Использование отходов машиностроительного производства в технологиях восстановления и упрочнения деталей машин и инструмента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование отходов машиностроительного производства в технологиях восстановления и упрочнения деталей машин и инструмента

Спеченные твердые сплавы имеют в современной технике очень большое значение. Основой большинства применяемых твердых сплавов является карбид вольфрама. Анализ исследовательских работ в области вольфрамсодержащих твердых сплавов показывает, что большинство из них связано с вопросом экономии вольфрама. Этот вопрос имеет весьма актуальное значение в связи с дефицитом, дороговизной и непрерывным расширением областей применения вольфрама. С экономией вольфрама тесно связаны мероприятия по сбору отходов твердых сплавов и их переработка. В отечественной и зарубежной промышленности в настоящее время применяют несколько методов переработки отходов твердых сплавов, которые в большинстве своем характеризуются крупнотоннажностью, энергоёмкостью, большими производственными площадями, малой производительностью, а также экологическими проблемами. Одним из перспективных методов получения порошка, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) [1, 2, 3].

Широкое использование метода ЭЭД для переработки вольфрамсодержащих твердых сплавов в порошки с целью их повторного использования сдерживается отсутствием в научно-технической литературе полноценных сведений по влиянию исходного состава, режимов и среды получения на свойства порошков и технологий практического применения. Поэтому для разработки технологий повторного использования порошков, полученных из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, и оценки эффективности их использования требуется проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований.

Кроме того, одной из основных проблем развития современного машиностроения является повышение качества, надежности и долговечности деталей, узлов и механизмов. Одной из основных причин выхода из строя является их изнашивание. При большом многообразии видов и механизмов изнашивания в машиностроении одной из актуальных проблем является повышение качества деталей, работающих в условиях абразивного и коррозионно-абразивного изнашивания, характерных для сельхозмашин, автомобилей, дорожно-строительных, пищеперерабатывающих машин, горнодобывающего оборудования и т.д. Эта проблема может быть решена за счет применения эффективных методов изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин путем применения специальных материалов, обеспечивающих получение покрытия с заданными физико-механическими свойствами. Такими материалами, с точки зрения цены и качества, являются, прежде всего, порошковые твердые сплавы, полученные из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

Целью настоящей работы являлось разработка технологий получения износостойких покрытий на деталях машин и режущем инструменте с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрам-содержащих твердых сплавов.

В результате проведенной аттестации порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, были определены их физические, химические, технологические свойства, а также их стоимость, которая составляет порядка 500 руб. за 1 кг.

Были разработаны рекомендации по использованию результатов исследований в технологиях восстановления и упрочнения деталей. Показана возможность изготовления из порошка, полученного из отходов твердого сплава Т15К6, цилиндрических электродов для упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием. Установлено, что основным элементом в порошках из сплава Т15К6 после их спекания является WС с размером зерна 1,07 мкм и пористостью 9,18% (рис. 1).

в) г)

Рис. 1. Морфология (а) и состав электродов для ЭИЛ из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т15К6, в точке: б) 1; в) 2; г) 3

износостойкий деталь режущий сплав

Предложенные электроды апробированы и внедрены в ООО «Завод по ремонту горного оборудования» Михайловского горно-обогатительного комбината г. Железногорск и ОАО «Геомаш» г. Щигры Курской области при упрочнении режущего инструмента ЭИЛ. Микроструктура покрытий, полученных ЭИЛ с использованием данных электродов, примеры упрочненного инструмента и некоторые свойства покрытий представлены на рисунке 2 и в таблице 1. Показано, что ст ойкость режущего инструмента, упрочненного с использованием предложенного электрода, повышается в 3,8…4,8 раза.

а) б)

Рис. 2. Микроструктура покрытий, полученных ЭИЛ с использованием электродов из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т15К6, Ч450: а) косой срез; б) поверхность покрытия

Примеры упрочненного инструмента ЭИЛ и их некоторые свойства

Разработана технология восстановления и упрочнения коленчатых валов двигателей СМД-18 плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. При этом на шейки коленчатого вала, изготовленного из стали 40Х, наносятся плазменные покрытия с добавлением порошков, полученных из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов к промышленной композиции порошков производства Тульского завода «Полема» по ТУ 14-22-26-90: ФМИ 1 (ПРГ4СР); ФМИ 3 (ПРХ11Н11ГЮСР); ПЖН4Д2М. Результаты исследования структуры и свойств покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава Т15К6 и ВК8 представлены на рисунках 3 и 4.

а) б)

Рис. 3. Микроструктура покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава, Ч 450: а) Т15К6 (вода); б) Т15К6 (керосин)

Отмечено, что плазменно-порошковая наплавка с использованием порошков сплава Т15К6, полученного в керосине осветительном, приводит к образованию трещин в покрытиях (см. рис. 3 б), что не допустимо, поэтому от его дальнейшего использования при наплавке отказались. Установлено, что твердость плазменных покрытий, полученных с добавлением порошков твердых сплавов к промышленному порошку, выше твердости покрытий, полученных с использованием только промышленного порошка. Показано, что твердость покрытий с добавлением порошка Т15К6 несколько выше, чем с добавлением порошка ВК8. Внедренная в ОАО «Краснополянская сельхозтехника» г. Курск технология показала, что стоимость восстановленного вала по данной технологии на порядок ниже стоимости нового вала при большем ресурсе последнего. В ООО «Сервис-Черноземье» г. Курск внедрена технология восстановления и упрочнения тарелок клапанов двигателей спортивных автомобилей ВАЗ-2113 плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

а) б)

Рис. 4. Свойства покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава Т15К6 (вода) и ВК8 (вода): а) твердость поверхности; б) относительная износостойкость (1 - ВК8; 2 - ТТ20К9; 3 - Т15К6, полученные в воде)

Разработана технология восстановления и упрочнения лемехов плугов электродуговой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. При этом на лемех плуга, изготовленного из стали 65Г, специально изготовленным электродом полого типа с порошком, полученным методом ЭЭД из сплава Т15К6 в воде, наносится износостойкое покрытие. Результаты исследования структуры и свойств покрытий, полученных электродуговой наплавкой с использованием порошков сплава Т15К6 представлены в таблице 2.

Установлено, что электродуговая наплавка с использованием порошков сплава Т15К6 способствует увеличению микротвердости в 2,1 раза и относительной износостойкости покрытий в 1,9 раза. Предложенная технология оп-робирорвана и внедрена в ОАО «КСТ». Эксплуатационные испытания показали, что срок службы упрочненных лемехов увеличился в два раза по сравнению с не упрочненными деталями.

Разработана технология восстановления и упрочнения поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания композиционными гальваническими покрытиями (КГП) на основе электролита железнения с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрам-содержащих твердых сплавов.

Установлено, что микроструктура КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов Т15К6 имеет более мелкодисперсную структуру, чем с порошками ВК8, а также большую микротвердость и износостойкость. Показано, что оптимальная концентрация порошка Т15К6 в электролите 100 г./л. Предложенная технология внедрена в ООО «НВА АГРОСЕРВИС» п. Коренево Курской области. Отмечено, что срок службы деталей, восстановленных с использованием разработанной технологии, увеличился в 1,4 раза при снижении их себестоимости в 2 раза по сравнению с новыми.

Рис. 5. Свойства КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов: а) микротвердость; б) относительная износостойкость (1 - ВК8; 2 - ТТ20К9; 3 - Т15К6, полученные в воде)

износостойкий деталь режущий сплав

Выводы:

Установлены взаимосвязи зависимости структуры, микротвердости и износостойкости покрытий, полученных электродуговой наплавкой, плазменно-порошковой наплавкой, электроискровым легированием, гальваническим методом, на деталях машин и инструменте от состава и свойств порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов вольфрам-содержащих твердых сплавов.

Разработаны технологии восстановления и упрочнения деталей методами плазменно-порошковой и электродуговой наплавки, позволяющие увеличить ресурс восстановленных деталей в 1,3…2 раза по сравнению с новыми.

Разработана технология восстановления и упрочнения деталей нанесением композиционных гальванических покрытий с использованием в качестве дисперсной упрочняющей фазы порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования, позволяющая увеличить ресурс восстановленных деталей в 1,4 раза по сравнению с новыми.

Разработана технология упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием с использованием в качестве электродного материала твердого сплава, полученного из отходов вольфрамсодержащих методом электроэрозионного диспергирования, позволившая увеличить в 3,8…4,8 раза стойкость режущего инструмента.

Литература

1. Аг еев Е.В. Выб ор м ет ода п олучения пор ошк овых ма тери а лов из отхо - дов спеченных твердых сплавов / Агеев Е.В., Семенихин Б.А. // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. - 2009. - Спец. вып.: Актуальные проблемы машиностроения. - С. 12-15.

Гадалов В.Н. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми способами: монография / В.Н. Гадалов, Е.В. Агеев и [др.] - М.: ИНФРА-М, 2011. - 468 с.

Ла тып ов Р.А. Сост а в и св ой ства порошк ов из отх одов тв ердых сп лавов ВК8 и Т15К6, полученных электроэрозионным диспергированием / Р.А. Латыпов, А.Б. Коростелев, Е.В. Агеев // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2010. - №7. - С. 2-7.

Размещено на Allbest.ru