автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение износостойкости деталей обогатительного оборудования

госспйсш

ОГДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ

АВДВШ НШ • СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ГОРНОГО ДЕЛА

ра правах рукописи

15ОТОШШО НАТАЛИ СЕРГЕЕВНА

УДК 537.543:621.762

пошшшик износостойкхти

ДЕТАЛЕЙ ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Спецнагшооть 05.05.06 - "Горние ишшгш"

Автореферат диссертации на соискание ученой стегшга каддидата тохютпеша наук

Новосибирск - 1952

Работа выполнена з Институте угля ордена Ленина Сибирского отделения Poco: Ясной Академик наук.

Научный руководитель - доктор технических каук

Логов Александр Борисович

Официальные ошоненга- доктор технических наук, профессор

Зайцев ВдаДшгр ЙЕацовпч каодццат технических наук, доцент Хорешок Алексей Алексеевич

Еедущая организация^- БШИгадроуголь ¿о

. Защита состоится 1992 г. в часов

ца заседании специализированного совета Д 003.17.01 при Инстатута горного дела СО РА>* (6300SI г. Новосибирск, Красный проспект» 54).

С диссертацией иокно ознакомиться в библиотеке Института горного дела СО РАН.

Автореферат разослан " У? ¿¿(fyjT'i 1992 Г.

Учений секретарь сцециадмяровшшого совета д.т.н., профессор

¿^f-^-f/ ЧаЁковсвиЙ

1J Актуальное^ работы

В современном промышленной производстве, удовлетворявшем комплексу экономических, технических е экологических требований, должен находить приыенекпз обогацешшЛ уголь, по опыту мирового ринка его устоГгчкгая доля доходит до 907!. На угольных бассейнах. России и, е честности, е Кузбассе, обогащается не tío-лее 207' добита, прездз леего из-за недостаточной мощности сгаб-рпк. Существенным ^актером, сщпгээпдш их производительность, является низкая н-эденность оборудования для обогащения в тяжелой среде. Пнтенслвноэ гпдроабразлвное изнаапкише основных деталей сокращает срок их сяунба в 2-4 раза по сравнению с норш-тлшнк. В связд с эт:2,1 до 23% рабочего времени затрачивается «а ликвидации отказов к приведение планоЕо-лродулредителышх ремонтов.' Кроме того, около 17% деталей эксплуатируется с язпосовымл ловрегдешшш!, прлводшмн к сякпешсо производительности установок л ухудшении качества продукта.

Применение Ехсокопрошшх п износостойких материалов для изготовления деталек обогатительного оборудования при больших затратах не обеспечивает требуемого уровня надежности, а десТ.ицпт-ность наиболее псБре"данлых деталей не позволяет тддер:ш:вать всю установку в работоспособном состояли;! ирг эксплуатации,

Пслодьз огагке для: спг к грохотам ШСЛ-&2, ГЛСЛ-72 дорогостоящей легированной стали ЮХСЦЦ-2 взамен ранее прикеняыюЯся Ст.З обеспечивает по дашшм эксплуатации на ЦО-S "Згашжа", Г04 "Коксовая", ДОФ "Сибирь" л др. фабрик лишь 50~75> чорпатгшыого срока слуг.бы, При этом не удается образовать запас для их своевременной замени.

Необходимое 5 этоЛ ситуации восстановление изношенных дата-лей Стппа наиболее дейэдлшх: ент к грохота?.», рабочих колос, бронедисков п втулок плановых пасосок д углесосов) на реыонтяо-мэханичееккх заводах Кузбасса не производится еезду отсутствия эгЫектпшсИ и надетой гехчологил.

Так как поэрездениэ детали и снижение рабочих характеристик машины начинается с рабочей поверхности детали, то нецелесообразно изготовлять детали г целом из дорого«леях, дефлцстпкг., , высокопрочных .'.гатерлалэв :: необходимо отыскать способ изготовления детален из менее дггищшшх к дорогостоящих материэлог с (нормированием на рабочей поверхности слоя с трябуе:.:зг:и слyr.oó-

ними характеристиками. Одним из таких способов, пршлеаяешх в настоящее хрекя н различных отраслях промышленности, является нанесешь г.а работке коЕерхпосзн деталей износостойких, кор-розионностойких и других покрытий.

Прежущестьа данного способа заклинаются л следующем: О - нозмодсност. получения на рабочей поверхности детали слоя с требуемыми служебными характеристиками, деталь при этом можно изготавливать кз менее дефицитных и дорогостоящих материалов;

- полной и частичном (местном) восстановлении пзношешшх участков п поверхности детали в иолом;

- широкой номенклатуре- детален ц материалов оенохш;

- простоте :■: глоблльностд оборудования, применяемого для нанесения покритий;

- шсокол прокзЕодЕтальностг процесса и отпсситслгно небольшой трудоемкости.

ш

ЛРУКТУСй

—j—

Технологические параметры

тП ГТз

Од

л0кязя7£ли ИАЧЕС7&Я ■ поверхности

X й Р Я и

[ОеьЕмняя

I___!

L

доля

ПОР

Износостойкость!*-

Порис- ¡Прочность I Твер -

тость сцепления J дость

Г f Р и

С "Г и к и

IPftOtBHMB к к)нога:т(шости

УСЛСаНЫЕ 0603НПЦЕННЯ: - фЯИТОРНЫЕ Связи

ИНСРОРМЯЦИОННЬН casjH

Адгези- По Скорость

онная 6mkkcpcv. кзнйши1яни9

__ _ — -l- _ — _ Л

РиН. СХЕМА ГОЛКтОРНЧХ СВЯЗЕЙ И ПОСТАНОВКИ ШЯЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

КаздоЯ '¿эхяологки лакеоеши покрjmS соответствует иолу-■ чаемая струну га (pre. I), которая характеризуется гокгзателя-1.Ш НаЧеС-'Еа поверхности (прэчностью СДеПЛЭЯлЗТ, пористостью,

з .

твердостью я др.) я пзпосэстр":костьв, которая, н сдою очередь," определяет долговечность детали. Таким образом, знач гзаямо-сглзь технологических параметров с показателями качества покрн-тпя и износостойкостью, моглго управлять технологическим процессом с целью получения требуемой износостойкости детали.

Сто,ода Еознш:ает задача установления спязп йнзпко-механя-ческнх характеристик (типа структуры) с показателям! качества поверхности (тппа твердости, пористости п др.) п далее с экс-ллуатацпошпжп сзопстЕат;;; (тппа износостойкости).

Решат: данную задачу, следует внбрать группу технологических систем с определенны-ш параметрами г. posn.iai.iK, которые позволили ба получить детали с требуешаяз эксплуатационными СВОЙСТВЭШ.

Работа дроЕодплась в соответствии с планами Института угля СО РАН по теме 1.11.1.11 "Разработка методов г: средств повышения иадс~лости горных ».:айш для угольных пахт г. разрезов" (государственный регистрационный номер 0I.85.CC7.I4R) и по программе "Сибирь", подпрограмма 7.01, секши 5.1.3, 'задание С3.02 "Разработать ноЕпе технологии нанесения различных покрытий и поЕер:шостного упрочненля сталей и сплавов с применением газо-термическшс и других :.;£тодое".

Цель работы: погшеппе пзносостоЗкост:; деталей с^огатптель-ного оборудования путем выбора радпо'галвшп; нарелетров технологии упрочнения понерхности газотергдиескпли пскратпяш из само-йлисувгцлхсл сплавов.

Идея забота: состоит п пспользоЕакш стаггстяческоЯ взаимосвязи г.;езду однотипными классами структур и технологическими параметрами панесонкя газотермических покрытий для управления процессом восстановления и упрочнения деталей обогатительного оборудования.

Задачи исследоваит"::

- установить л обосновать предстаЕКгольннЯ :т адекватный (функционально^ назначено набор характеристик качества поверхности деталей горних машин, подвергнутых газотермичесглму упрочнен® покрщдзши из самсй>тосуоту,:хся сглапв;

- установить связи мегду показателе; пачосгва поверхности - прочностью сцепления, повпстость-о, твердостью, к тахнодоп;-чеекгаш параметрами нанесения газстермпсскпх покрит:г2 .:а детали горни папаш;

-установить сеязь ыеэду показателем язносссто:1ксст:; -скорость?.-» изнашивания :: технологическим!: параметрами надесеипл газотеркгческкх покрнтай на детали горных палии;

- установить коиплэхснио ссязя моэду структурой покрытия, показателями качества поверхности и износостойкостью деталей горных машин, ходвзргнуткх газотеркическому упрочнению покры-тпш-и из сшофюсуздихся сплавов;

-■ повысить износостойкость деталей го; дых машин путем выбора рациональных тэхнологлчесга;>: параметров нанесения газоторм;:-чесглх покрытгй из с гмойлкёувп'даоя ошшеое.

Методы исследований. Д1ла шогофакгорного анализа литературной информации к обоснования набора характеристик качества поверхности деталей горних машин использован BaiieccEcicnli :.:етод. Остальные задачи решались методами теории надежности маши, металловедения, металлограаш'. й в частности:

- прочность сцоплонкя покрытия с основой определялась штифтовым ыотодом, пористость покрытия - методом ;шнэ:1ного анализа на автоматическом структурной анализаторе "Зпикваат", твердость - методой Биккерса, гидроабразивннй износ - весовым методом;

- душ установления статистических связей «езду структурой, показателя:,ш ¿■•"чества, эжсплуатадпонныш свойствами п техноло -гическтали параметрами использовались: ?,:етод планирования экстремальных экспериментов, методы ¡математической статистики и per -рессиозного анализа, аналитические и графоаналитические метода обработки экспериментальных дагшых;

- ращюаалыте технологические параметры нанесения газотер-шгаескпх покрытий определялись методой корреляционного анализа

л методой крутого восхождения.

Промыаленяые исследования бил:: проведены методом сравни -геяышх испытаний детален, упрочненных газотермтчеекимп покрытиями^ неупрочненных при одинаковых условиях эксплуатации.

."зташе положения. выносимые на защиту:

- разработан способ анализа литературней информации, основанный на лш"йосг'1чос:сои подходе с применением баесояского ш-то/ 1, ::сI'ерш позволил по условной вероятности достгяеняя тре -с'уомого рвсРсгза "J к наборе попытанных технологий TV -явить т/л! статистической связи иеаду евоЗетвагл покрытий и тех-голопсяы:.' их нанесения и выбрать характеристика качества поверхности д-'.тглвй с • газотйршчесгазш яокрнтщвш в соответомаи с

функциональным ..аэначекта; горных ыашян; . ;

- прочность сясплоппя покрытия с основой связана с технологическая парг;летрг;.з1 лилейной завксжостьи: с увеличенном тока аут:: п дисташзш яапшшнш прочность снегтленчя увеличивается, а

с увеличением расхода порояка - уменьшатся. Пористость, твер -дость л спорость изнашивания покрытия сщзаш с технологпчоскп.ш параметрами кнадратическоП загксгаюстыэ : с увеличением тока дуги пористость н скорость изнашивания уме^ыпаются, а твердость -увеличивается; с увеличение;.! дестаишп: напыления пористость увеличивается, а твердость ушньпается; о увеличением температуры оплавления в времани вцяержп в печи пористость уменьшается, а скорость изнашивания увеличивается;

- износостойкость ^еталеЯ горных ;;ашш зависит от структуры покрытлй: неоллавленные покрытия, структура которых состоит 2 основном из Г - твердого раствора никеля с "зародышами" кар-Cio6opt'7T,0E, im:e:-0T износостойкость равнуэ износостойкости стали 3; покрытия, оплавленные в печи, структура которых групнодпсперсна с равнс!.:ершп.1 распределением карбоборидов ло глубине покрытия , имеют износостойкость н дея раза ше износостойкости стали 3 } покрытия, оплавленные горелкой, структура которых челкодисперсна, а карбодно-борпдная фаза расположена в приповерхностных слоях , имеют износостойкость в четыре раза выше износостойкости стеля 3;

- для получения па детатлх горных ыашян покрытий с макси -глатьно еозглояной износостойкостью установлонн предельные значения технологических параметров паяасешгя покрытий: тока дуги ( 375 -66С А), дистанции напыления (30 - 170 мм), температуры оплавления в печи ( менее Ю05°С), времени ввдерлиг в печи (менее 14 мин).

Достоверность научных положении подтверждается:

- достаточным объемом информации по выбору техполох^ш чане-сенпя газотермическых покрытий: проанализировано 184 технологии, из которых пршэненпе самоЛллсующихся сплавов отражено в поло-Еще технологии;

- достаточным объемом экспериментов, проведенных в лабораторных условиях: по плану Бокса-Бенкена бнло проведено 24 опыта (опытп на дублировались, т.к. центральный о. и повторен тр:пзы). пористость покрытии определялась измерением 3-х полей размером 1,6x1,6 ш при горизонтальном к вертикальном сканирование на каждом образце, твердость :: мжрот-ердость определялась по 10 пзмереяпт.1, сравнительные пепктапгя на к-дрсгбрзиЕни:4. з-зпос проведены ш 3-ы образца.;;

Г 6 - -

- удовлетворительной сходшоетьп результатов экспериментов 1 с оглдеешш значениями, цолученнши по статистическим моделям:' расхождения; эксперпцрчтальных и расчеишх значении н-з превышает

доверительная вероятность - 205;

- полсйигаельшшз результатами внедрения научгак и практических рекомендаций на Прокопьевском рецсптЕо-мзханпчесном заводе ПО "Кузбассуглеобогал;енне" и ДОС "Березовская".

Личным нктап, автора состоит:

- к разработке способа анализа неупорядоченной к неприспособленной для колнчь^твенного описания литературной шфоркаций для. установления статистических связей технология«:: надо сения газотершческп:: покрытий п.показателями качества поверх^ кости детали е соответствии с ¿ункциокалышм назначение:,: горни' мошяп;

- в установлении статистических подачей прочности сцесде-пия, твердости, пористости газотершчесглх покрытий в занеси-кости от технологически; параметров процесса нанесения;

~ в установлении статистической «одатд скорости изнапина-нш газотеггхчсаахх покрнтий от технологических параметров процесса нанесения;

- е у стадо, ленип статистических связей мэ~ду структурой покрытия, показателями качес-ча поверхности и характером гдд-роабразнвнсго изнашивания деталей горних маши с газотерыичес-кими локрытгшш; • •

- н определении области рациональных технологических параметров процесса нанесена! газотершческпх.покрцтий из самофлю-сузднхся сплавов для получения погер:д;ссто;: деталей горных машин с требуемой износостойкостью.

Научная ноЕкаяа состоит в следующем:

- предложена новая: .схеш анализа литературной информации, для чего Епернне применен диагностически;! подход к использован байесоьекдй метод, что нозвашло установить статистические связи ыеяду технологиями и свойствами покрытий в соответствии с функююлалыш наг шченпеы горных аашн;

- определены статистические модели и зависимости прочности сцепления, пористости к твердости от технологических парам т-ров ианссеиия'газйтер'лических покрытий из сшефлюсрэдихся сплавов:

- определена статистическая модель д установлены зависимости скорост:; дзнашшания от технаг,ог:гчесг.их параметров нанесения

газотермкческих покрытий из самофлюсувщяхся спгавоЕ{

- установлены связи структуры с показ атоляш качества поверхности (пористостью, твердостью) п характером'гидроабразив- ' ■ ного изнашивания зеоилаькешшх покрытий, покрнтий, оплавленных Е печи и покрытии, оплавленных гораткоЯ;

- установлены области рациональных технологических парамет- ' ров нанесения покрытий г.у салю^люсутдахся сплавов на детали горны:: ыашпп.

Практическая ценность паботн состоит в тон, что нолучешшо результаты работа позеодяят:

- управлять технологически« процессом нанесения покрытий из са1.га|Тлдсу:сщю:ся сплавоЕ на детали горных г-ашии;

- прогнозировать "изико-пехаипческие г. эксплуатационные свойства газотерглаческях покрытий из самойлюсргдихся сплавов в соответствии с (Тункпяснадшнм назначением деталей горных машин;

- прогнозировать срок службы деталей горшее мамин с газо-терыпческиш ыокриткяш из сакофлзосуэдихся сплавов б закисгслос-ти от скорости изнашивания данных покрытий;

- изготавливать детали обогатительного оборудования из стали обыкновенного качества, ст. 3, с упрочнением рабочей поверхности газотермкчеекпли покрытиями из ссмо&тзунцахся сплавов гзшз" дорогостоящей дебицктноЗ стали ЮХСЩ.

Реалия а пит работы. Результаты исследований и пра^тстесию рекомендации работы использованы при разработке технологии упрочнения и гссстановленпя рабочих колес шламовых насосов Е'Н-270 я сит к грохотам П!СЛ-62, ПТС-г:-72 на Прокопьевском ремонтно-механическоы заводе ПО "1'узбассутлеобогопение". ПроизЕодствен-ные испытания па 105 "Березовская" сит грохотоЕ ЕТСЛ-СЯ :: рабочая колес насоса 211-270 показали, что срок слупсбы деталоЯ, упрочненных гаэогорглическшли покрытаяш из сг;ло£люсущихся сплавов с яоеледуадик оплавлением е печи, увел;пинается л 2-9 раз в зависимости от условий эксплуатация по сравнении) с неупроч-некнши ("Протокол пропзЕодстгешшх кошяаий деталей обогатительного оборудования, упрочненных штодал плазменного напыления лз.чосостойгегх ¡.¡лтерлалог.").

Апробация работа. Сановные поло-.окия днссортяцкояно" работы докладывались на Бсссотошоп ионферсныгп "Пути истиашт качоет- > ва и надежности деталей из порошковых матергалог:" е II'01 г. па регионально? научно-технической конференции "Порсикэвые материалы '.'. плазменные покрытия" з 1£ЗБ г., на сеждэре ко уголь-

6 -

ному 1.ишесс'гроешаз Кузбасса е ISSS, 1991 г. г. , на научно-техническом семинаре в НЭТИ в IC88 г., на тучной конференции Кузбасского политехнического кнстптута е 1286, IS86, 1С 69, IS9I г. г.

Лгсшжадки. По результата.! выполненных исследований опуб-лшсоЕало 10 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит аз введения, пяти глав и заключения. Содер:<шт 165 страниц машинописного текста, 13 табл.ш, 32 рисунка, список литературы из IG5 наименований, II ирие:кенкл.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Обогшцешэ угля на фабриках Кузбасса производится по методу тяделой среды, при средней.зольности 31% концентрация твердого в суслензпп достигает 1600 трашов на литр (Ц05 "Сибирь"), что определяет преобладание гндроабразивного износа оборудований. Изнашивание спт грохотов помимо уменьшения срока их службы приводит к ухудшению качества продукта. Изнашивание рабочих колес я броиедиског насосов и углесосов вызывает снижение их производительности.

Из-за отказов по причине износа в объединении "Кузбассугде-обогащение" простои оборудования составляют Ъ% рабочего времени, а с затратами на планово-предупредительный ремонт теряется 27,6$ рабочего Бремени.

Трудность обеспечения приводит к дефициту запчастей на 56$ от потребности. ¡Затраты только на ремонт оборудования составляют до 46?! его первоначальной стоимости.

Важность и актуальность повышения надеяности разнообразных горных шипн с учетом, специфики их работы освещена в трудах Еегагоена H.A., Бойко А.И., Гетопанова E.H., ДворникоЕа Л.Т., Зайцева 2.1!., Коха II.»'. , Русихнна В.И., Солода Г.И., Хорешок A.A., Шаховой К.И., Шубиной Н.Б., и др. В общей проблеме особое место зашшают ьопросы управления надехностью обогатительного оборудования в ходе эксплуатации.

Однш из прогрессивных технологических методоЕ повышения надежности является упрочнение деталей машин различными износо-сто1шэлк :«. корроэйоняостойкими покрытиями. В угольной промышленности о тот глетед применяется для повыпения износостойкости

е коррозионной стойкости работах колес, втулок и др.-деталей • насосов длл гидродобычи, нашшовнх труб, ношей экскаваторов.-, п др. Кроме того, метод нанесения покрытой наиболее удобен для' восстановления изношенных деталей. Поэтому было решено применить для упрочнения к восстановления изношенных деталей обогатительного оборудования газотермпческие покрытия с целко повышения износостойкости деталей.

Вопросами нанесения газотзрш. юских покрытий, изучением их свойств занимается многие ученые: Антонова Е.А., Антошин З.Б., Борисов ;С.С., ГладкиЛ П.Б., Готлиб Л.П., 7,орохкин П.П., Худи-ное Б.В., Кулик Л.Я., Хулу H.A., Плохое A.B., Рыкалин H.H., Тушинский Л.Н., Еоршоров М.Х. и др.

В литературе приведены сведения о разнообразных технологиях, порошковых материалах ы технологических параметрах для нанесения газ оторюте стаи покрытий. Причем на (¿лзико-механичес-кие и эксплуатационные свойства покрытий оказывает влияние большое количество факторов (по мнению специалистов их более SO). Крогло тога, из лаяно;" литературной информации трудно выбрать оптимальные паралегры нанесена покрытий с требуемыми характеристиками качества поверхности и эксплуатационными сголстлами деталей горже машин. Поэтому Еозкикла задача выбора характеристик качества поверхности деталей горных машин с целью установления связей MG;>vay свойствами покрытий к технологиями rix нанесения и Екбора рациональных технологических параметров.

Так как уизико-мехакичесше свойства описыеэятся е основном статистически или не :ше.от количественного выражения (на-пршор, структура), то родилась идея работы: пр:з,!енпть к анализу диагностический подход, г.э. выделить однотипные по опи-сывоздш характеристикам классы структур, поверхностей и т.д., еыявить вид статистической взаимосвязи мккду ниш и выбрать рациональный набор технологических параметров для управления технологическим процессом. Исходя из этого, разработан метод, который позволил проанали-провать информацию более 200 источников глубиной е 10 лет. Всего было рассмотрено 184 теняолопги и их Елияше на такие свойства покрытий, прочность сцсплс-ния, пористость и коэффициент использования порошка. Критерием оцо.'гки слуташа условная частость доети.-.-ення требуемого сгойст-ва Kj е-наборе испытанных технологий \ ¡ш: иначе: глера ус-лоцией вероятности выбора технологии по сссйстяу , к с-

. 10 '' торая определялась па формуле Байеса:

гда: Нц(1ф- частость использования технологии Т£ , при которой появляется требуешй признак К,] ;

Н (Ц) - частость использования технологии Т{ по статистический данный;

Н(И/) ~ частота появления требуемого свойства по статистический данный.

При Еыборе характеристик качества поверхности (т.е. требуе-,шх свойств) покрытий псходшш из условий эксплуатации деталей горищ: шшлн н требований, предъявляемых к ним: детали горных машин долгиш обладать еысокиш прочноотнши характеристиками, способными надергать значительные дидашчеекпе. и ударные нагрузил, обладать высокой стойкостью к износу и коррозиш. Поэтому поверхностный слой детали додзен плеть наиболее Есзиоанне прочность сцеплешш покрытия с основой и твердость и наименее возможные пористость к скорость изнашивания. Так как данных по износостойкое?.: деталей горных машин с газотермичесшат'покрытиями в литературной икфэрмаг'ш не встречалось, а данша до твердосташ параметрам недостаточно для, обоснованного анализа, то за критерии оценки были взяты' следующие показатели качества поверхности и экономический погазатель процесса нанесения по-лрытхй: прочность сцепления покрытия с основой (6 ) и пористость (П), КОЭСЖ1ПШСИТ использования порошка (ККП). •

Рациоводьный технологический паралютр определяли по наибольшему значению условных частостей достижения всех трех признаков (рис. 2). Рациональный набор технологических параметров следуяций:

- .едкость плазмотрона // = (21-32) Кет;

- ялазмообразущий газ /4 или Ог +• (17-18)% Нг:

- расход : юзк^образующего газа, (?/- -- (20-30) л/мил;

- ток дута 7 = (300-350) А;

- грануляция порошка, ёп = (40-80) икм;

- скорость частиц, Уь = 60 «/сек;

- расход порошка, 6п = (0,8-3,6) кг/час;

- предварительная обработка осноен: дробеструйная (чугун Г: •;);

4-

s)n<io:

6)НИЛ>0.5

1 - продытатель-

цость предварительно.'! обработки основа (СО—120) с/сы2;

- температура подогрева ОСНОЕИ, т0 = (Ю0-ЗС0)°С;

- днетанщзг надклеил, С = 120ш;

- толлинг покрытая, Л ~ (0,51.0) 1.1!.

Технологическое направление потпекия нэден-яоетл заклшает-ся в определении технологии нанесения покрнтаЯ при обеспечении требуемой износостойкости детали. То есть, зная взаимосвязь тзхноло-ггчесхих параметров с показателями качества покрытия п износостойкостью, полно управлять техпроцессом с целыэ получеши требуемой износостойкости детали.

Отсгэда возникает задача: установление связи бизико-мехаяя-чеекпх характеристик (типа структура) с показателями качества (т;ша твердости к пористости) и далее с эксплуатационными свойствами (типа износостойкости).

Задача решалась методом планирования зкепзршонта на неоп-лавленлых и оплавленных покрытие:. При выборе параметров оптимизации, т.е. свойств покрыткП, исходили из следующего: так как в литературной информации отсутствует данные по пзносостой- , кости деталей горних машин о газотерккческими покрытяяда п на-

т. т. т,

Рис.2. УЫовньи частости достижения

монете покрытии : ' >)■ прочности сцепления t в), пористости ; IJ. коякри • им«нта нсполыо*«ния оорошт. Ti - мотпост» т*эме-Трана, Ы< 20 Х»т, Тг - мощмост» плазмотрона, V« (« + Зг)К»т, Tj — мощность лллиогрси«, л',31 Kit.

достаточно данных по хезрдсстш.; параметрам покрытии, то за па-" ранетрн олтилпзащга были взята: прочность сцепления, норпстость, твердость jj скорость пзваввганяя покритпЗ. При шборз факторов оптпглзацни, т.о. ■гехзояогяпэсу.кх параметров, псходвля из шп-сгмостк структуры покрытая от энергетических ^арсметров процесса нанесения. Поэтому за ¿актору оптимизации бшш взята: ток дуг:;, расход пороака, дистанция пашдения, '.температура сплавления в печи :: громя ^цдергнеи в печи при ;-аи:с:: температуре оплавления, Ссногнск -'Говень технологических пареметров и интервал варьирования пшЗран. исходя из рационального набора технологических параметров, полученного i:pn значпзе литературной информации. Ссташше технологические параметры оставались неиз- • пешими. Напыление производилось на установке :ТТ7-СД плазмотроном ПП-25, порошок ПГ-СГО, материал основания - сталь 3 ц сталь ICXCIC.

Прочность сцеплэган определялась на разрывной mskzkg 2CS1--F-5 атпфтовим мзтодом. Пористость покрытия измерялась на аг.то-катичесшл струхтурном анализаторе "Зппкваят" определением объемной доли темно:! фаан (пор) при горизонтальное п вертикально;.! сканирован»! 3-х поле* размерен 1,6x1,6 т. Измерение твердости покрытия производилось методом Биккэрса на приборе 2137-ТУ при нагрузке ГО кгс, шшротвердсст:: - ей пргборе ГС.ГГ-3 при нагрузке 50 гс, структура пскритгсЗ изучалась на микроскопе и структурной анализаторе "ЙшкЕант4. Потеря массы при гидроабразиЕКом износе определялась весовым методом при угле атаки СО0, числе оборотов образца 1380 сб/ник., времени изнашивания до 14 часов, составе суспензия: 500 г карбида храмнля черного с/л - (0,6 -

- 0,3) m на I литр еоды.

Еа неоправленных покрытиях автором проЕедэн полный трех-iJûKTopuuH эксперимент; а ка покрытиях, оплавленных в печи - по плану Бокса-Бежена.

Результаты экспериментов показали, что параметры оптимизации: прочность сцепления, пористость, твердость и скорость Езкашига-ния изменяются в зависимости от технологических параметров к пределах:

- прочность сцепленмл (неоплавленных покрытий), 6 = (30*05)Ша

- пористость: неопда&шшх покрытий, П - (3,0*17,7)5

покрытий, оплавленных в лечи, П'= (0,4+10,3)2

- твердость: неопланленнюс покрытий, HV = (3,£<-5,5) ТПа

покрыт:::;-, задавленных в печи, íiV = (С ,0+8,С) ГПа

- скорость йзнамиьанш покрнтиЗ, оплавленных в иема, J- -» (2,5*е,9)х Ю"5 кгМз. После определения коэйХяциентоп регрессии п псклтеэтл cia-тискпескп незначимых коэффициентов, Сыли получены слодухдие уравнения регрессии для прочности сцепления , пористости (неоптаЕленяых, УЦ , л оплагленннх покрытиГ:, ), увердсстн (неоплаЕлешшх, 4 и оплавленных, £/£ , покрытия) и скорости изнапившшя оплавленный локрьж";, ' <J*= 44.2С +■ -I.SIxj - G,0IX2 t- 7,'3S::3 </„" = 13,43 - 1.02xj ч- I,01x2 + 2,0ox3

¡£ = 6.3 - 3,75X1 f I,S3ri - 0,764-, + 1,43«? --i,2irí - I,b2arj + о,зза{ (2)

4,4 + 0,2Ix- - 0,01x3 - 0,3G:c3 y¿v= 7,15 + 0.S90C, - 0,07«? - G,75 - 0.0G5CJ + 0,13 JE* y"m- (4,SI + 0,7IX3 С.95Ж, - 0,692,:*,+ 0,25 а* -- 0,43- 0,723Cj - 0,25 XÍ ) x ICT5

ti v - J - 35Q , ßn - 2,9 I -T20

rae: I) Xj = —-j—. % = -цз—Y .:3 - —33—

- ток дуги, CT Í300-Í-1C0) А

- расход порошка, 6а - (0,ü+3,2) кг/час.

- дистанция напыле.чия, i = (90-150} гл

--7Г ' 2- 40 ■ л3--3<Г ' Ö

- ток дуги, 7 = (300^450) Л

- дистанция напыления, £ - (С 0+110) км

- тешюратура оплаппеяин в потн, Т0 - (GS0+I050)°С

- время вццрржкп э печи, t, - (5+15) гая.

Анализ уравнений регрессия (2) показывает, что с увеличением тока дуги прочность сцепления и твердость увеличиваются, а пористость к скорость изнашивания покрытий - уменьшается. Это связано с тем, что увеличение тока дуги приводят к увеличению температуры частиц, их расплавлению, что в свои очередь, вызывает лучшее их сцепление о основой к мезду собой. Поэтому ■ прочность сцепления увеличивается, а пористость уменьшается.

Кроме того, угешпонае температуры частиц приводит к фазовш превращениям в частицах в момент напыления и образованию "зародыше:':" карйгдоЕ к борцдов, которые при последующем оппаЕлв-нш растут, но распределение в структуре покрытия более равномерно, что вызывает увеличение твердости к сниаенпе скорости изнашивания покрытая.

С увеличением расхода иороыка прочность сцепления и твердость уменьшаются, а пористость покрытия при этом увеличивается. Это объясняется тем, что при больном расходе материала за один проход £ор:.1Иру9тся покрытие большей толщины, а увеличение толщины, а своя очередь, приводит к енш-еш® прочности сцоплекня. Кроме того, теплоотдача большого количества частиц в единицу -времени меньше, т.е. частаци по успевает.1 достаточно нагреться, что приводит, Ео-иерыс:, к -.:удше!.;у их сцеплении мегду собой г. увеличении пористости п, во-вторых, к недостаточному, росту твердой газы карбоборэдов, и сшг.енпа твердости покритиа в целом.

С увеличением дистанции папылешш прочность сцепления, пористость и сгорость кзиалдваш-л уведичивазтея. Это связано со сш^лшгсм температуры частиц, т.к. путь, проходиши частицами, . увеличивается;

С уЕеллчешюд температуры оплавления пористость покрытия уменьшается, a скорость изнашивания увеличивается. При увеличении температуры оплавления происходит размягчение i: частичное расплавление покрытия, что приводит к "заделывания" пор. Кроке того, увеличение температуры оплавления вызывает интенсивный рост карбоборцдов за счет соседних Саз, расстояние ыезду карбо-борадами при этой увеличивается, происходит так называемое "огрубление" структуры, что отрицательно сказывается на скорости изнашивания' искрктия.

Увеличение времени вздеракп в печп при данной температуре оплавления вызывает незначительное увеличение твердости и увеличение скорости изнашивали покрытия, что связано, вероятно, с ростом твердой фазы и нэрашомернш распределением ее в структуре покрытия. Еа пористость покрытия Бремя Еыдеряски в печи практически не мсазывает влияния в данных интервалах Еарыгр знания (от S до 15 млн«).

Как показали результаты измерения микротвердостн отдельных §аз, структура покрытия из саио^дэсушихоя сАтавоЕ неоднородна и состоит из У - твердого раствора никеля (темная <1аза) гак-

ротЕердостьы 2-5 ТТТа, эгсекпжи сло.шогс состава (серая л темно-серая ||аза) ютфотссрдостьз 5,5-8 ГПа г, крист.ггигчесдих образований (белая составлявшая:) :д:кротЕО]:достьп 10-^С "Та.

Неоднородность структура яскрс?::я отражается да характере его r.3!ioca. Скорость ¡loiranrrnaiun аокаитгл слххбгльно уиеньсаст-сл с уЕелпчонлем дпог.гэш кзкашшадат, причал наио'алвлое значение скорость пзяакипаши ¡кое? л перине чаек рабоп:. '¿то связано, вероятно, с тем, что я начале г.ящцгддс.тся Ja-oo глгкая Заза - У -твердый ¡астзср :г;ксгл л эьтехтпха, а затем бадеэ твердая - карбидн г: боридд.

Сранштедынэ пештаншг иа гэдрсабразлЕНый износ образцов из стали ЮХСЗД к образцов о козригдяда из самофлг-х^х^пся сплавов (неопланшшш:, ошгапяенаше в яечп г. загашенных го-иелкой), показали, что наибольшей износостоЯкостьз обладит до-

е

40

краткя, оплавленные горел-г.сй,

ве:'г - нооплав-ленназ искрится (рг.с, С).

Пористость покрита!, оплавленных горелкой, (С ,4--1,5)", твердость - (7,5-3,3) Ша, структура, исходя из условий оплавления (шсская температура, быстротечность процесса, от-сэда большая скорость кристаллизации) , мелкодислерсиа с более равно-

2.0- -

IHIIUIIIHI

Сталь 3

0нс.З. Относительная HtmcocTofaocTb деталей

Условные общиаченивг (//////А - «т»ли тенл

« ияоллаадвииы« (гокрыгня

^ОУчУД — покрыт««, е1Л*>Я1Н«Ы1 * (1(44

t'-ffiv'^j — покрытия, оп/щ«ленмы< гоеслюи

1/1&С

г пса

;■ " 16

неряыа распределением твердой фазы, которая сосредоточена г основном в приловерхностннх слоях, а иигелзяащио слои состоят из болез мягких баз. Это сказывается и на характере износа покрытия: е первое часы работы покрытий, оплавленных горолкоЯ, скорость :пшалшЕая:л уменьшается, затем увеличивается.

Ращюяалькне технологические параметры, которые определялись .татодом крутого восхождения и нахоащешк координат экстремума поверхности отклика, следутзяие: ток дуги, 7 = 375*660 А, дистанция нагсалсипя, £ = 50*170 ш, температура оплавления в печи Т0 4 1005°С, преыя гздерзки в-сочи до 14 шн. При этом покрытия получаются с заданшшп "Тазико-иэхашлески.'л! :г эксплуатационными свойствами: пористость® П твердостью Н\/ }> 7,0 Ша, скорость изнашивания 4,2 X х Ю~5 кг/м2с.

Корреляционный анализ параметров оптимизации позволил установить вксокуп корреляцию мезду пористостью, твердостью и скоростью изнашивания, что позволило набрать в качеет-ве"лидера" наиболее "влиятельную" характеристику - твердость покрытия. Кроме того, основное достоинство данзой ха-

8,0 КМ1 12,0 ну, гпа

Рис.4. Срок службы (Т), пористость (Л) и скорость и$нашиьания покрытий (1т) с з» висим о-ети от предельного износа (Улм.) и твердости глмтврммчесиих покрытий м *самоз>люс/юи(их-ся сп/ш&о|, С1гла«леиноИ & лечи (НУ).

рактеристики - методичесзая простота ее определения. Госло установления статистически значили:: корреляционных связел :.:спду пар-чготраьвг опгшизавда были получены урашвнвя регрессии:

У'= 25 - 2,6 Ум

( 4,5 +■ 0,1 У^ МО"5

(3)

дистанции покрытий ,

Рнс.Я. Влияние ТОК» ДУГИ, 3, и напыления на парность оплавленных в печи.

( темпмаггр* иппвмния , Т. • 10?0' С, •рама §мо«»лни * лгяч, I,-10 нин. )

где:

Ул - пористость покрытия

п,

тсер-дссть покрытия

НУ. ль»;

С" скорость изнашивания 1п, кг/г^с. По полученным уравнениям рогрессиа (3) н (2) была построена номограмма (рис.4? и зависимость (рис. о) твер-^ достп покрытий от технологи -ческих параметров ( тока дуги я дистанции напнленпя), которые позволя-'■ю? решать две

практические задачи:

1),ио требуешь срок}' службы дегалэЗ горанх машин определять необходимые показатели качества поверхности покрытия (порис -тость и-твзрдооть), а исходя из требуеиой•твердости, опрадог-лять рохшы нанесения покрытий < 3 , I ) ;

2).исходя из применяемых реашов нанесения .покрытий, црогяо

зировать твердость покрытий и срок службы детаяеЗ ropimx Liannui с газотермичесглая покрытиями.

Па основе подученных результатов псследоЕШса! были разработали технологии упрочкешш п восстановления рабочих колес насоса CIÍI-27Ü 1! опт к грохота;,! Б1СЯ-о2,Б!СИ1-72, технологачесягап параметрами которых является : ток дуги 7 = 375 А, дистантен -напылена, £ - 100 i.r.i, тешюра^ура оглавления в печи, Т0= 100092, вре;.'я Еэдерга-^i, íe - 10 ми:. При этом твердость покрытий состав -ляет 7,4 Ша, пористость - 4,4 5, скорость изнгпиЕания 4,21 "

г.гД:2с. Срок слупон покрытия тещино:- I ш составляет СО. час. ( лшюиккй износ поверхности детали из стали 3 величиной в I мм происходит за 25 часов).

Производственные испытания рабочих колес и сит к грохотам, упрочненных газагерг.тескж.ти пскритиямк из самсфвзсукщихся сила-Еов, проведенные на Ц02 "Березовская", показали увеличение сро -ка слугби данных детачей в 2 - 9 раз в завг.сшости от услов»; эксплуатации.

Расчетный годово-д зг.сноинческпГ; эффект от упрочнения рабо -чих колес насоса ГП-270 газотерглтчеекга.и; сокрытиями из само£лв~ суюдихся с.плаьов составляет 80 тыс.руб. ( в ценах IGGQ г.).

ЗШШЕЕНЕ

Б диссертационной работе дано новое реше;и:е актуальней научно:": запачп вовшенкя износостойкости детален обогатительного оборудовать путем набора рациональных технологических иарашт-ров технологии упрочяення и восстановления поверхности газотер-шгаесгсзлп покрытиями из сашёлысуищпхся силагов и установления связок ¡.:э;иу свойствами и технологиями.

Выполненные исследования позволяют сделать следувцко выводы:

1. Анализ конструктивны;: особенностей и у слоги": эксплуатации деталей горных пашш позволил определить характеристики качества поверхности детали, такие как: прочлость сцепления вок -рытия с основой, пористость, твердость а скорость изнашивания покрытия и, используя диагностический подход, с применением байесовского метода, установить связь свойствами покрытии и технологиями их нанесесяая,

2. Прочность ецэпяеяпя неоплавленных покрытий из самойлюсу-ицпхея сплавов вменяется от 30 до 65 *ЛПа в зависимости от тэх -

нологическггс параметров нанесения покрыта, причем с увеличением дистанции напыления от 90 до 150 ш и тока дуги от оОО до 400 1 прочность сцепления увеличивается, а с увеличением рас -хода порошка от 0,8 до 2,2 кг/час - утжньшастся.

3. Пористость неоплавлэшшх иокрктк! ::з сгд:ойтасуЕггохся сплавов изкенкется в зависимости ст технологических параметров нанэсешш покрыта! от £.5 до 17,7 а пористость покрытий, сплавленных Е печи, измегшется от С,4 до 13,3 « увеличением тока дуги от ЗОС до 450 А к тоыпаратуры оглавления в печп до Ю50°С пористое ть покрытия уменьшатся, а о увеличением дпс -ТШЩ1И1 капылзапя от 60 до 150 ;.м и расхода поропка от 0,8 до 3,2 кг/час- увеличивается. Ире.мя вап;ерякл и печи п^.актггческн

не влияет на пористость в выбранной ¡:ятервалз вары:рован::я ( от 5 до 15 ?лиа.).

4. Твердость на о плавленных покрытии ::з смо^тюсустпася сплавов составляет 3,?-5,5 1Ла, а твердость покрыт;:::, оплпй -лежит: в печи, - о,0 - 8,5 ГОа в зав"сз.:осг:: о? технологически параметров, пркчгл с увеличение:.! тока дуга твердость покрытия увеличивается, :г с увеличение:* дистанции напыления -уменьшается, Расход порсглса, тег.иоратура оплавления ;: вре;.гя-Еыдоркгш в печи фактически не хшштт па твердость покрытия

в данных шбрашшх интервалах варьирования.

5. Скорость изнашивания кскрнлй, опаавлеишх в печи, изменяется в зависимости от технологических параметров от 2,5 х 10~® до 6,9 х Г0~® хсгД^с, аричам с узелнчзшгем тока дуги от 300 до 450 А скорость изнашивания уменьзается, а с увеличением диета идти яашлеяия от 60 до 140 ш, г&жератури оплавления до Ю50°С и времена вздерсти в пэчи о? 5 до 15 шш -увеличивается.

6. Структура покрытий из ежп&ягкущвхох сплавов неоднородна и состоит из эвтектики сложного состава ( микротвердостью 5,5 - 8,0 ГПа), У - твердого раствора никеля ( шщро-гвердостью 2,0 - 5,0 1Иа) и карбоборвдов (шшротвзрдоегью 1030 ПШ.

7. Раииокальшт технологически:.® параметрами нанесения скрипе: из самойяюсупднхся спяааов яеллвтся : ток дуги У « 375 - 660 А, диотанцш яашленш С - 30 - 170 №, температура сплавления в пета Т0 с Ю05°С, время ввдерязш ¿ <• 14 дя., что обеспечивает требуемые показатели качества поверх- ( юсти и износостойкость деталей горных ыаашн ( пористость П<£>

' 5,6 твердость HV 5» 7,2 Л1а, скорость изнашивания Т C-4,9;'J0~5 kt/i^c.

—«л

8. Износостойкость деталей горних машин с газотершгчес -кизя! покрытиями, опяавлашшш в печи, ув&игогаается в 2,3 раза по срошсигаз с износостойкостью детали из стали 3 и в 1,4 раза ио сраигеншо с деталью из стали ЮХСЗД.

9. Рекомендовать изготовление сет грохотов ГИСУ1-62,П'СД-72 из стала 3 с упрочнение!» рабочих поверхностей газотершгчес-кваи покрытиями из самофяосувдпхся епкавоа взамен применяемо;! в настоящее время стали lOXCffiU Рекомендуется два способа оплавления покритнй :

1),горелгон - для сит, работающих е наиболее аестазс условиях ( 1 + 5 -е иесто по ходу потека);

2). в печк - для сит работавших в менее иосшес условиях экс-пдуатащш.

10. Экологический эгофэнт от внедрения разработанной технологии составляет более 80 гас.руб.

Осясвшб положения диссертации опубликовала в следующих работах:

1. Девдов В.Г.,]1>шгирей-Глухов»-Э11ко Н,С. ,5ргдаая И.У,. Формирование плазменнше покрытий на деталях вращения и их фи-зико-нехаиичеекзо свойств з.//Атт<иатпзгшия и механизация в f.sa-вшноетроекии: сб.лаучхшх трудов./ КузПИ - Кемерого, 1988,2с.

2. Дзигпрой -Глуховченко Н.С.,Логов А.Б.

Выбор тевданшй технологий нанесения газот&ршчееккх покричи;;, //тезисы дсюзвдсв научно-технической кокйорэшши "Поропковао материалы и плазменные покрытия"./ ВЖ~ Барнаул,I88S,3c.

3. Демидов В.Г., Джгарай - Глуховчзнко H.G. Фридман И.М. Адгезионная прочность газсторкических покрытий,// тезисы докладов нвучно-технотеской конференции " Еорояховые ¡латерпалн

и плазаешне покрытия"./ ШИ - Барнаул,1383,3с.

4. Дшяздоь В.Г«,Е*игарей - Глуховчснко Н.С.,Фридман И.М. Опыт ирженешш и перспективы плазменного упрочнения и восстановления деталей горних мгвш.// первый сэмшар по угольному кашшюстроешао Кузбасса: тезнсы докладов. Jt Институт угля СО АН СССР- Кемерово, IS09,3c.

5. Демидов B.F., Дхигирей -Глуховченко H.G, .Фркдааи й.М. Особенности формирования ггзотэршчаежах покрытий па деталях

вращения.// Структура и конструктивная срочность стала: сб. научных трудов./ НЗТИ - Новосибирск, 1989,7с.

6. Глуховчешсо Н.О.

Реашш.ашзсенти газотермическнх докрктпй на сздсфзкувдихся сплавов. Рук. дспон. в НЖИТП, № 3669-В90, КеаеровоД990,5с,

7. Глухончепко Н.С., Логов А.Б. Физшсо-мйханические свойства газотершчесглх покрятпй из соко-фшосушихся сшгаБов. Рук.двдон. в ШШГИ , й 3670-В90,Кемерово, 1990,8с,

8. Глуховченно Н.С.

Гвдроабразивный износ газотермическпх покрытий из санофдпсую-щихся сплавов. Рух.депон. в ШИВ!, В 2428-Ш1, Кемерово, 1991, Юо.

9. Гдухозчеико Н.О.

йязЕКО-шшничеекие свойства покрытий из сэдофлюсупцшсся сплавов и их связь с технологией.// тезисн докладов нвучио-тохни-ческой конференция "Пути пошзения качества я надобности деталей из порояковкх материалов"./ НШ - Барнаул, 1991,2с.

10. ГлухоЕчяако Н.С.

Эксплуатационные свойства деталей горшх ыаиин с газотерш-1ескнми покрытиями,// Второй семинар по угольному напшгостро-зшга Кузбасса: тезисы докладов./ Институт угля СО АН СССР -Семерово. 1991,3с.

Поаписано к печати 2.03.92. Заказ № II ТиражЮО экз. Обьем 1.п.л. Печать офсетная. Ротапринт ВостНМ. 650002, г. КЕМЕРОВО, ул. ШСТИТУТСКАЯ,