Наукові і технологічні засади виробництва виливків, оптимізації структури і властивостей зносостійких металокомпозитів системи мідь-сталь

Досліджено ефективність методів фінішної обробки виливків щодо підвищення експлуатаційних властивостей трибовиробів з макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь-сталь”. Після термічної обробки (загартування сталевих гранул + високий відпуск) зносостійкість ЛКМ в умовах сухого тертя ковзання підвищилась в 2- 5 разів; обробки тиском литих заготовок ЛКМ, зносостійкість та антифрикційні властивості при зношуванні тертям ковзання підвищились в 1,3-1,4 разів. Лазерна обробка гетерофазної робочої поверхні дозволяє зменшити коефіцієнт тертя в 2 рази, зносостійкість підвищити до 4-х разів (в зрівнянні з необробленими виробами). Розроблено методи ефективного рециклінга відпрацьованих виробів з ЛКМ „мідь-сталь”: 1) відновлення зношеного робочого шару методом пічної наплавки; 2) використання відходів і відпрацьованих виливків з ЛКМ в якості лігатури для одержання мідістих чавунів (4-8% Cu) та легованих сталей типу марок 20ДХЛ (1,4-1,6% Cu).В Україні в співдружності з ТОВ “БІМЕТ” та ВАТ „Ильічівский рудоремонтный завод” м.Стаханов організовано виробництво та впровадження трибовиробів з нових ЛКМ системи „мідь - сталь”.

2003-2006 роках зносостійкі ЛКМ „мідь-сталь” впроваджено на підприємствах В'єтнаму. В результаті 3-5 річної експлуатації зафіксовано підвищену (до 6-10 разів) довговічність трибовиробів з ЛКМ в порівнянні з бронзами та чавуном. Роботи по розширенню застосування зносостійких ЛКМ в промисловості СРВ. Визначено наступні позитивні техніко-економічні показники застосування нового зносостійкого ЛКМ „мідь-сталь” та твердо-рідинних технологій одержання трибовиливків: 1) ресурс надійної роботи підшипників ковзання з ЛКМ „мідь-сталь” в екстремальних умовах зношування в 1,5-5 разів вище ніж з традиційних антифрикційних матеріалів (бронз, латуней, бабітів, деяких сортів металокераміки і чавунів); 2) зниження на 30-60% простоїв для ремонту обладнання і адекватне підвищення його продуктивності; 3) попередження аварійних ситуацій відказів обладнання з-за виходу з ладу підшипників ковзання; 4) економію 30-40% кольорових металів, антифрикційних сплавів, легуючих домішок, (мідь, хром, олово та інших); 5) відмова від імпорту запчастин, вартість яких в порівнянні з аналогічними виробами з ЛКМ в 3-5 разів вища; 6) сировина та шихтові компоненти недефіцитні і порівняно недорогі; 7) технологія виробництва може бути реалізована на існуючому обладнанні з мінімальними витратами на організацію виробництва виливків ЛКМ.

Висновки

1. На основі літературних даних встановлено, що розробка нових антифрикційних литих композиційних матеріалів є актуальною з точки зору підвищення експлуатаційних характеристик трибовузлів, а також економії дефіцитних кольорових металів, які серійно використовуються в промисловості.

2. Встановлено, що при твердо-рідинному суміщенні компонентів макрогетерогенних ЛКМ системи „мідь-сталь”, з точки зору мінімізації температур початку повного змочування підложок, створення умов кращого розтікання і максимальної роботи адгезії компонентів, матричні сплави складають такий ряд: БрКЗМц1; БрО10Ф1; мідь; БрА9Ж4. Армуючі підкладки, згідно погіршенню змочування і зменшення роботи адгезії: вуглецева сталь, сталь марки ШХ15; хромистий чавун. З точки зору оптимізації процесу контактної міжфазної взаємодії, в залежності від складу слід підвищувати температуру консолідації композитних відливків на 50-2000С в порівненні з температурою ліквідус матричного сплаву.

3. Встановлено, що в перебігу високотемпертурного гетерофазного процесу формування макрогетерогенного ЛКМ „мідь-сталь” найбільш важливого значення набуває перерозподіл кремнію та розчинення заліза в матричному сплаві, що може привести до зневуглецювання поверхневих шарів гранул і зниженню їх твердості, або до утворення крихких інетерметалідних прошарків навколо гранул (композиція „БрКЗМц1-сталеві гранули”). Показано, що цього явища можна позбутися за рахунок вибору складу композицій та температурно-часових параметрів технології твердо-рідиннофазного суміщення.

4. Показано, що при гравітаційному просоченні пористої насадки з армуючих сталевих гранул мідним розплавом швидкість руху рідкої фази зростає із збільшенням діаметру гранул, температури їх попереднього нагріву та перегріву матричного сплаву: активне просочення пор починається, коли сталеві гранули нагріваються до 0,9-1,0 Тлікв матричного сплаву. До цього моменту вірогідне утворення гарнісажу на поверхні гранул, що призводить до погіршення умов просочення. На практиці треба встановлювати перегрів до 1,1-1,3 Т лікв.

5. Вперше методом комп'ютерного моделювання вивчили теплофізику і кінетику прогріву, твердіння та охолодження для умов виготовлення методом твердо-рідинної консолідації типового трибовиливка „втулка” з макрогетерогенного ЛКМ „мідь-сталь”. Одержані дані про положення і рух в часі ізотерм Тлікв, Тсол матричного сплаву по перерізу системи „форма - виливок - стрижень” залежно від теплофізичних характеристик складових та ливарної форми, інтервалу кристалізації матричних мідних сплавів, умов зовнішнього тепловідводу, температурно-часових факторів.

Встановлено, що у випадку неізотермічного просочення (температура попереднього нагріву гранул Тн.г.=20 0С) біля внутрішньої поверхні виливка утворюються об'єми утрудненого заповнення пор розплавом, розміри яких корелюються з величиною інтервалу кристалізації матричного сплаву: (збільшуються відповідно ряду: Cu; ЛС59-1; бронзи БрА9Ж4; БрКЗМц1; Бр06Ц6С), а розташування потенційно дефектних об'ємів зсувається до низу. Показано, що попередній нагрів гранул до температур, близьких Тлікв матричного сплаву (ізотермічне просочення), змінює на краще процес заповнення пор рідким сплавом, яке в цьому випадку відбувається весь час по всій площині контакту насадки та рідкого сплаву надливу, що сприяє мінімізації ливарних дефектів.

6. Встановлено, що із збільшенням інтервалу кристалізації матричного сплаву вірогідність утворення дефектів усадочного походження зростає в зв'язку з утрудненням підпитки матричним сплавом в процесі охолодження. Визначено, що швидкість охолодження відливку (із піччю або на повітрі) не призводить до суттєвих змін характеру твердіння композитного відливку.

7. Експериментальні дослідження процесу формування гетерофазних структур при твердінні композитного виливка системи „БрКЗМц1 - сталеві гранули” свідчать про адекватність проведеного моделювання і дозволяють прогнозувати оптимальні температурно-часові параметри технології виготовлення виливків з макрогетерогенних ЛКМ „мідь-сталь”. Проведені дослідження доказали переваги матричних мідних сплавів з „коротким” інтервалом кристалізації та технологічного методу ізотермічного просочення.

8. Вперше визначено особливості утворення градієнтних структур і руйнування контактного шару макрогетерогенного металокомпозиту в процесі тертя ковзання. Визначені характеристики армуючих гранул, які забезпечують оптимальне співвідношення індивідуальних властивостей структурних складових при необхідниій високій середньоінтегральній твердості поверхні тертя, а також розподілення напружень в робочому шарі і утворення стійкої захисної плівки при формуванні вторинних трибоструктур на фрикційному контакті. Встановлено, наприклад, що зменшення втрат при зношуванні ЛКМ „мідь-сталь” спостерігається при співвідношенні мікротвердості армуючої і матричної структурних складових близько до 3.

9. В результаті комплексних лабораторних та дослідно-промислових, триботехнічних випробувань в екстремальних умовах експлуатації сухого тертя ковзання, доведені переваги розроблених нових зносостійких матеріалів перед антифрикційними бронзами, латунями, бабітами, деякими марками сталей, чавунів та порошкових композитів: які по антифрикційності, зносостійкості, задирам, ресурсу надійної роботи в 2,5-5 разів кращі за вказані серійні матеріали. Визначено режими надійної роботи розроблених ЛКМ „мідь-сталь” в екстремальних умовах сухого тертя: Р25 МПа; V=20 м/с; PV= 100 МПа· м/с; Tmax до 850 0С.

10. Розроблено і впроваджено технологічні процеси і режими при виробництві композиційних литих виробів з ЛКМ: 1) вибір і підготовка шихтових інгредієнтів; 2) технологія суміщення композитних виливків; 3) режими охолодження заготівок; 4) технологія механічної обробки; 5) режими термічної обробки заготівок ЛКМ; 6) правила контролю якості, виправлення деяких ливарних дефектів; 7) технологія реціклинга.

11. Розроблено і впроваджено: технологічні інструкції на виробництво та технічні умови на вироби з ЛКМ. Спільно з ВАТ „Іллічіський рудоремонтний завод” (м. Стаханов), ТОВ „Бімет” (м. Алчевськ) організовано централізоване виробництво відливків з нового зносостійкого ЛКМ „мідь-сталь” широкої номенклатури типорозмірів і призначення вузлів тертя металургійного, гірнічодобувного, підйомно-транспортного, енергетичного, переробного та інш. технологічного обладнання. Трибодеталі з ЛКМ з підвищеним ресурсом роботи пройшли дослідно-промислове випробування і впроваджені на ряді великих підприємств України, Росії, Молдови. Згідно з Міжнародною науково-технічною програмою Україна-В'єтнам, в 2003-2006 р.р. організовано виробництво нових зносостійких матеріалів ЛКМ „мідь-сталь” і впровадження на в'єтнамських підприємствах трибовиробів з металокомпозиту з підвищеними в 2,5-3 рази експлуатаційними характеристиками в екстремальних умовах сухого тертя ковзання та абразивного зношування.

12. Практичний досвід промислової експлуатації трибовиробів з ЛКМ „мідь-сталь” показав, що найбільш відчутний техніко-економічний ефект отримують виробники за рахунок підвищення ресурсу безаварійної роботи підшипників ковзання в середньому в 2-3 рази а також за рахунок заміни в металокомпозиті 50-60 % (за масою) кольорових сплавів на більш дешевий (до 5 раз) металевий дріб .

Основні публікації з теми дисертації

1. Затуловський А.С., Верховлюк А.М. Контактні процеси в гетерофазній системі рідкий мідний сплав - тверді підложки з залізовуглецевих сплавів// Металознавство та обробка металів. - 2007. - №3. - С.11- 16 .

2. Затуловский А.С., Понаморенко Ю.Н., Затуловский С.С. Исследование теплофизических и кинетических особенностей формирования макрогетерогенного металлокомпозита системы “медный сплав - сталь” в условиях твердо-жидкого совмещения // Процессы литья. - 2007. - №4. - С.47- 51.

3. Затуловський А.С. Формування градієнтних структур і трибовластивостей ЛКМ системи „мідь - сталь” // Металознавство та обробка металів. - 2006. - №2. - С. 49- 56.

4. Затуловский А.С., Затуловский С.С. Особенности физико-химии межфазного взаимодействия в гетерофазных металлических расплавах // Процессы литья. - 2006. - №1. - С. 40- 46.

5. Затуловский А.С., Тракшинский Б.Р. Термодинамический анализ возможности взаимодействия гидродифторида аммония с поверхностью стальной дроби в процессе твердожидкофазной консолидации ингредиентов ЛКМ // Процессы литья. - 2004. - №4. - С. 66-69.

6. Затуловский С.С., Затуловский А.С. Исследование триботехнических и эксплуатационных характеристик ЛКМ с матрицами из медных сплавов // Перспективные материалы. - 2005. - №1. - С. 66-72.

7. Затуловский А.С., Тракшинский Б.Р. Технико-экономические предпосылки эффективного применения износостойкого металлокомпозита вместо антифрикционных бронз. //Материалы ІІІ Международной научно-практической конференции Литье - 2007. Запорожье: Торгово-промышленная палата.- 2007.- С. 72- 75.

8. Найдек В.Л., Затуловский С.С., Затуловский А.С. и др. Литые композиционные и нанокристаллические материалы - достижения, проблемы // Металлургия машиностроения. - 2005. - №6.- С. 18- 28.

9. Затуловский А.С., Косинская А.В., Акбарнеджед В., Ковба А.В. Литой композит с повышенным сопротивлением абразивному изнашиванию // Процессы литья.- 2005.- №4. - С. 98- 102.

10. Затуловский А.С. Влияние обработки давлением на формирование структуры и свойств литых макрогетерогенных композиционных материалов // Материалы 26-й Международной конференции “Композиционные материалы в промышленности”. - Ялта: Укринфоцентр “Наука. Техника. Технология”.- 2006. - С.65- 67.

11. Затуловский А.С., Акбарнеджед В., Шарай Е.В., Затуловский С.С. Технологические и трибологические аспекты литых композиционных материалов (ЛКМ) системы медь- сталь // Мир техники и технологии. - 2004. - №12.- С. 40- 41.

12. Тракшинский Б.Р., Затуловский А.С. Физико-технологические аспекты выбора рациональных армирующих гранул // Материалы 25-й Международной конференции “Композиционные материалы в промышленности”.- Ялта: Укринфоцентр “Наука. Техника. Технология”. - 2005. - С.200-203.

13. Нгуен Ван Тан, Ву Ван Миенг, Затуловский А.С., Затуловский С.С. Результаты промышленного применения литого композиционного материала в СРВ // Процессы литья. - 2004. - №4. - С. 52- 56.

14. Затуловский А.С., Тракшинский Б.Р., Затуловский С.С. Освоение антифрикционных композитов - решение проблемы увеличения ресурса работы оборудования // Металл и литье Украины. - 2004. - №1-2. - С. 21-26.

15. Затуловський С.С., Косинська А.В., Затуловський А.С., Акбарнеджад В. Металофізичні аспекти підвищення надійності та довговічності роботи литих композиційних матеріалів // Металознавство та обробка металів. - 2003. - №4. - С. 33-40.

16. Затуловский С.С., Косинская А.В., Затуловский А.С., Набока Е.А. Влияние термообработки на структуру и триботехнические свойства литых композиционных материалов // Литейное производство. - 2003. - №9. - С. 23-25.

17. Затуловский С.С., Косинская А.В., Затуловский А.С., Косторнов А.Г. Трибология литых композиционных материалов из медных сплавов // Процессы литья. - 2003. - №1. - С. 68-73.

18. Zatulovsky A.S., Lakeev V.A. Effective methods of syntheses of productions from composite materials with we of foundry technologies // Материалы Международной конференции “Наука о материалах на рубеже веков: достижения и вызовы времени”. Киев, ИПМ НАНУ. - Киев: ИПМ НАНУ. - 2002. - т.1. - С. 274-275.

19. Затуловский А.С. Перспективные технологии получения литых композиционных материалов (ЛКМ) // Материалы 22-й Международной конференции “Композиционные материалы в промышленности”. - Ялта: Укринфоцентр “Наука. Техника. Технология”. - 2002. - С.38.

20. Затуловский С.С., Косинская А.В., Затуловский А.С. Повышение коррозионной стойкости макрогетрогенных литых композитов // Литейное производство. - 2001. - №2. - С. 12- 13.

21. Затуловский С.С., Косинская А.В., Затуловский А.С. Влияние структуры на физико-механические свойства литого композиционного материала // Процессы литья. - 2000. - №3.- С. 3- 8.

22. Затуловский А.С., Шинский И.О., Переплетчик В.А. Влияние технологических факторов на гидродинамику пропитки при получении литых армированных материалов // Материалы конференции “Теория и технология литейных сплавов”. - Владимир. - 1999. - С. 2- 3.

23. Kostenko G.D., Shinsky I.O., Zatulowsky A.S. Bimetallic multilayer and composite castings in machine - building industry // Poster paper jn 63 - World Foundry congress “Foundry look at the 21- st centry”. - Будапешт. - 1998. - С. 137-138.

24. Затуловский А.С., Корниец И.В., Мудрук Л.А. Физико-технологические основы гранульных технологий и материалов // Процессы литья. - 1998. - №3-4. - С. 144-153.

25. Затуловский С.С., Мудрук Л.А., Затуловский А.С., Тракшинский Б.Р., Сурженко В.Д. Гранульные технологии и литые КМ // Металл и литье Украины. - 1998. - №9-10. - С. 22-25.

26. Затуловський А.С., Затуловський С.С., Юга О.І. Триботехнічні характеристики та механізм спрацювання литого макрогетерогенного композиційного матеріалу // Металознавство та обробка металів. - 1998. - №3. - С. 11-17.

27. Затуловский А.С. Термокинетические закономерности формирования макрогетерогенных металломатричных КМ // Процессы литья. - 1997. - №4. - С. 95-97.

28. Затуловский А.С. Механизм изнашивания и триботехнические характеристики литого КМ для тяжелонагруженных узлов трения // Процессы литья. - 1997. - №4. - С. 18-21.

29. Затуловский А.С., Костенко А.Д., Лакеев А.В. Влияние температуры в зоне контакта на триботехнические характеристики макрогетерогенного КМ // Порошковая металлургия. - 1997. - №3/4. - С. 107-113.

30. Затуловский А.С. Триботехнические композиционные материалы // Литейное производство. - 1997. - №8/9. - С. 27-29.

31. Затуловский С.С., Затуловский А.С., КравченкоА.П. Литые композиционные материалы - эффективный материал для узлов трения, работающих в условиях повышенных температур // Металл и литье Украины. - 1996. - №1-2. - С. 26-30.

32. Тарасевич Н.И., Корниец И.В., Затуловский А.С. Моделирование процесса формирования литых КМ // Процессы литья. - 1995. - №4. - С. 40-49.

33. Затуловский С.С., Затуловский А.С. Литые композиты - материалы 21 века // Металл и литье Украины. - 1994. - №6. - С. 2-8.

34. Затуловский А.С., Малежик М.П., Радченко Н.Н. Исследование напряженного состояния поляризационно-оптическим методом // Сб. “Прогрессивные литейные технологии и материалы”. - Киев: ИПЛ АН УССР. - 1990. - С. 17-19.

АНОТАЦІЯ

Затуловський А.С. Наукові та технологічні засади виробництва відливків, оптимізації структури і властивостей зносостійких металлокомпозитів системи мідь - сталь. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - Ливарне виробництво. - Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України. - Київ, 2007.

Дисертацію присвячено розробці теоретичних та технологічних засад виробництва, оптимізації складу, структури, експлуатаційних характеристик виливків з нових зносостійких литих композиційних матеріалів на основі мідних сплавів, армованих високомодульними сталевими гранулами; дослідно-промисловому випробуванню і впровадженню розробок у виробництві.

Вперше експериментально досліджено процеси контактної взаємодії фаз, які мають місце в макрогетерогенній системі „рідкий матричний мідний сплав - тверді високомодульні сталеві гранули”. Отримано температурні залежності зміни величин контактних кутів змочування, коефіцієнтів розтікання і роботи адгезії; дифузійного перерозподілу легуючих елементів між фазами ЛКМ, швидкості просочення порових насадок. Методом математичного комп'ютерного моделювання і експерименту вивчено теплофізику і кінетику прогріву, твердіння і охолодження в системі „ливарна форма - рідкий матричний сплав - пориста насадка - внутрішній стрижень” для технологічних умов виготовлення типового трибовиробу -„втулка”.

Визначено раціональні морфологічні характеристики структурних складових зносостійкого литого композиту, які обумовлюють утворення в робочому шарі при навантаженні деталей ЛКМ тертям ковзання, оптимальних вторинних структур, утворення на трибоконтакті стійкої захисної плівки . Підтверджено перспективність застосування правила Шарпі при конструюванні зносостійких макрогетерогенних литих композицій. Встановлено зменшення втрат при зношуванні тертям ковзання при певному співвідношенні мікротвердостей матричних мідних сплавів і сталевих армуючих гранул. Розроблені і впроваджені нові зносостійкі матеріали і раціональні технологічні процеси виробництва композиційних литих виробів з ЛКМ „мідь - сталь”.

Розроблений новий зносостійкий економно армований ЛКМ системи „мідь - сталь” впроваджений на підприємствах України і В'єтнаму. Організовано централізоване виробництво композитних відливків широкої номенклатури типо-розмірів для вузлів тертя металургійного, підйомно-транспортного, переробного та інш. технологічного обладнання. Досвід показав, що застосування ЛКМ в високо навантажених вузлах тертя дозволяє підвищити довговічність їх в 1,5-5 разів, зменшити простої обладнання і ліквідувати аварійні ситуації через відмову трибодеталей, економити дефіцитні і дорогі кольорові метали та інше.

АННОТАЦИЯ

Затуловский А.С. Научные и технологические основы производства отливок, оптимизации структуры и свойств износостойких металлокомпозитов системы медь-сталь. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.04 - Литейное производство. - Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины. - Киев, 2007 г.

Диссертация посвящена созданию научных и технологических основ производства, оптимизации составов, структуры, физико-механических свойств отливок из новых износостойких литых композиционных материалов на основе медных сплавов, армированных высокомодульными стальными гранулами, опытно-промышленному опробованию и внедрению разработок в производство.

Впервые изучены процессы контактного взаимодействия фаз в макрогетерогенной системе „матричные медный сплав - твердые стальные гранулы”. получены температурные зависимости изменения величин контактных углов смачивания, коэффициентов растекания и работы адгезии, диффузионного перераспределения элементов между фазами ЛКМ в процессе высокотемпературного твердожидкого совмещения компонентов композиций различного состава. Исследование, проведенное с использованием метода микрорентгеноспектрального анализа показало, что в ходе высокотемпературного, гетерофазного процесса формирования ЛКМ „медь-сталь” перераспределяются практически все легирующие элементы. Наиболее важное значение имеют перераспределение кремния и растворение железа в матричном сплаве, что может привести к обезуглероживанию поверхностных слоем гранул и снижению их твердости, к образованию хрупких интерметаллидных образований (ЛКМ системы „Бр.К3Мц1+стальные гранулы”). Показано, что негативные явления возможно предотвратить с помощью оптимизации составов и температурно-временных параметров технологии твердо-жидкофазного совмещения.

Методом компьютерного моделирования и эксперимента изучены теплофизика, кинетика нагрева, затвердевания и охлаждения в системе „литейная форма-жидкий матричный сплав-пористая армирующая насадка- внутренний стержень” для технологических условий изготовления типичного трибоизделия- „втулка”. Получены данные о положении и движение изотерм ликвидус и солидус матричных сплавов по сечению указанной системы в зависимости от теплофизических характеристик компонентов и литейной формы, интервала кристаллизации матричных сплавов, температурно-временных режимов. Результаты этих и др. исследований позволяют обосновать варианты ЛКМ „медь-сталь”, разработать рациональные технологические параметры изготовления композитных отливок. Определены особенности и преимущества технологии изотермической пропитки пористых армирующих насадок матричным расплавом с точки зрения минимизации литейных дефектов.

Определены рациональные морфологические характеристики структурных составляющих макрогетерогенного износостойкого ЛКМ, которые обеспечивают образование на трибоконтакте при нагружении трением скольжения стойкой защитной пленки и оптимальных градиентных структур. Как показало моделирование напряженного состояния с помощью поляризационно-оптического метода, при трибоконтакте в гетерофазном макрогетерогенном материале напряжения локализуются в выступающих высокомодульных включениях армирующих элементов. Менее прочная матрица вначале приработки не испытывает значительных напряжений, что свидетельствует об улучшении условий приработки. Определили, что более опасными, с позиции сохранения прочности, являются две зоны повышенных касательных напряжений: первая между включениями и под ними, вторая - в вершинах контактирующих неровностей.

Установлено уменьшение потерь на изнашивание трением скольжения при определенном соотношении микротвердостей стальных армирующих гранул и медных сплавов. Термическая обработка (закалка + высокий отпуск) макрогетерогенного материала „медь - сталь”, благодаря целенаправленному дифференцированному влиянию на структуру и свойства армирующих стальных гранул, позволяет повысить износостойкость и улучшить антифрикционные свойства макрогетерогенных ЛКМ „медь - сталь”. В результате комплексных лабораторных и опытно-промышленных испытаний в широком диапазоне нагрузок, скоростей трения, контактных температур показано значительное (в 1,5-5 (до 10!)раз) увеличение ресурса надежной работы трибоизделий из ЛКМ „медь-сталь” по сравнению с серийными антифрикционными сплавами: бронзами, латунями, баббитами, некоторыми марками сталей и чугунов, порошковых композитов типа „железо-графит”. Определены режимы надежной работы трибоизделий из ЛКМ в экстремальных условиях сухого трения: Р 25 МПа; V = 20 м/с; PV = 100 МПа·м/с; Тmax 8500C. Разработаны и внедрены новые износостойкие металлокомпозиты и рациональные процессы производства отливок из них: 1) выбор и подготовка шихтовых ингредиентов; 2) технология консолидации композитных заготовок; 3) режимы термической, механической и др. видов финишной обработки; 4) технологии рециклинга или восстановления отработавших заготовок.

Разработанный новый экономноармированный ЛКМ системы „медь-сталь” внедрен на предприятиях Украины и Вьетнама. Организовано производство и применение отливок из ЛКМ широкой номенклатуры типоразмеров в узлах трения металлургического, подъемно-транспортного, перерабатывающего и др. технологического оборудования. Производственный опыт показал, что применение ЛКМ в высоконагруженных узлах трения позволяет повысить их долговечность в 1,5- 5 раз, уменьшить простои оборудования, предотвратить нештатные ситуации из-за отказа трибодеталей, экономить дефицитные и дорогие цветные сплавы.

ABSTRACT

Zatulovsky A.S. Scientific and technological bases of castings production, optimization of structure and characteristic of the wear resistant metal-composites of system copper-steel.

Thesis for a Doctor's degree on profession 05.16.04 - Foundry . - Physico- technological Institute of Metals and Alloys of NAN of Ukraine. - Kiev, 2007.

The thesis are dedicated to creation of scientific and technological bases of production, optimization of composition, structure, physico- mechanical characteristics of castings from the new wear resistant cast composition materials on the base of copper alloys reinforced by high modulus steel granules, test-industrial testing and using of the developments in production.

Processes of contact interaction of phases in macroheterogeneous system „matrix copper alloy - solid steel granules” experimentally studied for the first time. Thermal dependencies of changing of contact angle of wetting, coefficient of spreading and adhesion work, diffusion redistributions of elements between phases of CCM and etc. in process of high thermal solid-liquid joining of the component of different composition are received. Thermochemistry, kinetics of heating, solidification and cooling in system „foundry form-luid matrix alloy-porous reinforcing nozzle-internal bar” for technological conditions of production of typical tribodetail- „bushing” are studied by method of computer modeling and experiment. Information about position and motion of the liquidus and solidus isotherms of matrix alloy on section of the specified system are received depending on thermophysics characteristics of components and foundry form, interval of crystallizations of matrix alloy, temperature- temporary modes.

The rational morphological features of structure of components of macroheterogeneous wear resistant CCM are determined, which provide formation of stable defensive films and the optimum gradient structures on tribocontact at sliding friction loading. Perspective of Sharpy rule using is confirmed for design of the wear resistant macroheterogeneous cast composition. Reduction of losses at wear by friction of slide under determined correlation of micro hardness of the steel reinforcing granules and copper alloy is installed. The new designed economically reinforced CCM of system „copper-steel” is used on enterprises of the Ukraine and Vietnam. Production and using of castings from CCM of broad nomenclature and sizes are organized in units of friction in metallurgical, lifting-transport, processing and others technological equipment. Production experience has shown that using of CCM in high loaded units of friction allows to raise their longevity in 1,5-5 once, reduce idle time of the equipment, prevent supernumerary situations as a result of the tribodetails breakage, spare deficit and expensive non-ferrous alloys and others.

Размещено на Allbest.ru