Снижение абразивного износа рабочих элементов мельниц ударно-интегрального действия с использованием композиционных материалов TiC-TiNi

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.762.065: 536.2

Снижение абразивного износа рабочих элементов мельниц ударно-интегрального действия с использованием композиционных материалов TiC-TiNi

В.В. Акимов

А.Ф. Мишуров

А.Ю. Грязнов

Я.А. Сидорова

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), г. Омск, Россия

Аннотация

В работе представлена разработка композиционных материалов типа тугоплавкое соединение - переходный сплав. В качестве матрицы использовали сплав TiNi, обладающий высоким уровнем демпфирования. Применение данного связующего материала позволяет существенно повысить прочность, пластичность, теплостойкость и, тем самым, абразивную износостойкость бил дезинтеграторных установок в процессе эксплуатации. композиционный сплав демпфирование абразивный

Измельчительные установки с мелющими элементами высокой износостойкости апробированы в условиях производства и в настоящее время применяют в дорожно-строительных организациях.

Введение. В работе осуществлена разработка твердых безвольфрамовых сплавов типа тугоплавкое соединение - переходный сплав. В качестве связующей использовали сплав TiNi, обладающий высоким уровнем демпфирования. Применение такого связующего материала позволяет существенно повысить прочность, твердость, теплостойкость, абразивную износостойкость бил дезинтеграторных установок.

Твердые сплавы находят широкое применение в качестве инструментального и конструктивного материала, поэтому необходимо исследовать изменение прочности, теплостойкости, твердости таких сплавов при нагревании процессе эксплуатации. Оценить твердость и теплостойкость твердых сплавов на основе TiC можно при нагреве от комнатной температуры до 820єС, выдержке при этой температуре в течении 4 часов с последующим охлаждением образцов материалов и сравнением их с теплостойкостью быстрорежущих сталей Р18, Р6М5 и твердого сплава ВК8, находящихся при одинаковых условиях.

Методика эксперимента. Исследуемые образцы твердых сплавов готовили из смеси спрессованных порошков карбида титана и никелида титана с добавлением 6% раствора каучука в чистом бензине. Размер исходных частиц карбида титана составляет от 1 до 5 мкм, никелида титана от 1 до 50 мкм. Образцы получили холодным односторонним прессованием при давлении не выше 100…200 МПа. Вакуумное спекание проводили в печи СШВ 1,25/25 - UI-IPOO при давлении не выше Па и температуре 1350 єС в течении (5-15) минут с последующим охлаждением. Объемное содержание связующей фазы TiNi изменяли в пределах от 40 до 60 (об. %). Пористость спеченного материала оценивали гидростатическим методом. Фазовый состав образцов определяли на рентгеновской установке «ДРОН-3,0» с фильтрованным медным излучением. Образцы имели пористость от 1 до 3 (%) и шероховатость поверхности v("Ra" "1,25 - 0,63" ) [1].

Твердость образцов при комнатной температуре составляла (86-87) HRA. Изменение твердости после термической обработки при определенной температуре проводили пять раз на одном образце, потом вычислили среднюю твердость (табл.1) [2].

Нагрев образцов твердых безвольфрамовых сплавов проводили в печи СНО - 2,55.1,77/ 12, измерение температуры проводили контактным методом термопарой «хромель-алюмель» на столике прибора определения твердости по Роквеллу. Потом в образец внедряли алмазный конус при нагрузке весом в 60 кг, продолжительностью 20 с., с последующим снятием нагрузки и определением твердости HRA твердого сплава на приборе Роквелла по шкале А.

Результаты и обсуждения. В табл.1 представлены результаты измерения твердости сплавов 60TiC - 40TiNi, 50TiC - 50TiNi, 40TiC - 60TiNi. Видно, что происходит монотонное снижение твердости от HRA 86 до HRA (61-63) [3].

Таблица 1. Изменение твердости сплавов TiC - TiNi

Спеченные твердые сплавы не содержат кислорода, поэтому можно утверждать, что в процессе нагрева до (700-850) єС происходит упорядочение в связующей фазе TiNi структуры с утроенным параметром решетки CsCl. Это приводит к снижению твердости сплавов TiC - TiNi примерно на 20 HRA (табл.1). Аналогичные результаты были получены при анализе изменения твердости в сплавах ВК6, ВК8, ВК10 при нагреве до 700 єС [3,4,5,6].

Теплостойкость сплавов TiC - TiNi, быстрорежущей стали марок Р18 и Р6М5, твердых сплавов ВК8 определяли следующим образом. Образцы материалов нагревали до 620 єС или до 820 єС, с выдерживанием в печи в течении 4 ч, охлаждая вместе с печью до комнатной температуры. Твердость измеряли по Роквеллу (твердые сплавы по шкале HRA быстрорежущей стали по шкале HRC) и сравнивали ее с исходной.

Как показали исследования (табл.2) твердость сплавов TiC - TiNi оставалась неизменной, тоже самое наблюдается и у твердых сплавов ВК8, а твердость быстрорежущей стали Р18 и Р6М5 снизилась с (64-65) HRC до (56-57) HRC. Очевидно, что в быстрорежущей стали прошли процессы разупрочнения [7].

Таблица 2. Твердость сплавов после нагревания и 4-х часовой выдержки в печи

Эксперименты показали также, что в композиционных материалах TiC - TiNi не протекает процесс окисления при нагреве до 620 єС и наблюдается небольшой прирост массы образцов в процессе нагрева до 820 єС примерно на кг (табл.2, табл.3). Твердые сплавы ВК8 сильно окислились и разбухли, прирост массы образцов для них составил кг (табл.3). Произошло окисление связующей Со фазы, что привело к разупрочнению материала. В сплавах же на основе карбида титана твердость полностью сохранилась, разупрочнение материала не произошло (табл.3).

Таблица 3. Изменение массы твердых сплавов и быстрорежущих сталей при нагревании с 4-х часовой выдержкой

Выводы. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что твердые сплавы на основе TiC со связующей фазой из никелида титана обладают, достаточно высокой, теплостойкостью до 820 єС. Этот факт способствует использованию новых разработанных материалов для изделий (дезинтегральных бил), работающих в условиях интенсивного износа и значительных динамических нагрузок с уменьшением абразивного при температурах до 1000 єС.

Перспективным способом повышения прочности и твердости дезинтеграторных бил выбран наиболее доступный механический метод упрочнения твердых композитов - ТМО (термомеханическая обработка). При деформации твердосплавного композиционного материала (ТС КМ) происходит изменение микротвердости образцов. Причем глубина слоя, в котором происходит изменение свойств достаточно большая (1,5…2 мм) [8]. ТМО втулок с внутренним диаметром 17 мм, внешним диаметром 25 мм и высотой 30 мм из сплавов состава (50TiC - 40TiNi - 10Ti) об.% и (50TiC - 50TiNi) об.%, выполнялась на лабораторной установке [8,9]. Обкатанные и упрочненные твердосплавные материалы в виде рабочих элементов измельчительной установки показали снижение абразивного износа при получении порошков из кварцевых песков в 1,5…2 раза, по сравнению с рабочими элементами, изготовленными из стали 40, 45, 110Г13. Деформационный характер упрочнения билов подтверждается тем, что снижается отжигом при 1100 єС в течении 2 ч. Микротвердость отожженных билов снижается до микротвердости исходных материалов.

Библиографический список

1. Акимов В.В. Изучение процессов спекания и формирования структур сплавов на основе TiC с неравновесным состоянием связующей фазы TiNi / В.В. Акимов, Б.А. Калачевский, М.В. Пластинина и др. // Омский научный вестник. - Вып.19, - 2002. - С. 76-78.

2. Акимов В.В. Влияние состава твердых сплавов TiC- TiNi на их твердость при повышенных температурах / В.В. Акимов, М.С. Корытов // Омский научный вестник.-2005. - №3 (32). - С. 111-112.

3. Акимов В.В. Жаростойкость безвольфрамовых твердых сплавов TiC- TiNi в зависимости от объемного состава композиции при нагреве до высоких температур / В.В. Акимов, А.Ф. Мишуров, Е.В. Акимова// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2016.Т.59.№ 10.С. 688-691.

4. Amman E, Ifinnuber Y, Stal u // Eisen.1951.№ 71. С. 1081.

5. Панов В.С. Твердые сплавы WC-Co, легированные карбидом тантала. Обзор / В.С. Панов, А.А. Зайцев // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2015. - №2. - С. 44-48.

6. Орданьян С.С. Жаростойкость и жаропрочность легированных твердых сплавов WC-Co-Ni-RE(MN) / С.С. Орданьян, И.Б. Пантелеев, Т.В. Лукашова // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2010. - №2. - С. 23-25.

7. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. - М:Металлургия.- 1975. - 580с.

8. Акимов В.В. Деформационные упрочнения твердых композитов на основе TiC методом ТМО / Акимов В.В., Кузнецов А.И., Попов А.Ю. и др. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2005. - № 4.

9. Термомеханическое упрочнение твердосплавных пластин, используемых для обточки колесных пар / Попов А.Ю., Васильев Н.Г., Рауба А.А. // Жележнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы: Тех. доклад научн. практ. конф. - Омск, 1989. - С.83.

Размещено на Allbest.ru