-во ПГАСиА, 1995. - С. 22.

Костыря Ю.Ф., Флоров В.К., Трошенков Н.А., Костыря В.Ю, Орлова О.А., Зайковская А.В. Износоустойчивые металлокомпозитные материалы, армированные изотермическими монокристаллами. // Труды конференции «Проблемы современного материаловедения». Днепропетровск, Изд-во ПГАСиА, 1995. - С. 55-56.

В.Ю. Костыря, В.К. Флоров, О.А. Орлова, А.В. Зайковская. Структурные особенности металлокомпозитов, полученных при помощи паронормального излучения. // Труды конференции «Проблемы современного материаловедения». Днепропетровск, Изд-во ПГАСиА, 1995. - С. 48.

Размещено на Allbest.ru