Відновлення та зміцнення методами наплавлення деталей, що експлуатуються в умовах зношування й різних видів циклічних навантажень

Таблиця 7. Термостійкість наплавленого металу

З огляду на сприятливий вплив мартенситу на напружено-деформований стан і термічну стійкість наплавлених деталей, досліджували структуру й властивості наплавленого металу типу мартенситностаріючих сталей, що мають ряд переваг перед наплавними матеріалами мартенситного класу:

- можливість наплавлення без попереднього й супутнього підігрівів;

- порівняно невисока вихідна твердість дозволяє робити механічну обробку наплавлених деталей різанням;

- простота заключної термічної обробки (відпуск), що забезпечує високі механічні й експлуатаційні властивості наплавленого металу;

- відсутність зневуглецьовування й зміни розмірів у процесі термообробки;

- відносно висока ударна в'язкість, що повинна забезпечувати високу термічну стійкість наплавлених деталей.

Відомо, що зміцнення низьковуглецевих мартенситностаріючих сталей досягається у два етапи: перший етап - одержання мартенситної структури (так званого мартенситу заміщення), другий етап - старіння при відпуску у випадку легування сталі нікелем, марганцем, алюмінієм, молібденом, ніобієм і деякими іншими елементами за рахунок виділення дрібнодисперсних інтерметалідів.

У результаті попередніх експериментів і дослідження 21 складу наплавленого металу було обрані два склади металу для наплавлення систем легування Fe-Ni-Mn-Si-Mo-Ti-Al (наплавлений метал 08Н8Г4СМТЮ) і Fe-Ni-Cr-Mo-Si-Ti-Cu (наплавлений метал 08Н12Х3М2СТД) для відновлення й зміцнення інструментів для гарячого деформування металів і сплавів. Після наплавлення метал обох типів має твердість HRC 28...34, а після відпуску при 500 ⁰С, 2 год твердість збільшується до HRC 45...50.

Рентгеноструктурний аналіз на установці ДРОН-3 показав, що мартенситностаріючий метал після наплавлення має структуру практично чистого фериту. Після старіння (відпуск 480...500 ⁰С, витримка 2 год) утворюється мартенсит заміщення й спостерігається випадіння карбідів (Мe₃C, Ме₇С₃) і силіцидів (Nі₂Sі, NіSі; MoSі₂; Mo₅Sі₃). Утворення мартенситу йде з невеликим збільшенням об'єму, що сприяє наведенню в наплавленому шарі залишкових напружень стиску й збільшенню термічної стійкості наплавлених деталей.

Дослідження теплостійкості, гарячої твердості, зносостійкості при терті металу по металу при високих температурах та термічної стійкості показали, що мартенситностаріючий наплавлений метал 08Н8Г4СМТЮ і 08Н12Х3М2СТД по цих властивостях перевершує або перебуває на одному рівні з відомими інструментальними штамповими сталями (рис. 9 і табл. 8).

Рис. 9. Зносостійкість наплавленого металу.

Таблиця 8. Термостійкість наплавленого металу

У розділі 6 наведені дані про розроблені порошкові дроти для наплавлення деталей і робочих органів машин і механізмів, що працюють в умовах інтенсивних видів зношування (абразивного, схоплюванням першого й другого роду, вісповидного при терті металу по металу) і циклічних механічних або термомеханічних навантажень. Порошкові дроти пройшли санітарно-гігієнічну й технологічну перевірку й включені в ТУУ 05416923.024-97, ТУУ 28.7.05416923.066-2002 і ТУУ 28.7-05416923-073:2005, що дає можливість виготовляти та використовувати ці дроти в промисловості.

Проведено промисловє випробування розроблених наплавних матеріалів і технологій наплавлення. Для ЗАТ "Интерпайп Нико-Тьюб" (м. Нікополь) і ЗАТ "НКМЗ" (Новокраматорський машинобудівний завод) розроблені технології й технологічні рекомендації з попереднього підігріву, наплавленню підшару та зносостійкого шару валків трубопрокатного стану ТПА 30-102 і сталевих валків листопрокатних станів. Розроблена технологія й нові наплавні матеріали дозволили понизити температуру попереднього підігріву валків, а також одержати залишкові напруження стиску в наплавленому шарі, що позитивно позначається на експлуатаційних показниках наплавлених валків.

Розроблено технології та наплавлені партії великогабаритних деталей гірничо-збагачувальних комбінатів: нерухливого конуса-станини, корпуса кільця, вала конуса конусних дробарок; приводного вала-шестерні і зубчастого вінця млина самоподрібнювання; ковшів кар'єрних екскаваторів та ін. деталей. Забезпечено одержання якісного наплавленого металу, що має високу зносостійкість й втомну міцність. Економічний ефект, отриманий від наплавлення деталей устаткування ГЗКа Кривого Рогу, становить 1439,0 тис.грн.

Загальні висновки

1. Розроблено теоретичні представлення до наплавленої деталі як багатошарової конструкції, кожний із шарів якої має своє функціональне призначення й вносить свій вклад у напружено-деформований стан деталі в цілому й впливає на її експлуатаційні властивості, термін служби й можливість багаторазового відновного наплавлення.

2. Розроблено методику розрахунку, яка в рамках єдиної моделі дозволяє розраховувати напружено-деформований та структурний стан наплавленої деталі, а також її опор циклічним механічним або термомеханічним навантаженням безпосередньо після наплавлення та в процесі експлуатації. З використанням розробленої методики розраховано напружено-деформований й структурний стан, а також втомна міцність наплавлених деталей, у яких зона концентрації напружень і максимальних циклічних навантажень не збігається із зоною зношування. Розрахунок наплавлених зубів крупномодульних шестерень, які відносяться до цієї групи деталей, показав, що при відновно-зміцнювальному наплавленні, при якому замінюються наплавленим металом пошкоджена частка метала у зоні концентрації напружень у основання зуба, сумарні залишкові й циклічні експлуатаційні напруження у 1,5 рази менше, ніж при відновному наплавленні, при якому наплавляється тільки зношена область. У результаті на порядок збільшується довговічність наплавленої деталі. Експериментальні дослідження підтвердили дані розрахунків: кількість циклів до руйнування зразків, наплавлених за відновною схемою, склало 18700, а за відновно-зміцнювальній - 223200.

3. Розрахунково-експериментальним методом встановлено, що товщина робочого зносостійкого шару найбільш навантаженого прокатувального валка чорнової кліті, який у зоні контакту з заготовкою, що деформується, періодично нагрівається до 200...700 ⁰С, становить 6...8 мм. Саме таку товщину повинен мати робочий зносостійкий шар валків чорнових клітей. У менш нагрітих шарах, розташованих на глибині > 8 мм, формуються найбільші циклічні розтягуючи напруження (рівень середніх складових розтягуючих напружень досягає ? 400 МПа, а амплітудних - ? 70 МПа). Виходячи із цього, для наплавлення підшару у валках гарячої прокатки рекомендується використовувати низьковуглецеві низьколеговані сталі, що мають високу пластичність й втомну міцність.

4. Розроблено й експериментально підтверджений новий спосіб підвищення термічної стійкості наплавлених деталей за рахунок наплавлення підшару з низьковуглецевої низьколегованої сталі, яка має високу пластичність та втомну міцність. Розрахунок напружено-деформованого і структурного стану в процесі наплавлення й експлуатаційних циклічних термічних навантажень деталей типу прокатних валків, наплавлених інструментальною сталлю, без і з пластичним підшаром, показав, що за рахунок релаксації напружень, наплавлення із пластичним підшаром забезпечує зниження на 25...30 % напружень у найбільш навантаженому зовнішньому робочому шарі, у результаті чого на 30...35 % підвищується термічна стійкість наплавленої деталі. Експериментальні дослідження термічної стійкості наплавлених зразків й деталей підтвердили результати розрахунків.

5. Встановлено, що при дуговому наплавленні порошковими дротами внаслідок прояву ефекту структурної спадковості структура наплавленого металу змінюються в залежності від структури шихтових матеріалів порошкових дротів. При однаковому хімічному складі в структурі металу, наплавленого порошковим дротом із шихтою з порошків феросплавів, у тому числі високовуглецевого ферохрому, вміст карбідів в 1,2...1,3 рази більше, ніж у структурі металу, наплавленого дротом із шихтою з попередньо виплавленого й розпиленого високолегованого порошку. Відповідно більш високу зносостійкість мав перший тип наплавленого металу.

6. Металографічними й рентгеноструктурними дослідженнями встановлено, що при плазмово-порошковому наплавленні простежується ефект спадкування структури порошку ПГ-10Р6М5 наплавленим металом: при збільшенні змісту б-фази в порошку з 40 до 55 %, її зміст у наплавленому металі збільшується з 55 до 63 %. На розмір зерна й характер кристалізації наплавленого металу впливає також фракційний склад і мікроструктура порошку.

7. Запропоновано й експериментально підтверджений спосіб подрібнення структури й збільшення термічної стійкості зносостійкого наплавленого металу типу інструментальних сталей за рахунок введення в шихту наплавних порошкових дротів ультрадисперсних (? 70-80 нм) евтектичних карбідних композицій основних легуючих елементів - хрому, вольфраму, ванадію й ін. На відміну від модифікаторів і мікролегуючих добавок, які застосовуються для цієї мети і утворюють додаткову кількість включень, небажаних з погляду втомної міцності, у цьому випадку як центри кристалізації виступають ультрадисперсні карбіди легуючих елементів, які в будь-якому разі присутні в структурі наплавленого металу.

8. Встановлено, що введення в шихту порошкових дротів ПП-Нп-35В9Х3ГСФ, ПП-Нп-30Х4В2М2ФС і ПП-Нп-30Х2М2НСГФ ультрадисперсних евтектичних карбідних композицій спричиняє подрібнення структури наплавленого металу з 3-4 до 6-8 балів і більш дисперсний характер включень складних карбідів типу Ме₇С₃, Ме₂₃С₆, МеС, Ме₂С та ін. При використанні таких композицій ? на 20…30 % збільшується термічна стійкість наплавленого металу, що пояснюється його більш дрібною структурою й більшим вмістом мартенситу, що забезпечує залишкові напруження стиску в наплавленому металі.

9. Розроблені й захищені авторськими свідоцтвами на винаходи (3 а.с.) і патентами України (4 патенти) порошкові дроти для наплавлення деталей, що працюють в умовах різних видів зношування й циклічних навантажень. Нові наплавні порошкові дроти пройшли санітарно-гігієнічну й технологічну перевірку й включені в розроблені у від. № 2 ІЕЗ ім.Е.О.Патона Технічні умови України: ТУУ 05416923. 024-97; ТУУ 28.7.05416923.066-2002; ТУУ 28.7.05416923.073:2005, що дає можливість виробляти й використовувати ці дроти в промисловості.

10. Розроблені матеріали й технології використовуються у промисловості при наплавленні валків прокатних станів і великогабаритних деталей ГЗК. Застосування розроблених технологій і матеріалів забезпечує одержання якісного наплавленого металу, що має високу зносостійкість й втомну міцність при циклічних механічних або термічних навантаженнях. Економічний ефект, які отримано від наплавлення деталей устаткування ГЗК Кривого Рогу, становить 1439,0 тис.грн.

Основний зміст дисертації опублікований у наступних роботах

Монографії і статті в періодичних виданнях:

1. Разработка экспертной системы по технологиям наплавки/ И.В.Бочарников, П.В.Гладкий, В.Ф.Демченко, И.А.Рябцев// Автомат. сварка. - 1993. - № 9. - С.49-53.

2. Применение сталей ПНП в качестве наплавочных материалов для повышения усталостной прочности наплавленных деталей/Г.С.Микаелян, И.А.Рябцев, В.Г.Васильев, Т.А.Корниенко// Автомат. сварка. - 1993. - № 10. - С.34-36.

3. Фазовые и структурные превращения в наплавленном металле типа мартенситностареющей стали при скоростном нагреве/И.А.Кондратьев, И.А.Рябцев, В.Г.Васильев, Т.А.Корниенко //МиТОМ. - 1994. - № 7. - С. 33-36.

4. Микаелян Г.С., Рябцев И.А., Евтушенко В.В. Опыт восстановления валков для прокатки листового стекла//Автомат. сварка. - 1998. - № 3. - С. 49-50.

5. Рябцев И.А. Наплавленный металл. Классификация и назначение//Сварщик. - 1998. - № 4. - С. 18-20.

6. Рябцев И.А. Наплавочные материалы//Сварщик. - 1999. - № 1. - С. 20-22.

7. Рябцев И.А. Особенности технологии наплавки металлами различных типов//Сварщик. - 1999. - № 3. - С. 22-26.

8. Рябцев И.А., Кондратьев И.А. Механизированная электродуговая наплавка деталей металлургического оборудования. Справочное пособие.- Киев: Экотехнология, 1999. -62 с.

9. Kondratev I.A., Ryabtsev I.A. Mechanized Electric-Arc Surfacing. - Harwood academic publishers, 1999. - 100 p.

10. Рябцев И.А. Методы легирования наплавленного металла//Сварщик.- 1999. - № 5.- С. 22-25.

11. Рябцев И.А. Техника и технология механизированной электродуговой наплавки//Сварщик. - 1999. - № 6. - С. 22-25.

12. Рябцев И.А., Кусков Ю.М., Черняк Я.П. Формирование наплавленного металла на наклонных и вертикальных поверхностях//Автомат. сварка. - 2000. - № 4. - С.23-26.

13. Кусков Ю.М., Скороходов В.Н., Рябцев И.А., Сарычев И.С. Электрошлаковая наплавка. - М.: "Наука и технологии", 2001. - 179 с.

14. Восстановление крупногабаритных деталей оборудования горно-обогатительных комбинатов методами дуговой наплавки/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, Ю.А.Маховский и др.// Сварщик. - 2002. - № 1. - С. 6-9.

15. Износостойкость наплавленного металла системы легирования Fe-C-Cr-Ti-Mo /И.А.Рябцев, И.А.Кондратьев, В.Г.Васильев, Т.А.Корниенко//Автомат. сварка. - 2002. - № 4. - С. 48-51.

16. Порошковые проволоки для наплавки, разработанные в ИЭС им.Е.О.Патона/И.А.Рябцев, И.А.Кондратьев, А.П.Жудра, Г.А.Кирилюк//Сварщик. - 2002. - № 2. - С. 34-36

17. Рябцев И.А., Кузьменко О.Г. Свойства металла, наплавленного электрошлаковым способом с присадкой стружки стали 5ХНМ//Автомат. сварка. - 2002. - № 11. - С. 51-52.

18. Реновационные наплавочные технологии в металлургии и машиностроении /И.А.Рябцев, И.А.Кондратьев, Ю.М.Кусков, О.Г.Кузьменко//Металлургия машиностроения. - 2003. - № 1. - С.11-14.

19. Структура и свойства высокоуглеродистых высокованадиевых сплавов на железной основе для наплавки/Е.Ф.Переплетчиков, И.А.Рябцев, В.Г.Васильев, Х.Хайнце //МиТОМ. - 2003.- № 5. - С.36-40.

20. Санитарно-гигиеническая оценка порошковых проволок для электродуговой наплавки/О.Г.Левченко, И.А.Рябцев, В.А.Метлицкий, С.А.Грищенко//Автомат. сварка. - 2003. - № 8. - С. 42-47.

21. Моделирование неизотермического наращивания физически нелинейных тел и технологические приложения/И.К.Сенченков, Е.Турек, И.А.Рябцев, Г.А.Табиева //Научно-технический сб. «Теоретическая и прикладная механика». - Харьков. - вып. № 38. - 2003. - С. 109-114.

22. Кондратьев И.А., Рябцев И.А., Кусков Ю.М. Дуговая и электрошлаковая наплавка валков прокатных станов//Сварщик. - 2004. - № 1. - С.7-10.

23. Восстановление деталей конусной дробилки дуговой наплавкой/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, Я.П.Черняк, А.И.Поддубский //Сварщик. - 2004. - № 1. - С.16-18.

24. Восстановление колец опорно-поворотного устройства крана МКТ-250/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, Я.П.Черняк и др.//Сварщик. - 2004. - № 4. - С.35-38.

25. Вторичное твердение наплавленного металла типа дисперсионнотвердеющей стали системы легирования Fe-C-Ni-Cr-Si-Al-Cu/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, И.И.Рябцев и др.// Автомат. сварка. - 2004. - № 10. - С.7-11.

26. Рябцев И.А., Кондратьев И.А., Черняк Я.П. Исследование свойств наплавленного металла типа мартенситностареющих сталей//Автомат. сварка. - 2004. - № 10.- С.16-19.

27. Рябцев И.А. Наплавка деталей машин и механизмов. - Киев: Экотехнология, 2004. - 160 с.

28. Рябцев И.А. Электродные материалы для механизированных способов дуговой наплавки//Автомат. сварка. - 2005. - № 8. - С.55-60.

29. Восстановление крупногабаритных деталей оборудования горно-обогатительных комбинатов механизированной дуговой наплавкой/Ю.М. Кусков, В.А.Лебедев, И.А.Рябцев и др.//Автомат. сварка - 2005. - № 10. - С.60-62.

30. Расчет остаточных напряжений при многослойной спиральной наплавке цилиндрических деталей на основе теории наращивания вязкопластических тел/И.К.Сенченков, И.А.Рябцев, Г.А.Табиева, Е.Турык//Сварочное производство.- 2005. - № 9. - С.18-25.

31. Кондратьев И.А. Рябцев И.А. Черняк Я.П. Порошковая проволока для наплавки слоя мартенситностареющей стали// Автомат. сварка. - 2006 - № 4. - С. 50-53.

32. Расчет структуры и напряжений в цилиндрических деталях при многослойной наплавке/И.К.Сенченков, Е.Турык, И.А.Рябцев, О.П.Червинко//Сб. «Математичні проблеми механіки неоднорідних структур». - т. 1. - Львів. - 2006. - С. 160-162.

33. Рябцев И.А. Структурная наследственность в системе исходные материалы-металлический расплав-твердый металл//Автомат. сварка. - 2006. - № 11. - С.11-16.

34. Відновлення зношених деталей дуговим напівавтоматичним та автоматичним наплавленням/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, И.А.Кондратьев и др.//«Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин». Зб.ст. - Київ: ІЕЗ, 2006.- С. 538-543.

35. Оцінка міцності від утомленості зубів великомодульних шестерен, відновлених дуговим наплавленням/І.К.Сенченков, О.П.Червінко, І.О.Рябцев, О.Г.Кузьменко//Там же. - С. 543-548.

36. Технологический модуль УД-690 для восстановления посадочных мест главного вала эскалатора типа ЭТ в условиях машинного зала метрополитена/В.И.Дворецкий, Ю.В.Демченко, И.А.Рябцев и др.// Сварщик. - 2006. - № 6. - С. 11-13.

37. Рябцев И.А., Кусков Ю.М., Рябцев И.И. Наплавочный сплав с повышенным эффектом вторичного твердения//Материаловедение, - 2006. - № 12. - С. 37-42.

38. Материалы и энергосберегающие технологии наплавки для восстановления и изготовления деталей машин и механизмов/ И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, И.А.Кондратьев и др.//Автомат. сварка. - 2007. - № 3 - С. 21-26.

39. Рябцев И.А., Кусков Ю.М. Наплавочные материалы для механизированных способов дуговой наплавки// Сб.ст. «Сварка и родственные процессы в промышленности». - Київ: ІЕЗ, 2007.- С. 50-56.

40. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка. - Киев: Экотехнология, 2007. - 292 с.

41. Рябцев И.А. Переплетчиков Е.Ф., И.А.Бартенев. Влияние исходной структуры и гранулометрического состава порошка на структуру металла 10Р6М5, наплавленного плазменным способом //Автомат. сварка. - 2007. - № 10 - С.23-28.

42. Исследование термомеханического состояния цилиндрических деталей, наплавленных слоями аустенитной и мартенситной сталей/И.К.Сенченков, О.П.Червинко, Е.Турык, И.А.Рябцев// Сварочное производство. - 2007. - № 8. - С. 6-13.

43. Кусков Ю.М., Рябцев И.А., Демченко Ю.В. Восстановление дуговой наплавкой под флюсом штоков и плунжеров шахтных гидрокрепей//Сварщик. - 2008. - № 2 - С.6-11.

44. Структура наплавленного металла типа графитизированных заэвтектоидных сталей/И.А.Кондратьев, И.А.Рябцев, И.Л.Богайчук, Д.П.Новикова//Автомат.сварка. - 2008. - № 7. - С. 20-24.

45. Рябцев И.А., Кондратьев И.А. Наплавка штампового инструмента для горячего деформирования металла слоем мартенситностареющей стали//Сварщик - 2009. - № 4. - С. 6-8.

46. Влияние ультрадисперсных карбидов в порошковых проволоках на свойства теплостойкого наплавленного металла/ И.А.Рябцев, И.А.Кондратьев, Н.Ф.Гадзыра и др. //Автомат. сварка. - 2009. - № 6. - С. 13-16.

47. Сенченков И.К., Рябцев И.А, Червинко О.П. Расчет остаточных и циклических напряжений при многослойной наплавке и оценка их влияния на усталостную прочность и термическую стойкость наплавленного металла. - Сб.статей «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій,споруд та машин». - Київ: ІЕЗ, 2009. - С. 595-601.

48. Структура и износостойкость наплавленного металла 20Х5М2ФС, легированного серой и фосфором/И.А.Рябцев, И.И.Рябцев, Я.П.Черняк и др.//Автомат. сварка. - 2009. - № 10. - С. 24-29.

49. Структура и свойства высокомаргенцевого наплавленного металла/И.А.Рябцев. И.А.Кондратьев, Я.П.Черняк и др.// Автомат.сварка. - 2010. - № 4. - С. 11-13.

50. Исследование структуры и эксплуатационных свойств наплавленного металла для восстановления и упрочнения прокатных валков/И.А.Рябцев, И.А.Кондратьев, В.Г.Васильев и др.//Автомат. сварка. - 2010. - № 7. - С. 14-18.

51. Расчетный метод оценки термической стойкости наплавленного металла/ И.К.Сенченков, И.А.Рябцев, О.П.Червинко, И.А.Кондратьев//Сварочное производство. - 2010. - № 7. - С. 3-8.

Тези докладів і доклади на конференціях та семінарах:

1. Гладкий П.В., Рябцев И.А., Жудра А.П. Материалы и оборудование для восстановления и упрочнения деталей наплавкой//Сб. трудов конференции "Организация и технология ремонта механизмов, машин и оснастки". Киев: общ-тво "Знание" , 1996. - С. 35-39.

2. Кондратьев И.А., Рябцев И.А. Опыт ИЭС им.Е.О.Патона в разработке материалов и технологий наплавки валков трубопрокатных станов//Сб. "Трубокон-2001", Материалы 2-й Международной научно-практической конференции по проблемам совершенствования и эксплуатации трубной продукции. - Днепропетровск, 2001. - С. 116-119.

3. Наплавка штампов горячего деформирования/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, И.А.Кондратьев и др.//The XV Jubilee International Scientific and Technological Conference “Design and Technology of Drawpieces and Die Stampings”: Conference Proceedings. - Poznan, Poland: INOP, 2002. - С.130-136.

4. Рябцев И.А. Кондратьев И.А., Кусков Ю.М. Наплавка валков прокатных станов. Научно-технический семинар «Прогрессивные технологии сварки в промышленности». 20-22 мая 2003, г. Киев. Тезисы докладов. - Киев: УИЦ ”Наука. Техника. Технология”, 2003. с. 6-8.

5. Моделирование процесса наращивания термоупругих тел с использованием обобщенной теории течения/И.К.Сенченков, Е.Турек, И.А.Рябцев, Г.А.Табиева//Сб. Математические проблемы механики неоднородных структур. - Львов: ин-т прикладных проблем механики и математики НАНУ, 2003. - С. 29-31.

6. Рябцев И.А., Кузьменко О.Г., Кондратьев И.А. Электродуговая и электрошлаковая наплавка штампового инструмента//8 Международная научно-техническая конференция «Проблемы сварки, металлургии и родственных технологий». (Тбилиси. 6-9 октября 2003 г). - Сб. трудов. - Тбилиси, 2003. - С.249-255.

7. Рябцев И.А., Кусков Ю.М., Рябцев И.И. Precipitation-hardening high-carbon steel for surfacing of dies//The XVI International Scientific and Technological Conference “Design and Technology of Drawpieces and Die Stampings”: Conference Proceedings. - Poznan, Poland: INOP, 2004. - Р.351-359.

8. Численное моделирование многослойной наплавки цилиндрических деталей/И.К.Сенченков, Г.А.Табиева, И.А.Рябцев, Е.Турык//Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надежность и ремонт машин», т.1. - Орел: ОрелГАУ, 2004. - С.145-150.

9. Численное моделирование остаточных напряжений и деформаций при многослойной наплавке цилиндрических деталей/ И.К.Сенченков, И.А.Рябцев, Г.А.Табиева, Е.Турык//Сб.трудов Второй междунар. конф. «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах». - Киев: ИЭС им.Е.О.Патона НАНУ, 2004. - С. 237-242.

10. Рябцев И.А. Наплавочные материалы, разработанные в ИЭС им.Е.О.Патона, для механизированных способов дуговой наплавки//Сб.материалов семинара «Организация современного сварочного производства при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования». - Воронеж: ВГТУ. - 2005. - С. 42-50.

11. Опыт автоматической и полуавтоматической дуговой наплавки деталей в различных отраслях промышленности/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, Я.П.Черняк и др.//Сб.материалов семинара «Сварка и родственные технологии». - Киев: ИЭС им.Е.О.Патона. - 2006. - С. 52-56.

12. Дуговая наплавка деталей в горнометаллургической и машиностроительных отраслях промышленности/И.А.Рябцев, Ю.М.Кусков, И.А.Кондратьєв и др.//Сб.ст. Материалы 7-й международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий». (29-31 мая 2007 г., г.Ялта). - Киев: АТМ Украины, 2007.- С. 160-162.

13. Математическое моделирование восстановительно-упрочняющей наплавки изношенных деталей вблизи концентратора напряжений/И.К.Сенченков, И.А.Рябцев, О.П.Червинко, О.Г.Кузьменко//Сб.трудов IV Межд. конф. «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах». - (Пос. Кацивели, Крым, 27-30 мая 2008 г). - Киев: ИЭС им.Е.О.Патона. - С. 38.

14. Червинко О.П., Сенченков И.К., Рябцев И.А. Численное моделирование остаточных напряжений при наплавке деталей с концентраторами напряжений//Праці міжнар. конф. “Сучасні проблеми механіки і математики” в 3-х том. - Львів, 2008. - Т. 1. - С. 118-119.

15. Влияние пластичного подслоя на термическую стойкость наплавленного металла 25Х5МСГФ/И.А.Рябцев, А.А.Бабинец, И.И.Рябцев, В.А.Жданов//Матеріали третьої всеукраїнської міжгалузевої науково-технічної конференції "Зварювання та споріднені процеси та технології" (31.03-02.04. 2010, Київ). - Київ: НТУУ КПІ, 2010. - С.65-66.

16. Расчет остаточных и циклических напряжений при многослойной наплавке и оценка их влияния на усталостную прочность и термическую стойкость наплавленного металла/И.К.Сенченков, И.А.Рябцев, О.П.Червинко и др.//Тез. доп. міжнар. наук.-техн. конф. „Сучасні проблеми трібології”. - (Київ, 19-21 травня 2010 р). - Київ, 2010. - С.103.

Авторські свідоцтва і патенти.

1. Катренко В.Г., Кассов В.Д., Рябцев И.А. Состав сердечника порошковой проволоки для износостойкой наплавки. А.С. № 1580726 от 14 марта 1991.

2. Микаелян Г.С., Гладкий П.В., Рябцев И.А. Порошковая проволока для механизированной наплавки. А.С. № 1600182 от 22 июня 1992.

3. Микаелян Г.С, Гладкий П.В., Рябцев И.А. Способ электродуговой наплавки чугунных деталей. А.С. N 1771144 от 22 октября 1992.

4. Микаелян Г.С, Гладкий П.В., Рябцев И.А. Состав сплава. А.С. № 1833282 от 17 сентября 1993.

5. Каленский В.К., Черняк Я.П., Рябцев И.А. Порошковая электродная проволока для сварки и наплавки стальных изделий. Патент Украины №39646 с приоритетом от 24.11.2000, опубликован Бюл. № 9. 15.09.2003.

6. Рябцев И.А., Кусков Ю.М., Рябцев И.И., Склад сталі для наплавлення. Патент України № 75682, В32К 35/00. Опубл.15.05.06. Бюл. №5

7. Рябцев И.А., Кондратьев И.А., Черняк Я.П. Порошковий дріт для наплавлення. Патент Украины UA № 81996. Опубликован Бюл.№ 4, 25.02.2008.

8. Порошковий дріт для наплавлення під флюсом/ Рябцев І.І., Міщенко Д.Д., Рябцев И.А. и др. Патент Украины UA №88686, опубликован Бюл. № 21, 10.11.2009.

Анотація

Рябцев І.О. Відновлення та зміцнення методами наплавлення деталей, що експлуатуються в умовах зношування й різних видів циклічних навантажень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.06 - «Зварювання та споріднені процеси і технології». Інститут електрозварювання ім.Є.О.Патона НАН України, Київ. 2010 р.

Робота присвячена створенню узагальненого підходу до наплавляємої деталі як багатошарової конструкції, кожний із шарів якої вносить свій внесок у напружено-деформований стан деталі в цілому й впливає на її експлуатаційні властивості, термін служби й можливість багаторазового відновного наплавлення.

На основі сучасних моделей в'язкопластичної неізотермічної течії, термо- кінетичних діаграм розпаду переохолодженого аустеніту наплавленого й основного металів з використанням чисельного методу кінцевих елементів розроблена методика розрахунку залишкового напружено-деформованого й структурного стану циліндричних і плоских деталей при одно- і багатошаровому наплавленні і їх впливу на втомну міцність при циклічних механічних або термомеханічних навантаженнях. Розрахунки підтверджені випробуваннями термічної й механічної втомної міцності наплавлених зразків та деталей.

Розроблено спосіб подрібнення структури й збільшення термічної стійкості зносостійкого наплавленого металу типу інструментальних сталей за рахунок введення в шихту наплавних порошкових дротів ультрадисперсних евтектичних карбідних композицій основних легуючих елементів - хрому, вольфраму, ванадію й ін.

Проведені дослідження дозволили розробити нові високоефективні наплавні матеріали й технології наплавлення деталей, що експлуатуються в умовах різних видів зношування та циклічних механічних або термомеханічних навантажень.

Ключові слова: наплавлення, зносостійкість, втомна міцність, термічна втома, напружено-деформований стан, наплавленій метал, наплавні матеріали, технології наплавлення.

Abstract

Ryabtsev I.O. Restoration and hardening by surfacing methods of parts, maintained in the conditions of wear process and various kinds of cyclic loadings. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of doctor of technical sciences on specialty 05.03.06 "Welding and related processes and technologies". The E.O.Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kiev, 2010.

This work is devoted to creation of the generalized approach to surfaced part as to the multilayered design, each of which layers brings the contribution to the is intense-deformed condition of a part as a whole and influences its operational properties, service life and possibility of repeated regenerative surfacing.

On the basis of modern models of adherent-plastic not isothermal flow, thermokinetic diagrams of disintegration of the overcooled austenite of surfaced and core metals with the use of a numerical method of finite elements the calculating method of the residual intense-deformed and structural state of cylindrical and flat details is developed at one- and multilayered surfacing and its influence on fatigue durability at cyclic mechanical or thermomechanical loadings. Calculations are confirmed by tests of thermal and mechanical fatigue durability of surfaced samples and parts.

The way of crushing of structure and increase of thermal firmness wearproof of surfaced metal of tool steel type at the expense of introduction in mixture of surfacing powder wires nano- dimensional carbide compositions of the basic alloying elements - chrome, tungsten, vanadium is developed and experimentally confirmed, etc.

The conducted researches have allowed to develop new highly effective surfacing materials and technologies of surfacing of parts maintained in conditions of wear process and cyclic mechanical or thermomechanical loadings.

Key words: surfacing, wear resistance, fatigue durability, thermal weariness, intense-deformed state, surfaced metal, surfacing materials, technologies of surfacing.

Аннотация

Рябцев И.А. Восстановление и упрочнение методами наплавки деталей, эксплуатирующихся в условиях изнашивания и различных видов циклических нагрузок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05 „Сварка и родственные процессы и технологии”. - Інститут электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины. Киев. 2010 г.

Диссертация посвящена разработке теоретических представлений о наплавляемой детали как многослойной конструкции, каждый из слоев которой имеет свое функциональное назначение и вносит свой вклад в напряженно-деформированное состояние детали в целом и влияет на её эксплуатационные свойства, срок службы и возможность многократной восстановительной наплавки.

На основе современных моделей вязкопластического неизотермического течения, термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита наплавленного и основного металлов с использованием численного метода конечных элементов разрабо-тана методика расчета остаточного напряженно-деформированного и структурного состояния цилиндрических и плоских деталей при одно- и многослойной наплавке и их влияния на усталостную прочность при циклических механических или термомеханических нагрузках. Расчеты подтверждены испытаниями термической и механической усталостной прочности наплавленных образцов и деталей.

Разработана методика и проведен расчет напряженно-деформированного и структурного состояния в процессе наплавки и эксплуатационных циклических термических нагрузок деталей типа прокатных валков, наплавленных инструментальной сталью, без и с пластичным подслоем. Расчетами установлено, что наплавка с пластичным подслоем обеспечивает снижение на 25…30 % напряжений в наиболее нагруженном наружном рабочем слое, в результате чего примерно на 35 % повышается термическая стойкость наплавленной детали. Экспериментальные исследования термической стойкости наплавленных образцов подтвердили результаты расчетов.

Для управления структурой и свойствами наплавленного металла предложено использовать эффект структурной наследственности в системе электродный (присадочный) материал-сварочная ванна-наплавленный металл. Установлено, что при дуговой наплавке на структуру и износостойкость наплавленного металла влияет способ подготовки шихтовых материалов и их структура. При одинаковом химическом составе в структуре металла, наплавленного проволокой с шихтой из порошков ферросплавов, в том числе высокоуглеродистого феррохрома, содержание карбидов ? 1,2…1,3 раза больше, чем в структуре металла, наплавленного проволокой с шихтой из предварительно выплавленного и распыленного ысоколегированного порошка. Эффект структурной наследственности предложено использовать для измельчения структуры и увеличения термической стойкости износостойкого наплавленного металла типа инструментальных сталей за счет введения в шихту наплавочных порошковых проволок ультрадисперсных эвтектических карбидных композиций основных легирующих элементов - хрома, вольфрама, ванадия и др.

Проведенные исследования позволили разработать новые высокоэффективные наплавочные материалы и технологии наплавки деталей, эксплуатирующихся в условиях изнашивания и циклических механических или термомеханических нагрузок. Разработанные материалы и технологии наплавки прошли опытно-промышленную проверку и используются на горно-обогатительных комбинатах и на металлургических предприятиях Украины.

Ключевые слова: наплавка, износостойкость, усталостная прочность, термическая усталость, напряженно-деформированное состояние, наплавленный металл, наплавочные материалы, технологии наплавки.

Размещено на Allbest.ru