автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств при нанесении на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна

кандидат технических наук

Санкина,
Ольга Владимировна

город

Кемерово

год

2010

специальность ВАК РФ

05.16.01

Автореферат диссертации по теме "Формирование структуры и свойств при нанесении на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна"

На правах рукописи

Санкина Ольга Владимировна

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИ НАНЕСЕНИИ НА СТАЛЬ ИЗНОСОСТОЙКОГО СЛОЯ НЕЛЕГИРОВАННОГО БЕЛОГО ЧУГУНА

Специальность: 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004604095

Новокузнецк - 2010

004604095

Работа выполнена на кафедре технологии металлов и ремонта машин ФГОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт» и кафедре физики металлов и новых материалов ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор М.В. Чибряков

доктор технических наук, профессор B.C. Биронт

кандидат технических наук А.П. Кушнаренко

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Томский политехнический университет» г. Томск

Защита диссертации состоится « 8 » июня 2010 года в 12-00 на заседании диссертационного совета Д212.252.01 при ГОУ ВПО «Сибирский государственной индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк Кемеровской области, ул. Кирова, 42, факс (3843) 465792; е-таИ: <1521225201 (^Ьзш.га.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « 5 » мая 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.252.01, у /

д.т.н., профессор t / Ъ&г V Нохрина О.И.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время любая промышленность нуждается в новых износостойких материалах, которые не изменяют своих свойств под влиянием различных внешних воздействий.

В качестве материалов для износостойких покрытий используются дорогостоящие сплавы, такие как сормайт, высоколегированный чугун и другие материалы, содержащие в своем составе большое количество дефицитных легирующих элементов - хром, никель, вольфрам, молибден, кобальт и другие, резко увеличивающие себестоимость изготовления изделий.

При использовании более дешевого нелегированного чугуна в процессе электродуговой его наплавки часть углерода выделяется в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, резко снижающего прочность и износостойкость нанесенного слоя, а оставшаяся часть углерода в цементите, не обеспечивает необходимого уровня твердости и износостойкости.

В результате проведенных исследований научной школой д.т.н., профессора В.К. Афанасьева, разработаны способы получения нелегированного белого чугуна, в структуре которого при охлаждении расплава с любой скоростью не образуется графитная фаза.

В сельскохозяйственном производстве рабочие органы почвообрабатывающих машин и орудий (лемехи плугов, стрельчатые лапы культиваторов и сеялок, диски лущильников и др.) для обеспечения достаточного уровня прочности и вязкости изготавливают из углеродистой или низколегированной конструкционной стали с содержанием углерода от 0,45 до 0,75% с последующей упрочняющей термообработкой - закалкой и отпуском. Такая термообработка не обеспечивает достаточного уровня абразивной износостойкости в работе при контакте лезвия с почвой, поэтому на него наносится, чаще всего с помощью наплавки, определенный слой более износостойкого, но дорогостоящего материала.

Поэтому, применение более дешевого нелегированного белого чугуна в качестве материала для износостойких покрытий стали, отработка технологии их нанесения, исследование получаемых структуры и свойств, являются актуальными.

Цель работы. Изучение основных закономерностей формирования структуры и свойств износостойкого слоя при наплавке деталей машин и агрегатов нелегированным белым чугуном.

Задачи работы.

1. Проанализировать способы обработки расплава чугуна и способы получения нелегированного чугуна без выделений графита.

2. Исследовать изменения структуры чугуна после термоциклической обработки.

3. Разработать оптимальные режимы нанесения слоя нелегированного белого чугуна на сталь для получения износостойкого покрытия нужной толщины.

4. Исследовать структуру и свойства наплавленного износостойкого слоя.

Научная новизна.

1. Проведен анализ влияния условий наплавки на изменение микроструктуры и свойств наплавленного на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна.

2. Установлено, что износостойкость наплавленного слоя нелегированного белого чугуна не уступает по характеристикам упрочнению деталей машин и агрегатов дорогостоящими высоколегированными сплавами.

3. Разработан и применен способ электроискровой наплавки нелегированного белого чугуна для получения износостойкого слоя необходимой толщины.

4. Проведены исследования микроструктуры нелегированного белого чугуна после наплавки и установлено отсутствие графитовых включений в структуре наплавленного чугуна, предварительно прошедшего высокотемпературную термоциклическую обработку (ВТЦО).

Практическая значимость.

Совокупность экспериментальных исследований позволила:

1. Разработать способ термоциклической обработки чугуна (Патенты Российской Федерации №2322515; №2322516; №2306353).

2. Разработать способ электроискровой наплавки вращающимся электродом, изготовленным из нелегированного белого чугуна.

3. Использовать физическую природу и закономерности формирования механических свойств и структуры при электроискровой наплавке для выбора оптимальных режимов нанесения износостойкого покрытия из нелегированного белого чугуна.

4. Результаты исследований использованы при проведении производственных испытаний в условиях сельскохозяйственных предприятий Кемеровской области, а также для создания учебно-методического комплекса по дисциплинам «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» и «Надежность и ремонт машин» в Кемеровском государственном сельскохозяйственном институте.

Предмет защиты.

1. Особенности микроструктуры чугуна после термоциклической обработки и наплавки.

2. Способ электроискровой наплавки нелегированного белого чугуна вращающимся электродом.

3. Особенности структуры и свойств наплавленного на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна, подвергнутого ВТЦО.

4. Зависимости способа нанесения покрытия из нелегированного белого чугуна, толщины и износостойкости нанесенного слоя от технологических режимов наплавки.

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, научной постановке задач исследования, применении способа электроискровой наплавки вращающимся электродом и отработке технологических режимов, выполнении металлографических исследований и испытании механических

свойств упрочненных деталей сельскохозяйственных машин, анализе полученных результатов.

Достоверность и обоснованность результатов. Подтверждается использованием научно-обоснованных методов исследования и не противоречит известным научным результатам других исследователей в данной области.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:

- научно-практической конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика», г. Кемерово, 2003;

- Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество», г. Новокузнецк, 2003;

- Международной научно-практической конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика», г. Кемерово, 2004;

- Третьей научной конференции молодых ученых вузов «Агро-образования» Сибирского федерального округа «Инновационное развитие аграрного производства в Сибири», г. Кемерово, 2005;

- 8-й международной практической конференции-выставки «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки», г. Санкт -Петербург, 2006;

- Научно-практической конференции «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири» Специализированная выставка-ярмарка «Агро-Сибирь» 17-20 октября 2006, г. Кемерово;

- V Международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа. «Современные тенденции развития АПК в России», г. Красноярск, 2007;

- Международной научно-практической конференции посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова «Машино-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири», п. Краснообск г. Новосибирск, 2008;

- 6-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», Новосибирск, 2008;

- IV Международная научно-практическая конференция 5-6 февраля 2009 г. «Аграрная наука - сельскому хозяйству», Барнаул, 2009;

- VIII Международной научно-практической конференции «Инновации -приоритетный путь развития агропромышленного комплекса» 20-22 октября 2009, г. Кемерово, 2009.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 19 печатных работах, из них 1 статья в издании, рекомендованном ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций, получено 3 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, приложения, содержит 22 таблицы, 50 рисунков и список литературы из 120 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, изложены основные положения диссертации, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации основных результатов работы.

В первой главе проведен патентно-литературный обзор, отражающий состояние вопроса на данный период времени. Проведен анализ способов получения и применения белых нелегированных чугунов, способов упрочнения деталей машин и агрегатов.

В результате проведенного комплексного анализа, сделан вывод о возможности применения белого нелегированного чугуна в качестве наплавочного материала.

Во второй главе представлены материалы и методика исследований.

Для наплавки рабочих органов почвообрабатывающих машин использовался нелегированный белый чугун, полученный способом термоциклирования. Его состав следующий, в %: 3,8-4,2 С, 0,75 Si, 0,24 Мп, 0,08 S, 0,08 Р, остальное - Fe. Предлагаемый способ обработки чугуна экономичен, обеспечивает удаление графита и повышение предела прочности на 70-140 МПа, а твердости - на 230-260 МПа.

Из данного чугуна заливкой в металлические формы были изготовлены электроды, с помощью которых наплавлялись рабочие органы сельскохозяйственных машин электродуговым и электроискровым способами.

Металлографический анализ проводился с помощью многофункционального оптического микроскопа «OPTON» с выходом (с помощью видеокамеры «SIEMENS») на ПК. Просмотр микроструктуры проводился как на микроскопе, так и на мониторе при увеличении х110, х260, хЗОО, х450, х500. Фотографирование микроструктуры в операционной оболочке «WINDOWS» проводилось с помощью программы «TVTap». В отдельных случаях изучение микроструктуры и съемка ее на негативную пленку проводилась на оптическом металлографическом микроскопе МБИ-6.

Микроструктура доменного (передельного) чугуна изучалась на шлифах, изготовленных по ГОСТ 6456-75 (укороченный способ мокрой шлифовки).

Производилось измерение твердости по методу Роквелла и микротвердости по методу Виккерса.

Термическая обработка чугунных образцов проводилась при разных температурах.

Нагрев от 820 до 850°С проводили в электропечах сопротивления СНОЛ -1,3.2,5 1/9 с рабочим пространством 160x250x100 мм и разбегом температуры в рабочем пространстве ±5°С. Доверительный интервал для проведения термообработки ДТ/2=±22°С.

Контроль температуры осуществляли с помощью термопары хромель-алюмель и потенциометра постоянного тока ПП-63 (класса 0,5).

В третьей главе изучено влияние термоциклической обработки на структуру чугуна.

Рассмотрено влияние обработки с нагревом при 700-750 °С и разных способах охлаждения - в холодной воде, в кипящей воде, с печью и на воздухе на микроструктуру серого чугуна. В металлической основе серого чугуна без термической обработки присутствовали ферритные дендриты и перлит пластинчатый. После 20 циклов термоциклической обработки с охлаждением в кипящей воде появился перлит зернистый, по телу дендритов выделился мелкодисперсный графит. В случае термоциклической обработки с охлаждением на воздухе было отмечено дробление пластинок перлита.

Исследовалось влияние термоциклической обработки, предусматривающей циклический нагрев от комнатной температуры до 900-950°С, выдержку и охлаждение в холодной воде, кипящей воде, на воздухе и с печью на микроструктуру серого чугуна. Металлографическим анализом установлено, что после такой термоциклической обработки с охлаждением в воде количество графита несколько уменьшилось, что обусловлено его растворением в матрице.

Проводилась высокотемпературная термоциклическая обработка (ВТЦО), которая заключалась в расплавлении чугуна, нагреве до 1550 С, выдержке 20 минут, охлаждении до 1350°С, выдержке 20 минут, повышении температуры до 1550°С и последующей заливке с различной скоростью кристаллизации путем охлаждения на воздухе (асбестовая подложка), в медной изложнице, стальной изложнице и в воде. Количество подобных циклов достигало 10.

а - без обработки; б - 3 цикла ВТЦО

Рисунок 1 - Влияние ВТЦО в интервале 1350-1550°С на микроструктуру чугуна после охлаждения. х110

На рисунке 1 показаны микроструктуры образцов чугуна без проведения циклической обработки и после нее. Достаточно трех циклов ВТЦО. чтобы предотвратить выделение графита после охлаждения (рисунок 1. б).

В четвертой главе приведены выбор способа и технология нанесения износостойкого покрытия.

После изучения различных приемов нанесения износостойких покрытий нами были выбраны способы электродуговой наплавки и электроискровой наплавки вращающимся электродом. В процессе нанесения покрытия вторым способом осуществляют непрерывное удаление дефектного слоя с рабочей поверхности электрода.

Предлагаемый способ электроискрового нанесения покрытия иллюстрируется схемой, изображенной на рисунке 2.

Электрод 1, подключенный к положительному полюсу источника тока, вращают и перемещают по поверхности детали 2, подключенной к отрицательному полюсу источника тока, при этом одновременно в процессе нанесения покрытия с рабочей поверхности вращающегося электрода осуществляется непрерывное удаление дефектного слоя зачищающим инструментом 3 (например, шлифовальным кругом).

1 - электрод; 2 - деталь; 3 - шлифовальный круг

Рисунок 2 - Способ электроискрового нанесения покрытия

Электроды для наплавки были изготовлены в условиях ОАО "Юргинский машиностроительный завод" заливкой расплава чугуна подвергнутого ВТЦО в специально изготовленный кокиль. Электроды трапециевидного сечения применялись для нанесения покрытий электродуговым способом, как в открытой воздушной среде (наплавка постоянным током), так и в среде защитных газов (аргона).

Для того чтобы получить образцы для электроискровой наплавки вращающимся электродом заливка расплава чугуна после ВТЦО, производилась в земляные формы. Отливались образцы диаметром 25 мм и длиной 150 мм. В структуре таких электродов также полностью отсутствовали выделения графита.

Наплавка лемехов электродуговым способом выполнялась с тыльной стороны, а геометрическое построение рисунка наплавки велось тремя способами (рисунок 3).

При первом способе (рисунок 3, а) лемех наплавлялся сплошной полосой шириной 25-30 мм с уширением к носовой части.

Второй способ (рисунок 3, б) наплавки состоял в нанесении отдельных полос на высоту 25-30 мм с расстояниями между ними 5-7 мм. Причем, носок

лемеха наплавлялся более частыми полосками, так как он подвергается более интенсивному износу.

Третий способ наплавки (рисунок 3, в) заключался в нанесении наплавленного слоя в виде зубчиков на высоту 25-30 мм с расстоянием между ними 25-30 мм. Такой способ наплавления необходим для того, чтобы при полевых испытаниях после определенной наработки на ненаплавленной режущей кромке образовывались выемки, а кромка с наплавленным слоем представляла собой зубцы. Таким образом, основа, представленная сталью, будет подвергаться интенсивному абразивному износу, а наплавленный более износостойкий слой будет изнашиваться меньше. В итоге сам лемех будет представлять собой прототип зубчатого, испытывающего меньшее удельное сопротивление. _

а - наплавка сплошной полосой; б - наплавка отдельных полос; в - нанесение наплавки отдельными зубчиками

Рисунок 3 - Геометрическое построение рисунка наплавки лемехов

Дуговая наплавка создает большой слой наплавленного металла, но идет значительный разогрев основного металла с образованием протяженной зоны термического влияния. Электроискровой способ почти не нарушает структуры основного металла из-за быстрого затвердевания наплавляемого слоя. Но в то же время, существуют недостатки данного способа - малая толщина нанесенного покрытия. Величина слоя увеличивается за счет применения вращающегося электрода диаметром 25 мм и, в результате этого, глубина наплавленного слоя доходит до 1 мм. Для увеличения износостойкости необходим слой толщиной 4-5 мм. Этого можно добиться увеличением числа проходов.

На рисунке 4 представлены сравнительные фотографии неупрочненных и упрочненных лемехов, а также упрочненных стрельчатых лап культиватора.

Рисунок 4 - Фотографии неупрочненного (верхний лемех) и упрочненных лемехов (а) и стрельчатых лап (б) до полевых испытаний

В пятой главе представлены экспериментальные исследования микроструктуры и свойств металла после наплавки нелегированным белым чугуном.

Наплавленные лемехи плугов и стрельчатые лапы культиваторов подвергались металлографическому исследованию. Для этого из стрельчатых лап и лемехов вырезались образцы в сечениях перпендикулярных режущему лезвию по всей длине.

При электродуговой наплавке обычным чугуном (без проведения ВТЦО) и охлаждении металла часть углерода выделяется в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, резко снижающего прочность наплавленного слоя. Оставшаяся часть углерода не обеспечивает достаточную для работы твердость и износостойкость. Из рисунка 5 отчетливо видно образование в наплавленном слое пластинчатых графитовых включений - так называемых "трещин" в металлической основе (темная составляющая структуры) и снижение микротвердости при переходе: основной металл - наплавленный слой -поверхность (квадратные отпечатки).

Рисунок 5 - Микроструктура стали 55 после электродуговой наплавки эвтектическим чугуном и замера микротвердости. х450.

Анализ структуры наплавленного электродуговым способом слоя чугуна, подвергнутого ВТЦО, выявил отсутствие выделений графита после каждого из

применяемых способов наплавки (рисунок 6, а). Структура материала во всех случаях перлито-цементитная. по сравнению со структурой серого чугуна, содержащей выделения пластинчатого графита, получаемой при наплавке обычным чугуном.

Электродуговым способом наплавки можно получить практически любую толщину наплавляемого материала, осуществляя обработку за один или несколько проходов.

Рисунок 6 - Микроструктура наплавленного слоя (а) и зоны термического влияния (б) после электродуговой наплавки чугуна на сталь 55, хЗОО.

Однако данный вид обработки ведет к сильному разогреву основного металла в прилегающей зоне и, как следствие, к образованию крупнозернистой структуры в зоне термического влияния (рисунок 6, б).

Необходимо заметить, что полученный нами экспериментальный нелегированный белый чугун, имеет довольно высокую прочность (450 - 510 МПа) и наследственность сохранения структуры от выделений графита. После термической обработки твердость чугуна может быть повышена до НЯС 58-67 с гарантированным отсутствием закалочных трещин. Перечисленное позволяет считать, что данный белый чугун без выделений графита, в любых сечениях отливаемых заготовок, является перспективным материалом, составляющим серьезную конкуренцию легированным сталям, в том числе применяемым для изготовления сельскохозяйственного инструмента.

На рисунке 7 представлены структуры отожженных и термообработан-ных образцов после электроискровой наплавки. Прослеживается наличие трех зон: основного металла, переходной зоны и зоны наплавленного металла. Переходная зона (зона сцепления), согласно литературным данным, является основной, определяющей качество наплавленного соединения. При анализе соединений, полученных электродуговой наплавкой электродами из сормайта. было установлено, что кроме укрупнения зерна основного металла, в переходной зоне имеются участки графитизации, которые являются готовыми трещинами и будут приводить к выкрашиванию наплавленного слоя (рисунок 8). При электроискровой наплавке чугуном (рисунок 7) наблюдается

переходная зона малой протяженности и роста зерна в переходной зоне и наплавляемом изделии не наблюдается.

а - закалка с 830°С, в воде, режим наплавки: и=40В, 1=50А, 290 об/мин; б - отжиг при 830°С, режим наплавки: и=40В. 1=50А, 890 об/мин

Рисунок 7 - Микроструктура образцов, вырезанных из наплавленной электроискровым способом, стрельчатой лапы культиватора (сталь 65Г). хЗОО

а х260 6x110

а - сталь 65Г - сормайт 1; б - сталь 65Г - нелегированный белый чугун

Рисунок 8 - Микроструктура соединений наплавленных электродуговым способом

Лемехи плугов (сталь 55) и стрельчатые лапы (сталь 65 Г) перед наплавкой подвергались термической обработке, которая заключалась в следующем:

- закалка с 830°С, в воде и после наплавки низкий отпуск при 200"С;

- отжиг при 830°С, охлаждение с печью.

Показано, что наплавленный металл лемехов и стрельчатых лап состоит из ледебурита и перлита, и нет образований графита. В переходной зоне также не наблюдается графитообразования.

В таблице 1 приведены результаты испытания механических свойств термоциклированного чугуна. При сравнении, можно заметить, что термоциклированный чугун без выделений графита гораздо прочнее, чем высокопрочный с шаровидным графитом. В то же время, механические свойства всех легированных чугунов содержащих десятки процентов легирующих элементов гораздо ниже, чем прочность термоциклированного чугуна.

Таблица 1 - Механические свойства термоциклированного чугуна

Чугун Число циклов Механические свойства

Ов, МПа HB, МПа

Термоциклированный 2 300-350 410-430

6 360-400 440-480

10 400-450 510-530

Известный (высокопрочный) - 230-260 210-217

Были произведены замеры твердости после наплавки лемехов плугов и стрельчатых лап культиваторов. Твердость наплавленного материала после обработки и характер получаемых структур приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Твердость и структура наплавленного материала

Способ наплавки Твердость, HRC Вид структуры

Электродуговая ручная 53-57 Перлито-цементитная

Дуговая в среде аргона 52 -55 Перлито-цементитная

Газовая кислородно-ацетиленовая 48-52 Перлито-цементитная

Электроискровая вращающимся электродом 65-67 Перлито-цементитная

На рисунке 9 представлена зависимость твердости от толщины наплавленного слоя отожженной стрельчатой лапы. Видно, что ее значения после наплавки в поверхностном слое составляют в среднем 850 - 920 единиц по Виккерсу. Снижение твердости от переходного слоя к основному металлу незначительно - до 420 - 380 HV.

При увеличении числа оборотов вращающегося электрода наблюдается повышение твердости наплавленного слоя, но при этом происходит резкое её снижение твердости в переходном слое, и в то же время, наплавленный слой получается примерно равным 0,8 - 1 мм, что считается тонким.

^ 1000 800

" 200 0

0 0,27 0,42 0,57 0,72 0,87 1,02 1,17 1,32 1,47 1,62 1,77 1,92 2,07 2,22 2,52 Толщина слоя, мм

--290 об/мин --141 об/мин -»-890 об/мин —111 oSmhh

Рисунок 9 - Твердость лапы стрельчатой, отожженной при 830°С, с нанесением покрытия по режиму U=40 В, 1=50А

Анализируя зависимость твердости от толщины наплавленного слоя у отожженного лемеха (рисунок 10), закаленной стрельчатой лапы (рисунок 11) и закаленного лемеха (рисунок 12) при разных режимах обработки можно сделать следующие выводы.

При обработке отожженного лемеха по режиму U=20 В, 1=45 А стабильная твердость наблюдается при 111 об/мин, в то же время максимальная твердость наблюдается при 141 об/мин, при этом толщина слоя незначительная - 0,18 мм.

Для нанесения упрочняющего слоя на закаленную стрельчатую лапу по режиму U=30 В, 1=40А оптимальным числом оборотов является 290 об/мин, толщина наплавленного слоя составляет 0,85 мм без большого спада твердости в переходном слое и основном металле.

1400 1200 1000 J 800 | 600 S 400

О...............

О 0,18 0,33 0,48 0,54 0,84 1,14 1,44 1,74 2,04 2,34 2,64 2,94 Толщина слоя, мм

» 111 об/мин ——890 об'мин л 141 об/мин

Рисунок 10 - Твердость лемеха, отожженного при 830°С, с нанесением покрытия по режиму U=20 В, 1=45А

э, 1000

Х- 800 л

гпг

М—к.

—»

0 0,12 0,3 0,45 0,54 0,84 1,14 1,44 1,74 2,04 2,34 2,64 2,94 3,24 Толщина слоя, мм

-141 об/мин -

-111 об/мин -

-290 об/мин —890 об/мин

Рисунок 11 - Твердость лапы стрельчатой, закаленной с 830 С, в воде и с нанесением покрытия по режиму и=30 В, 1=40А

О 0,24 0,39 0,54 0,69 0,99 1,29 1,59 1,74 1,89 2,04 2,22 2,52 2,82 Толщина слоя, мм

——141 об/мин -»-890 об/мин —*—290 об/мин

Рисунок 12 - Твердость лемеха, закаленного с 830°С, в воде и с нанесением покрытия по режиму и=40 В, 1=55Л

У закаленного лемеха, обработанного по режиму и=40 В, 1=55А, максимальная твердость отмечена при 290 об/мин. При данной обработке толщина наплавленного слоя составляет 1,9 мм и твердость в среднем 800 НУ.

Также проводилось измерение износостойкости. Определение износостойкости наплавленного слоя осуществлялось в соответствии с рекомендациями ГОСТ 23.208-79. Использовался метод испытания на износостойкость наплавленных поверхностей при трении его о нежестко закрепленные абразивные частицы.

Для получения эталонного образца были использованы рабочие органы почвообрабатывающих машин, наплавленные сормайтом, как наиболее часто применяемые в производстве, но имеющие большую стоимость. Полученные данные по износостойкости эталонных образцов и образцов после электроискровой наплавки приведены на рисунке 13.

1--1 - -^эталонн лемех за отожжен -о—лапа ото -X—лапа зак. - 1й образец каленный: 40 ный лемех: 4 жженная: 30 аленная: 40 Е - В, 55А, 290 В, 50А, 141 В, 45А, 290 О , 50А, 240 об - б/мин об/мин /мин мин -

О 10 20 30 40 50

Время работы, ч

Рисунок 13 - Сравнительная износостойкость эталонного и наплавленных по различным режимам образцов

Проверка износостойкости наплавленного слоя также производилась натурными испытаниями почвообрабатывающих машин в полевых условиях. На почвообрабатывающую машину кроме лемехов и стрельчатых лап, упрочненных термической обработкой (закалка+отпуск), устанавливались детали, наплавленные сормайтом и опытные образцы, обработанные по различным режимам. После определенной наработки машины (измеряемой в гектарах) проводился замер геометрических размеров рабочего органа и сравнивался с исходным до обработки. Данные этих замеров внесены в таблицу 4.

Таблица 4 - Износ лемеха и стрельчатой лапы в зависимости от наработки

Наработка, га Износ, мм

№ лемеха № стрельчатой лапы

1 2 3 1 2 3

10 0,5 0,3 0,25 0,5 0,32 0,2

50 2,3 1,5 1,8 2,7 1,5 1,1

100 4,2 3,4 2,4 5,5 3,2 2,3

150 6,1 4,5 3,7 7,2 4,6 3,1

200 8,5 6,7 4,4 9,4 5,8 4,2

250 10,6 8,2 5,4 13,3 8,2 5,1

Причем, промежуточный и конечный контроль не выявили разницы в износе лемехов наплавленных сормайтом и нелегированным белым чугуном без выделений графита. Опытные лемехи проработали без замены в течение всего сезона, выполняемых работ при вспашке и показали износостойкость в три раза большую, чем износостойкость лемехов, подвергнутых только термообработке.

Сравнительные полевые испытания опытных стрельчатых лап. после проведения посевных работ и лап, наплавленных сормайтом, показали их равноценный износ.

В то же время стоимость лемехов и стрельчатых лап, наплавленных белым нелегированным чугуном, примерно в три раза меньше, чем наплавка сормайтом.

В работе также приведены результаты использования наплавки белым нелегированным чугуном рабочих органов других сельскохозяйственных машин.

Наплавлялась рабочая часть сита зернодробилки КДУ-2 (размер 390x670 мм). Упрочнение производилось вращающимся электродом из нелегированного белого чугуна. Обработке подвергалось пятьдесят процентов рабочей поверхности. Граница раздела проходила по оси сита, для обеспечения работы в равных условиях. После пятидесяти часов работы сито достигло предельного состояния.

На необработанной (контрольной) поверхности сита из-за значительного износа, произошло разрушение перемычек между отверстиями (рисунок 14. а). Осмотр обработанной поверхности показал, что в «просветах», находящихся в «тени» упрочненных зон. материал основы не подвергался воздействию абразива. На рисунке 14.6 выделены данные участки.

а - неупрочненные электроискровой наплавкой; б - упрочненные электроискровой наплавкой

Рисунок 14-Фрагменты сита зернодробилки КДУ-2

Электроискровой наплавке также подвергались детали молотки зернодробилки КДУ-2. Результаты испытаний показали, что данные инструменты работают в абразивной среде в два-три раза больше штатных, и имеют такую же стойкость, как и молотки, обработанные сплавом типа «Сормайт». В то же

время упрочнение нелегированным белым чугуном экономически выгоднее, так как стоимость упрочненного молотка в 2-2,5 раза ниже, чем обработанного дорогостоящими высоколегированными сплавами.

По результатам работы сделаны основные выводы.

Основные выводы

1. Проведен систематический анализ научных исследований по применению сплавов для повышения стойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин, который позволил предложить использование нелегированного белого чугуна в качестве материала для нанесения износостойких покрытий, вместо дорогостоящих высоколегированных сплавов.

2. Выполненные металлографические исследования показали, что при наплавке режущей части почвообрабатывающего инструмента обычным чугуном, часть углерода идет на образование графита, что уменьшает долю, идущую на образование износостойкой фазы - цементита.

3. Выбран и опробован способ термоциклической обработки расплава для получения нелегированного белого чугуна после охлаждения с любой скоростью обработки.

4. Экспериментально установлено, что после любых способов наплавки слоя чугуна, прошедшего предварительную термоциклическую обработку, сохраняется наследственность структуры не образовывать выделений графита в нанесенном слое.

5. Разработана технология, изготовлена оснастка и получены экспериментальные образцы электродов для нанесения износостойкого покрытия из нелегированного белого чугуна на режущую часть почвообрабатывающего инструмента.

6. Разработан способ электроискровой наплавки нелегированного белого чугуна вращающимся электродом, позволяющий получить необходимую толщину наплавляемого слоя, без существенного изменения структуры и свойств исходного материала.

7. Отработана технология нанесения электроискровой наплавкой вращающимся электродом износостойкого слоя необходимой толщины, изучены структура и свойства поверхностных и промежуточных слоев.

8. Получены экспериментальные зависимости влияния режимов электроискровой наплавки вращающимся электродом на микроструктуру и твердость поверхностного слоя почвообрабатывающего инструмента.

9. Впервые в условиях сельскохозяйственных предприятий Кемеровской области проведены полевые испытания почвообрабатывающих машин, рабочие органы которых упрочнены наплавкой нелегированным белым чугуном.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях

1. Чибряков, М.В. Использование нелегированного белого чугуна для наплавки почвообрабатывающего инструмента [Текст] / М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина), И.Н. Бадин // Сб. тезисов научно-практической конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного

производства в Сибири: наука, техника, практика»), / Кемерово, 2003. - С. 98 -99.

2. Чибряков, М.В. Наплавка рабочих органов почвообрабатывающих машин нелегированным белым чугуном [Текст] / М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина), И.Н. Бадин // Сб. трудов Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество», под общей редакцией С.М. Кулакова. СибГИУ, г. Новокузнецк, 2003. - С. 111 -115.

3. Чибряков, М.В. Термоциклическая обработка расплава чугуна применяемого для наплавки почворежущего инструмента [Текст] / М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Сб. трудов: «Вестник КемГСХИ». Вып.1. / Кемерово, 2004. - С. 173 - 178.

4. Коновалов, И.Н. Повышение износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин наплавкой чугуном [Текст] / И.Н. Коновалов, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Материалы докладов студенческой научно-практической конференции «Совершенствование сельскохозяйственной техники», / г. Кемерово, 2004. - С. 5 - 6.

5. Корнева, О.В. (Санкина, О.В.) Возможности применения нелегированного белого чугуна [Текст] / О.В. Корнева (О.В. Санкина), И.Н. Бадин // Сб. материалов международной научно-практической конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика», / Кемерово 2004. - С. 185 - 187.

6. Чибряков, М.В. Применение нелегированного белого чугуна для повышения износостойкости [Текст] / М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкнина), И.Н. Бадин //Сб. научных трудов «Новые материалы и технологии в машиностроении». Вып. 3,/Брянск2004.- С. 117-118.

7. Бадин, И.Н. Формирование микрорельефа режущей кромки рабочих органов сельскохозяйственных машин (ножей роторных косилок) при электроискровой наплавке [Текст] / И.Н. Бадин, О.В. Корнева (О.В. Санкина), Р.Н. Дубоделов // Сб. материалов третьей научной конференции молодых ученых вузов «Агрообразования» Сибирского федерального округа «Инновационное развитие аграрного производства в Сибири». Т.1 / Кемерово, 2005. - С. 47 - 50.

8. Воротилина, В.А. Физические основы электроискровой наплавки [Текст] / В.А. Воротилина, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Сб. материалов 4-й студенческой научной конференции. Студенческая наука для решения приоритетных задач аграрного сектора, Кемерово, 2006. - С. 160 - 162.

9. Терехин, В.Н. Упрочнение деталей, работающих в незакрепленной абразивной массе [Текст] / В.Н. Терехин, И.Н. Бадин, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Материалы 8-й международной практической конференции-выставки 11-14 апреля 2006 г. в 2-х частях. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки / Издательство политехнического университета, Санкт - Петербург, 2006. - С. 214 - 216.

10. Бадин, И.Н. Оптимизация параметров упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин электроискровой наплавкой [Текст] / И.Н. Бадин,

O.B. Корнева (O.B. Санкина) И Сб. материалов научно-практической конференции «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири» Специализированная выставка-ярмарка «Агро-Сибирь» 17-20 октября 2006 / Кемерово, 2006. - С. 236 - 238.

11. Корнева, О.В. (Санкина, О.В.) Применение нелегированного белого чугуна в качестве наплавочного материала при электроискровой наплавке [Текст] / О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Материалы V Международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа. «Современные тенденции развития АПК в России» Часть 2, 26-30 марта 2007 / Красноярск, КрасГАУ, 2007. - С. 62 - 64.

12. Константинов, A.B. Упрочнение электроискровой наплавкой лемехов, стрельчатых лап [Текст] / A.B. Константинов, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Материалы студенческой научной конференции «Достижения и перспективы студенческой науки аграрных вузов Сибирского федерального округа». Сб. материалов VI-й конференции студентов. 16-19 апреля 2007 / Кемерово, КемГСХИ, 2007. - С. 270 - 271.

13. Бадин, И.Н. Применение наплавки для упрочнения сит зернодробилки [Текст] / И.Н. Бадин, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // «Машино-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири» Материалы Международной научно-практической конференции посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова, 9-11 июня 2008., п. Краснообск / Новосибирск, 2008. - С. 78 - 82.

14. Афанасьев, В.К. Применение электродов из нелегированного белого чугуна для получения высокопрочных наплавленных соединений [Текст] / В.К. Афанасьев, М.В. Масляев, О.В. Корнева (О.В. Санкина) и др. // «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» Материалы 6-й Всероссийской научно-практической конференции 28 марта 2008г. / Новосибирск, 2008. - С. 15-17.

15. Чибряков, М.В. Микроструктура поверхностного слоя стали после наплавки белым чугуном [Текст] / М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина), И.Н. Бадин и др. // «Аграрная наука - сельскому хозяйству» Сборник статей в 3 кн. IV Международная научно-практическая конференция 5-6 февраля 2009 г. / Барнаул, Изд-во АГАУ, 2009 - С. 271 - 274.

16. Корнева, О.В. Микроструктура наплавленного слоя [Текст] / О.В. Корнева (О.В. Санкина), И.Н. Бадин / Вестник Кемеровского государственного сельскохозяйственного института №3 // Кемерово, 2009. - С. 145 - 149.

17. Фунтов B.C. Микроструктура наплавленного слоя, полученного электроискровой наплавкой белым нелегированным чугуном [Текст] / B.C. Фунтов, О.В. Корнева (О.В. Санкина), И.Н. Бадин // «Наука и студенты: новые идеи и решения» Сборник материалов VIII внутривузовской научно-практической студенческой конференции 23 апреля 2009. / Кемерово, Кемеровский ГСХИ, 2009. - С. 96 - 99.

18. Санкина О.В. Микроструктура и микротвердость наплавленного слоя стрельчатой лапы культиватора и лемеха после наплавки белым

нелегированным чугуном [Текст] / О.В. Санкина, И.Н. Бадин // «Кузбасская агропродовольственная неделя 2009» Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции «Инновации приоритетный путь развития агропромышленного комплекса» 20-22 октября 2009. / Кемерово, Кемеровский ГСХИ: Информационно-издательский отдел, 2009.-С. 229-234.

19. Афанасьев, В.К. Новый материал - наплавочные электроды из доменного чугуна без выделений графита [Текст] / В.К. Афанасьев, М.В. Попова, М.В. Масляев, В.Н. Толстогузов, М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина) // Металлургия машиностроения. - 2007 - №3 - С. 2 - 5.

20. Чугун [Текст]: пат. 2306353 Рос. Федерация: МПК С 21 Б 5/02 / В.К. Афанасьев, М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина), В.Н. Толстогузов, М.В. Масляев; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет. - № 2006113298; заявл. 19. 04. 2006; опубл. 20.09.2007, Бюл. № 26, 2007 - 3 с.

21. Способ термоциклической обработки чугуна [Текст]: пат. 2322515 Рос. Федерация: МПК С 21 О 5/02 / В.К. Афанасьев, М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина), В.Н. Толстогузов, С.Н. Старовацкая; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет.

- № 2006113499; заявл. 20. 04. 2006; опубл. 20.04.2008, Бюл. № 11, 2008 - 3 с.

22. Способ термоциклической обработки чугуна [Текст]: пат. 2322516 Рос. Федерация: МПК С 21 Б 5/02 / В.К. Афанасьев, М.В. Чибряков, О.В. Корнева (О.В. Санкина), В.Н. Толстогузов, С.Н. Старовацкая; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет.

- № 2006113500; заявл. 20. 04. 2006; опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11, 2008 - 3 с.

Тираж 100 экз.

Издательство Кемеровского государственного сельскохозяйственного института 650056. Кемерово, ул. Марковцева, 5. тел. 66-00-14

Оглавление автор диссертации — кандидат технических наук Санкина, Ольга Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЧУГУНАХ И СПОСОБАХ

УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН.

1.1 Классификация чугунов.

1.1.1 Нелегированные чугуны.

1.1.2 Легированные чугуны.

1.1.3 Современные составы и способы получения чугуна.

1.2 Состояние вопроса о графитизации чугунов.

1.2.1 Новые представления о роли газосодержания в чугунах.

1.2.2 Водородный механизм формирования выделений графита.

1.2.3 Прогрессивные способы получения чугуна без выделений графита.

1.3 Основные способы нанесения износостойких покрытий

1.3.1 Дуговая наплавка в среде углекислого газа.

1.3.2 Индукционная наплавка.

1.3.3 Наплавка в среде активных газов.

1.3.4 Наплавка с использованием концентрированных источников нагрева.

1.3.5 Электроискровая наплавка.

1.3.6. Способы повышения износостойкости наплавленного слоя.

1.3.6.1 Легирование.

1.3.6.2 Термическая обработка.

1.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Подбор состава чугуна для исследований.

2.2 Методика металлографических исследований.

2.3 Методы определения свойств.

2.4 Термическая обработка.

ГЛАВА 3 ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

НА СТРУКТУРУ ЧУГУНА.

3.1 Влияние температуры нагрева.

3.1.1 Термоциклическая обработка с нагревом в интервале 700-750°С.

3.1.2 Термоциклическая обработка с нагревом в интервале 900-950°С

3.2 Влияние времени нагрева.

3.2.1 Влияние времени нагрева в интервале 700 - 1000°С.

3.2.2 Термоциклическая обработка с нагревом в интервале

980- 1020 °С.

3.2.3 Влияние наводороживания и последующего старения на микроструктуру и твердость.

3.3 Высокотемпературная термоциклическая обработка с нагревом в интервале 1350-1550°С.

3.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 4 ВЫБОР СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ

ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ

4.1 Способ электроискрового нанесения покрытия.

4.2 Технология изготовления электродов для электродуговой и электроискровой наплавки.

4.3 Выводы по главе.

ГЛАВА 5 ЭКПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ПОСЛЕ НАПЛАВКИ НЕЛЕГИРОВАННЫМ БЕЛЫМ ЧУГУНОМ

5.1 Микроструктура наплавленного металла и переходных зон.

5.2 Результаты исследования механических свойств.

5.2.1 Твердость и микротвердость.

5.2.2 Износостойкость наплавленного слоя.

5.3 Перспективы использования результатов работы.

5.4 Производственные испытания.

5.5 Выводы по главе.

Введение 2010 год, диссертация по металлургии, Санкина, Ольга Владимировна

Актуальность работы. В настоящее время любая промышленность нуждается в новых износостойких материалах, которые не изменяют своих свойств под влиянием различных внешних воздействий.

В качестве материалов для износостойких покрытий используются дорогостоящие сплавы, такие как сормайт, высоколегированный чугун и другие материалы, содержащие в своем составе большое количество дефицитных легирующих элементов - хром, никель, вольфрам, молибден, кобальт и другие, резко увеличивающие себестоимость изготовления изделий.

При использовании более дешевого нелегированного чугуна в процессе электродуговой его наплавки часть углерода выделяется в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, резко снижающего прочность и износостойкость нанесенного слоя, а оставшаяся часть углерода в цементите, не обеспечивает необходимого уровня твердости и износостойкости.

В результате проведенных исследований научной школой д.т.н., профессора В.К. Афанасьева, разработаны способы получения нелегированного белого чугуна, в структуре которого при охлаждении расплава с любой скоростью не образуется графитная фаза.

В сельскохозяйственном производстве рабочие органы почвообрабатывающих машин и орудий (лемехи плугов, стрельчатые лапы культиваторов и сеялок, диски лущильников и др.) для обеспечения достаточного уровня прочности и вязкости изготавливают из углеродистой или низколегированной конструкционной стали с содержанием углерода от 0,45 до 0,75% с последующей упрочняющей термообработкой - закалкой и отпуском. Такая термообработка не обеспечивает достаточного уровня абразивной износостойкости в работе при контакте лезвия с почвой, поэтому на него наносится, чаще всего с помощью наплавки, определенный слой более износостойкого, но дорогостоящего материала.

Поэтому, применение более дешевого нелегированного белого чугуна в качестве материала для износостойких покрытий стали, отработка технологии их нанесения, исследование получаемых структуры и свойств, являются актуальными.

Цель работы. Изучение основных закономерностей формирования структуры и свойств износостойкого слоя при наплавке деталей машин и агрегатов нелегированным белым чугуном.

Задачи работы.

1. Проанализировать способы обработки расплава чугуна и способы получения нелегированного чугуна без выделений графита.

2. Исследовать изменения структуры чугуна после термоциклической обработки.

3. Разработать оптимальные режимы нанесения слоя нелегированного белого чугуна на сталь для получения износостойкого покрытия нужной толщины.

4. Исследовать структуру и свойства наплавленного износостойкого слоя.

Научная новизна.

1. Проведен анализ влияния условий наплавки на изменение микроструктуры и свойств наплавленного на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна.

2. Установлено, что износостойкость наплавленного слоя нелегированного белого чугуна не уступает по характеристикам упрочнению деталей машин и агрегатов дорогостоящими высоколегированными сплавами.

3. Разработан и применен способ электроискровой наплавки нелегированного белого чугуна для получения износостойкого слоя необходимой толщины.

4. Проведены исследования микроструктуры нелегированного белого чугуна после наплавки и установлено отсутствие графитовых включений в структуре наплавленного чугуна, предварительно прошедшего высокотемпературную термоциклическую обработку (ВТЦО).

Практическая значимость.

Совокупность экспериментальных исследований позволила:

1. Разработать способ термоциклической обработки чугуна (Патенты Российской Федерации №2322515; №2322516; №2306353).

2. Разработать способ электроискровой наплавки вращающимся электродрм, изготовленным из нелегированного белого чугуна.

3. Использовать физическую природу и закономерности формирования механических свойств и структуры при электроискровой наплавке для выбора оптимальных режимов нанесения износостойкого покрытия из нелегированного белого чугуна.

4. Результаты исследований использованы при проведении производственных испытаний в условиях сельскохозяйственных предприятий Кемеровской области, а также для создания учебно-методического комплекса по дисциплинам «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» и «Надежность и ремонт машин» в Кемеровском государственном сельскохозяйственном институте.

Предмет защиты.

1. Особенности микроструктуры чугуна после термоциклической обработки и наплавки.

2. Способ электроискровой наплавки нелегированного белого чугуна вращающимся электродом.

3. Особенности структуры и свойств наплавленного на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна, подвергнутого ВТЦО.

4. Зависимости способа нанесения покрытия из нелегированного белого чугуна, толщины и износостойкости нанесенного слоя от технологических режимов наплавки.

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, научной постановке задач исследования, применении способа электроискровой наплавки вращающимся электродом и отработке технологических режимов, выполнении металлографических исследований и испытания механических свойств упрочненных деталей сельскохозяйственных машин, анализе полученных результатов.

Достоверность и обоснованность результатов. Подтверждается использованием научно-обоснованных методов исследования и не противоречит известным научным результатам других исследователей в данной области.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:

- научно-практической конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика», г. Кемерово, 2003;

- Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество», г. Новокузнецк, 2003;

- Международной научно-практической конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика», г. Кемерово, 2004;

- Третьей научной конференции молодых ученых вузов «Агро-образования» Сибирского федерального округа «Инновационное развитие аграрного производства в Сибири», г. Кемерово, 2005;

8-й международной практической конференции-выставки «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки», г. Санкт — Петербург, 2006;

- Научно-практической конференции «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири» Специализированная выставка-ярмарка «Агро-Сибирь» 17-20 октября 2006, г. Кемерово;

- V Международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа. «Современные тенденции развития АПК в России», г. Красноярск, 2007;

- Международной научно-практической конференции посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова «Машино-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири», п. Краснообск г. Новосибирск, 2008;

- 6-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», Новосибирск, 2008;

- IV Международная научно-практическая конференция 5-6 февраля 2009 г. «Аграрная наука — сельскому хозяйству», Барнаул, 2009;

- VIII Международной научно-практической конференции «Инновации - приоритетный путь развития агропромышленного комплекса» 20-22 октября 2009, г. Кемерово, 2009.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 19 печатных работах, из них 1 статья в издании, рекомендованном ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций, получено 3 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, приложения, содержит 22 таблицы, 50 рисунков и список литературы из 120 наименований.

Заключение диссертация на тему "Формирование структуры и свойств при нанесении на сталь износостойкого слоя нелегированного белого чугуна"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен систематический анализ научных исследований по применению сплавов для повышения стойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин, который позволил предложить использование нелегированного белого чугуна в качестве материала для нанесения износостойких покрытий, вместо дорогостоящих высоколегированных сплавов.

2. Выполненные металлографические исследования показали, что при наплавке режущей части почвообрабатывающего инструмента обычным чугуном, часть углерода идет на образование графита, что уменьшает его долю, идущего на образование износостойкой фазы — цементита.

3. Выбран и опробован способ термоциклической обработки расплава для получения нелегированного белого чугуна после охлаждения с любой скоростью.

4. Экспериментально установлено, что после любых способов наплавки слоя чугуна, прошедшего предварительную термоциклическую обработку, сохраняется наследственность структуры не образовывать выделений графита в нанесенном слое.

5. Разработана технология, изготовлена оснастка и получены экспериментальные образцы электродов для нанесения износостойкого покрытия из нелегированного белого чугуна на режущую часть почвообрабатывающего инструмента.

6. Разработан способ электроискровой наплавки нелегированного белого чугуна вращающимся электродом, позволяющий получить необходимую толщину наплавляемого слоя, без существенного изменения структуры и свойств исходного материала.

7. Отработана технология нанесения износостойкого слоя необходимой толщины электроискровой наплавкой вращающимся электродом, изучены структура и свойства поверхностных и промежуточных слоев.

8. Получены экспериментальные зависимости влияния режимов электроискровой наплавки вращающимся электродом на микроструктуру и твердость поверхностного слоя почвообрабатывающего инструмента.

9. Впервые в условиях сельскохозяйственных предприятий Кемеровской области проведены полевые испытания почвообрабатывающих машин, рабочие органы которых упрочнены наплавкой нелегированным белым чугуном.

БиблиографияСанкина, Ольга Владимировна, диссертация по теме "Металловедение и термическая обработка металлов"

1. Ледебур А. Металлургия чугуна, железа, стали / А. Ледебур СПб. : Издание книжного магазина В. Эриксон, 1898. - 361 с.

2. Сиско Ф. Т. Современная металлургия / Ф.Т. Сиско. М