автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Повышение эффективности использования сплавов на основе релита при наплавке комбинированных твердых покрытий

РГб од

г у ж wü

КОМИТЕТ ГЮ ШСШЕЙ ШКОЛЕ ЛИПЕЦКИЙ ГОЛГГКШЧЕСШ инстштг

На ггоавах ттгкотся Ш 621.791.92:669.018.25

ЗАМУЛИКА Ирина Николаевна

ПОБШПЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ РЕЛИТА UBI НАПЛАВКЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ

Специальность Сб.03.06 - Технология и машна

сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссартази на соискание ученой станэпа канднда7а°твхпк50хах наук

Липецк 1993

Работа выполнена в Курском политехническом институте

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Рынков Ф.Н.

з

Официальные оппонента - доктор технических наук,

профессор Гада лов В.Н.,

кандидат технических наук, доцант Лебедев C.B.

Ведущее предприятие - Изучно-производственная фирма

' "ТЕШКО"

Заката состоятся ¿1 декабря 1993 года в часов в еуд. Б-210 на заседания специализированного совета К 064.22.С2 в Липецком политехническом институте по адресу:

ЗЭ8055, г.Липецк, ул.Московская, 30.

Бани отзывы-(в двух экземплярах, заверенные печатью) вросш направлять по указаяног^у адресу ка имя учёнрго секретаря ^спецЕготзвровзнного совета.

С диссертацией коано ознакомиться в библиотеке Липецкого политвхщзесЕОго института.

JT ^ ■

Автореферат разослан iC<P-iw/hï 1993 т.

Ученый секретарь специализированного совета, кандадат технических наук, доцент.,,

В.В.Карих

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Прэимущественннм направлением предупреждения хрупкого разрушения твердых износостойки наплавленных покрытий является создание сложнолегированных наплавочных сплавов с повышенной вязкость1!) разрупеяия. При это?.; приходится использовать дорогие легирующие элемента. Однако высокое содержание в структуре наплавленного износостойкого металла твердых фаз з виде карбидов, карбоборлдов и ¡гнтерметаллвдов, отрицательно влнявщех на вязкость разрушения, делает эту задачу технически трудноразрешимой. Особенно сложно повысить путем легирования вязкость разрушения какронеоднородных наплавленных покрытий па основа гранулированного карбида вслъфргга (релита), соторкй 2К50Т ггролоз ПрЮ!ЫНЗЕИ9 При ПРОИЗВОДСТВ» ПОрОДОрЗЗру-еэвздго инструмента, в частности, гзроззк йуровкг долот.

Поэтому разработка новкс тэхяологгчэскпх процессов наказ-ей, обоспечиЕззгцих достаточно г^со-иэ гзяоссстоЗзость з вязкость разрушения на бг.зо суц-зствувсгх твэркаг сплавов яглязтся паучпо-техничеог.сЭ задачей.

В с тем направлении перспективно гсполъзстать прзшст построения слоистых кснструкцг энных кзтерпалов.

Получение дассипатязнкх макроструктур наплззлояных попра-тгй, обеспочивавптгг эффективное рассэиванге энергии при нагруго-яги за счет локальной пластическоЗ деформация а иннроразрушгнгЭ позволяет существенно снизить трэбовакия к дзформационноЗ способности износостойких сплазоз и упростить технология их наплав-

Дзль уяботз - разработать тогнологическиэ процессы получения наплавленного релитса слоя с введением в него упрочняющих прослоек, обэспечпваззих погашение згсплуатациошгсЗ надежности пгарстак буроЕ-п долот, работаз^ях в условиях абразивного изнашивания, значительных дижздггесЕкх н Еонтактяпх нагрузках, тор--социкягческого воздействия.

Г/етогн исследордния. пргкеЕгтааэ в работе, вклотогн: ништанш! на' трелзяосгсЗкость при статическое нагруганип; испнтаяия на сто5кость к зарегаениа треигн при дзнеетлэсксм сагрукенси; испытания па валоциклозоа дннггическое нагруигшиэ; оценка прочности сплавления твердых сплавов о основой при ста-тзггоексм я депгксчеспоя нагругенияз; испытания па еззосостоЗ-

хость х истирающую способность наплавленных покрытий; определение температурных хоэ^фщиентов линейного расширения (ТКЛР) тверда Наплавленных сплавов ж стойкость их к термоцшигаческому воздействии; металлографические исследования; определение твердости наплавленных покрытий г инкротвердостд структурных составляющих твердых сплавов.

На защиту выносятся;

1. Введение в наплавленной хрушшЯ сплав упрочняетзих прослоек с повыпенвоЗ вязкостью разрушения как способ радикального повышения эксплуатационной надежности тверда* износостойких покрытий.

2. Методика оценки трещиностойкости твердых наплавленных покрытий при статическом и динамическом нагрузеюш.

3. Состав упрочняющих прослоек для наплавленного релитом • слоя и их ориентация относительно действующих внешних нагрузок а направления перемещения абразивной среды.

4. Эффективный объеи упрочняющих прослоек, обеспечивающий

вы о окуй хрупкую прочность наплавленного релитом слоя, достаточную износостойкость и разрушающую способность.

Научная новизна

1. Установлена принципиальная возможность значительного улучшения эксплуатационных свойств твердых износостойких хрупких наплавочных сплавов (в частности - релита) путём введения в них на всю толщину слоя прослоек из сплавов с повышенной вязкостью разрушения.

2. Определены коэффициента трещиностойкости и прочность группы широко прнмзкяекшс твердых наплавленных сплавов. Установлена зависимость трещиностойкости от эквивалента углерода Сд. Показано, что предварительный подогрев при нагславко отрицательно влияет на трещзностойкость.

3. Уста- ->влено, что введение упротатащиг прослоек с повы-сснпой гязкостьа раэруиения в хрупкие износостойкие наплавленные сплавы Елияет нз стойкость к динамическому нагруяокип, абргзпв-нув ЕзкосостоПкость, термэтескув усталость и истирающую способность.

4. Установлено, что оптимальный объем упрочнявщх прослоек при равномерном расположении их в наплавленном износостойком хрупком сплаве составляет 30-50 %. При объеме прослоек более

50 % значительно снижается абразивная износостойкость покрытия

и его истирающая способность. При объеме прослоек менее 30 % происходит значительное снижение стойкости твердого покрытия к динамическим нагрузкам.

5. Установлена предпочтительная ориентация прослоек относительно действующих на покрытие нагрузок. При динамическом на-гружении прослойки необходимо располагать вдоль направления действия нагрузки. При воздействии абразивной среда прослойки необходимо располагать по нормали к траектории перемещения абразива.

Практическая ценность. Результаты исследований позволили дополнить банк данных по механическим характеристикам твердых наплавленннх покрытий.

Показана значительная эффективность введения упрочнявших прослоек с поваленной вязкостьэ разрушения э износостойкие хрупкие наплавленные покрытия с целю поЕнвеяля эксплуатационной наделяоета наплавленных деталей. Это позволяет во многих случаях отказаться от р-ээрзботох и пригенгнпя дорогих еяеззолэ-гарозяшшх яапллво'ГЕкг сплавов.

Разработсгп: технологические процесса получения тзерддх гз-яосостс'згх всхрзтиЗ нз основа реггтз г других хрупких сплавов, обеспзчззапЕ^э значительное повстаете эксплуатационной волех^о-стя бурового инструмента л узлов машин. Годовой экономический эффект от внедрения: новах технологических процессоз износостойкой нашгазки составил более 300 тис.руб. (по ценам 1991 г.).

Апробагуя тбогн. Основные полозекия и результаты работа докладывались я обсуздались на Л Украинской республиканской Егаучно-тэхязческоЗ конференции "Современнее метода наплавки, упрочняйте защитные покрытия я используег.кв материала" (г. Харьков, 1990 г.); Всесовзной конференции "Восстановительная обработка стэлзЗ и сплавов" (г. Москва, 19Э1 г.); Республиканской конференция "Когшэзнцгонннэ покрытия" (г. Хитомзр, 1991 г.); Респуб-гикапской научно-технической конференция "Материалы и упрочшзз^зе технологии - 92" (г. Курск, 1992 Г.), Международной нзучно-тэхнЕчосг-ой г.окфэренции "Совре;;эннкэ проблем! сварочнсЗ науки и техники" (г. Ростсз-кз-Дону, 1993 г.), па научном сзж-нарэ кафедр "Оборудоззниэ и технология сварочного производства" Курского политехнического института и Липецкого политехнического института.

Публикации. По результатам исследована! опубликовано 7 работ.

Структура и объем диссертанта. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, списка использованной литературы я приложений. Общий объем работы составляет 243 страницы машинописного текста, включая 88 рисункоэ е 20 таблиц. Список литература содержит 115 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРИШЕ РАБОТИ

Во введении обоснована актуальность проблемы улучшения технологии наплавки карбидами вольфрама элементов породоразрушающе-го инструмента (зубьев шарошек-буровых долот), выбрано перспективное направление решения проблемы, сформулирована цель диссертационной работа, приведено краткое содержание выполненных исследований и их результаты.

В первом разделе дана общая характеристика наплавленного релитом слоя. Отмечено, что вследствие частичного растворения зерен релита в расплавленной стали и легирования ее вольфрамом к углеродом износостойкий слой характеризуется высокой хрупкостью. Ограничение растворения релита в стали не дает ощутимых результатов в плане-повышения вязкости разрушения. Это связано с высокой концентрацией зерен релита в наплавленном слое, являэ-пртхся центрами зарождения хрупких трещин. Рассмотрены особенности работа и изнашивания наплавленных релитом покрытий на зубьях шарошек буровнх долот. Показано, что износостойкий слой испытывает значительные динамические нагрузи, абразивное изнашивание, цгклические температурные.воздействия. Тягалые условия цагрухе-кся приводят.к возникновения' трещин и хрупкому разрушению (отколам) слоя угэ.в началыдй коиенг работы долота на забое. Это приводит и искажению геометрии породоразрушааощх элементов и изменению усдова! работы шарошек долота, что способствует енкхэниз проходки на долото, кеханической спорости бурения и уггенклокш дга\;отра разбуриваемой скважини.

Приведены известные способы предупреждения хрупкого разрушения наплавленных релитом слоёв,основными из которых являются ограничение растворения зерен релита в расплавленной стали путем нанесения защитных покрытий на зерна релита ели использование легированных сплавов - связок. Однако заметных подоззтельных результатов получено не было.

Во втором назделе на основе литературных данных показана эффективность применения слоистых конструкционных материалов с целью предупреждення хрупкого разрушения конструкций. Отаечено, что известным методом торможения или остановки трещины в хрупких конструкционных материалах, лежащим в основе многих технических решений, является создание на пути продвижения трещины границы раздела или "поглотителей" энергии в виде прослоек из высокопластичных материалов. Практика показала высокую эффективность применения вязких прослоек как в покрытиях, кмеюсих дискретные свойства в поперечном сечения, так и з покрытиях, где различные участки поверхности имеют переменны! химический состав. В этом направления следует отметить работы Деоза В.А., Гулаковз С.В., Шзарцера А.Я. и др. Приведены .татода получения и основные конструкционное параметры комбинированных даплавленных покрнткЗ (КШ) с упрочнявшими прослойкам. Показано, что в качестве кзтэриала прослоек могут выступать кснструкцпонпкэ уэталлз, из которзяс пзготазлава-ется наплавляемая деталь. В случае особах требований к катерзалу прослоек ™ исгзо наносить наплавкой. Оспозетд! параметром КНП является относительный объем арг.жрозакпя -100 . где

Уп - объем прослоек; V» - объем всего наплавленного кэталла. 3 зависимости от условяЗ работы Еашгвзлзннсго похргтгя ьелдчпка относительного объема армироззядя ксаег изменяться в пределах

* 0,7. Однако р за колет бить уипгерсальнз,! конструктивным параметром и однозначно его характеризовать. Конструкция КНП определял? гагзэ изрша прослоек н частота их расположения з твердом слое.

Конкретному лсиользоЕангв лрпнцгпа построения слолстпх тол для радикального улучшэнгя сзоЗстз наплавленного релитом слоя препятствует отсутствие теоретических и экспериментальных даппнх по оптимальному конструктивному оформлению КНП, свойствам упроч-епстс прослоен, влияние ил на структуру п свойства КНП.' Сфорлту-лзровгнп задачи исследований.

В трптьр?.' раздало црзвэдена методы я результата гсслодозандЗ свойств ряда.твердых наплгзочтзгх сплавов (табл. I) с целхз выбора материала уцрочпязгсрх: прослоен. Отсечено, что з связи с особгс.гз условиям Експлуатацди наплавленного релзтоп слоя перспектив етгл материалом прослоек могут слузять яекоторнэ напла-очшэ оплата, обладайте достаточно высоко!! вязкостью разрупеняя. С этой цельэ проведен гомпдеао зселодоБанзй механгчзекзх своЗстз твердит на-

Таблица I

Характеристика исследуемых наплавочных сплавов

££

Ватшяование (марка)

! Тип ! Тип по ! !

! !Твердость!

нашавленного ¡класса- !

! ! HRC

металла ! фяхацни!

! МИС

I I8XE3MA I8XH3M А 22 - 26 0Д8

2 ПП-ЖГ21 ' 2СЙГТ А 29 - 38 0,54

3 ПП-АН120 18ХГГ1Ы А 38 - 42 0,98

4 ПП-АН130 25X5ЗМС В 40 - 46 1,38

5 ЭН-6Ш 70ХЗСЫТ В 52 - 60 1,49

6 ПП-Ш22 30Х5Г2СМ В 50 - 56 1,69

7 ОЗИ-S ■ lOKISBIIMIOXX® г. 58 - 62 2,47

8 ОЗИ-З 90Х4М4ВФ Г 50 - 59 2,64

9 ПП-Ш06 I0XI4T Е 42 - 48 3,00

10 ЛП-АН103 20GH2M Е 40 - 44 4,46

II БСН-8 I2ŒI3X7P F -Е 57 - 64 4,25

12 ВСН-6 ИШ4В13<52 Г -Е 50 - 55 4,46

13 ПП-АН170 80X2 CIP3T G 58 - 67 4,80

14 ПП-Ш25 20QXI5CITPT С 50 - 57 5,17

15 Т-620 320X23С2ГГР 6 55 - 62 7,24

16 Релит ТЗ, 3 I8GBI6 р 64 - 70 3,00

s

плавленных сплавов, относящихся к группам А, В, Г, Е, 6 и Р по классификации МИС.

При оценке вязкости разрушения (К^с) твердых наплавленных покрытий было установлено, что наибольшей трещиностойкостья характеризуются наплавленные сплавы, относящиеся к группам А и В, и имеющие относительно однородную структуру мартенснтного типа или мартеноатао-карбщщв с остаточным аустенитом (рис. I).

Рис. I. Трещиностойкость наплавленных сплавов

С увеличением неоднородности структура а количества карбидной фазы трэпзшостойкосгь уменьшается. С появлением в структуре наплавленного сплава сетки ззтектических карбидов скелетообразной формы, что характерно для ледебуритнкх высоколегированных сплавов, трещгностойкость резко снихается. Уменьшается и в случаях легирования твердых сплавов борем. Известно, что бор образует твердые к хрупкие боргды легирудагх элементов н кзрбобориды за счет замещения бором часта атомов углерода а карбидах. Кроме того, соединения бора (в частности карбобориды) имеют склонность располагаться з виде цепочек по границам первичных зорен аустенята. Все это обусл" вливает невысокую вязкость разрушения борщшых сплавов. Очень низкие значения К|0 показам! наплавленные сплавы Т-620, ГШ-АН170, ПП-АН125 и ралит. Установлено такяе, что прэдва-

рительиый подогрев в процессе назлавки твердых сплавов снихает ■ вязкость разрушения наплазлэнного металла.

Исследование прочности сплавления износостойких покрытий с осеовой (Ст.З) показало, что при статическом и ызлоцихловом динамическом Езгрухенм наибольшей прочностью обладазт сплаш групп А и В (особенно сплав ЭЯ-бСЮ. Минимальная адгезионная прочность у свлазов типа б и Р.

Была разработана методика в определена износостойкость и истирающая способность наплавленных сплавов. При разработке методики учитывались условия работы калибрующей поверхности шарошек буровых долот. В качестве контртела (абразива) использовались блоки янцевского гранита, в качестве жидкости - глинистый раствор. Для повышения надежности экспериментальных данных перед наплавкой опытных образцов было исследовано влияние направления роста кристаллитов на анизотропию износостойкости и истиравшей способности. Наплавку осуществляли при расположении электродов под углом к наплавляемой поверхности образца и по вертикали. Показано, что наибольшей анизотропией износостойкости и истирающей способности обладают цаплавлешша покрытия с развитой первичной структурой, имеющзе в своей основе дарбиднно образования и другие твердые фазы, причем опрсделяхщнм элементом является угол встречи конгламе-ратов твердых $зз ж карбидов. В случае наплавки вертикальным электродом анизотропия износостойкости и истирающей способности проявляется значительно меньше, а износостойкость сплавов наибольшая. Поэтому при изготовлении образцов для исследования абразивной износостойкости 2 исгиравцей способности была принята схема наплавки Еертпкельгам «левхродом. Снижение исткрзвдей способности в данном случае не имеет существенного значения, так как этот пока гаталь для наплавленного релитом слоя многократно проЕизает все известные наплавочные- сплавы.

Анализ дггткх по износостойкости наплавленных покрытий показал, что высоколегированные спловц с высокой агрегатной твердостью не всегда оказывсотся эффективными. Наличие динамических нагрузок приводит к ыастнш хрупкий разрушениям наплавленного слоя, СЕигаадах износостойкость. Достаточно высокую износостойкость показали лишь сплава ОЗИ-З, ВСН-б в ОЗИ-5.

Воздействие тепловых ударов на наплавленный релитом слой зубьев шарошек буровлх долот поставило задачу при разработке составов упрочняющих прослоек провести оценку иг термической стой-

кости. Критерием слузяло количество циклов теплосмен до появления первой визуально наблюдаемой трещины на поверхности наплавленного слоя. Показано, что сплавы типов А-В обладают относительно высокой стойкостью к образования трещин при гермоциклированяя. С увеличением степени легирования углеродом и карбодообразуви^пли эле/лентами, когда в структуре присутствует большое количество карбидов и карбоборидов, терлоусталость значительно снижается.

Комплекс проведенных исследований свойств твердых наплавленных сплавов показал, что для КНП на основе наплавленного релитом слоя могут быть использованы сплавы с иартенситной, мартене!, но-карбидкой, а тагсге аустекитно-мартепсигко-карбидной структурой. В сравнении с наплавкой релитом они имеят достаточно высокие значения механических характеристик и стойкость к циклическим тепло-сменам .

В четво-ото!1,? разделе приведены результаты исследований атая-ния упрочняющих прослоек на свойства КПП.

Установлено, что введение в твердые н хрупкие наплавленные покрытия прослоек, характеризующихся более высокой вязкостью разрушения, снсхаэт опасность образования трецин в наплавленном слов ж их развитие. Для оценки стойкости КНП к динамическим нагрузка;« была разработана ?,:а?од!Тка определения деформации зарождения трепан в наплавленном слое. Прямое измерегпге деформаций варсяденкя трещины в наплавленных образцах осуществлялось с погсгсш тензо-датчиков, наклеелзле з зоно зарождения Греции; при однократном дянзкичесгом Еагругедкя (консольпзй изгиб) с энергией удара 30 Да. Инициирование трещикн в кеств наклейки тензодатчикоз осуществлялось путан нанесения концентратора в вида тонкого надреза на глубину 3 г.гл. Схс:--а установки приведена на рис. 2. Запуск гори- ' зоятальной развзртка осциллографа осуществлялся внееяй сигналом от гальванического элемента 5Г, включаемого коночным шклачаталем ВК за 10-20 ко до начала нагруяетея. Деформация зароэдения треиз-пн вычислялась по формула:

и» - Я, О

О/ - -;-1-:- I

* а-(Я. ♦/?,)• к

где Из - ордината точки разрыва па осциллографе;

Цк - напряжение контрольного разбаланса;

К - паспортный коэффициент тензочувствительности ;

Схема испытании

0311-5 дСН-6 Г-Б20 ПП-ШТО ТЗ (релит)

Рис. 2. Влияние прослоек на деформацию зарождения

трещин в КНП: _

I - без прослойки; 2_- прослойка по нормали к Р; 3 - прослойка вдоль Р

Иаочшк

А Г&Т ♦ - ~

тт

Цсиг-итг^ь ТОПДЗЛ-О! | а £1 пит и, Ощи/тсгр^ С&-9А Зопуы

г—1 зг

У

Рис. 3; Блок-схема установки

испытуемого тензодатчшсз;

Кк, Рд - соответственно сопротивление контрольного разбаланса и датчика.

Испнтывались сплавь- марок ОЗй-5, ПП-ЖЕ25, ПП-АН170, Т-620, ВСй-б и наплавка релитом 13. В качестве прослоек использовалась Ст.З. Прослойки располагались вдоль и по нормали к направления действия внешней нагрузки. Объем прослоек регулировался в пределах 20-50 Было установлено, что прослойки оказывают значительное положительное влияние на дефорлаяюэ зарождения трещин в на-плазлеЕноа кеталле, особенно в случае располохзния прослоек вдоль направления, действия нагрузки (ряс. 3).

Анализ кинетики распространения трещаз в КНП при малоцияло-вои динамическом нзгрухонии показал, что при объеме армирования ■ £ = 20 % и менее старт трегшш от острого надреза приводит к нестабильному распространению ее по Есэму сечению образца до полного разруиэния, причем такой характер разрушения не зевисит от распологенйя прослойки. Плоскость излома прослойки находится под утлом к плоскости разрушения твердых составляющих КНП. При объемах армирования р > 30 % кинетика распространения трещины имеет другой характер. В случае расположения прослойки по нормали к йу образуется, как правило, одна трецина нестабильно распространяющаяся до граниту оплавления с прослойкой. В дальнейшем трещина либо гаснет в прослойке, либо начинает распространяться по линии сплавления. Часто под просло!кой возникают два и более очага трещин (множественное разрушение). При расположении прослоЗ-ки вдоль Р возникает несколько очагов хрупких трещин и для разрушения образцов требуется значительно большая работа, чем в первом варианте.

Прослойки вязкого металла увеличивают в 2-3 раза прочность сплавления твердых сплавов с основным металлом. Причем, чем выше хрупкость сплава, тем э^октивней влияние прослоек на прочность сплавления. Увеличение объем арютроваюш сверх определенного значения не влияет на прочность сплавления, а в некоторых случаях иозет снизать.

Упрочняюще прослойки оказавши положительное влияние на разрушение т^ердвх наплавленная сплааоз при тераоадклврованзга, причем просдойет на иэталла напдавлатеоЗ деталз бодеэ првдпочтз-тельнн. С увелэтоЕаоа объема ергировашя полозЕтелънаЗ аффект увеличивается.

Предполагая перспективность использования КНП на основе твердых и хрупких износостойких сплавов не только для зубьев шарошек буровых долот, в работе были приняты несколько методик исследования влияния прослоек на износостойкость (Методика испытаний на гидроабразивное изнашивание незакрепленным абразивом, при трении о закрепленный абразив в гидроабразиЕной среде и ударно-абразизное изнашивание). Было изучено влияние ориентация упрочняющих прослоек относительно вектора скорости перемещения абразива по поверхности КНП на износостойкость и разрушающую способность КЕШ. Показано, что введение прослоек, обладающих меньшей агрегатной твердостью, чем износостойкие сплвеы, способствует снЕгенизо абразизной износостойкости. Однако при объеме армирования до 50 % интенсивность изнашивания на подчиняется закону аддитивности вследствие экранизирующего влияния твердых слоев на износ "мягких" прослоек. При объеме прослоек до 30 % заметного сюаенгя износостойкости нэ наблюдалось, а для наплавки релитоы износостойкость увеличилась. Для наплавленного релитом слоя'в случаэ прослоек из сплава ЭН-60М износостойкость практически не уменьшалась л при объеме армирования порядка 50 /Г (р:с. 4). Стойкость к ударно-абразизяску изнапивалпю возросла в 2,5 раза. 1акое елзяниэ оказывают прослойки и на истирающую способность (рис. 5). Наиболеэ аффективное расположение прослоек с позешш износостойкости е истирвдщсй способности г- по Е0р.!2ЛЕ К ЬЗГ.ТОру скорости перемещения абразивных, частиц.

В ня^гш"раздела на основе анализа наполненного состс.^аш наплавленного релитом слоя периферийного ряда зубьев сарошвк буровых долот разработаны ^ексмандагди по ьнбору места располсЕения упрочняющих прослоек и тегзологические процессы получения ШШ на основа: наплавленный рг.._лтом слой + прослойки из сплава ЭН—6Ш; наплавленный релитом слой + прослойка дз долотноЭ стали. Было установлено, что при перекатывании иаропе.; буровых долот тппа Т и СТ наибольшие контактные и динамтческЕэ нагрузки приходятся па вершины набегающей к сбегающей траней зуба. С учетом траектории першеценил абразива по калибрующей поверхности зубьез периферийного рада прослойки рекомендовано располагать вдоль образуюцэй обратного конуса по границе зуба. В случае ко?лпозицЕи:наплазка ралитогг + прослойки из сплава ЭН-60.!, прпмэнллгя газопламенный способ наплавки ралпт&и ТЗ и электродуговая иаплазка электродом ЭН-6СН.

1.2

\

0,9 0,3 0,7

—е—

в о- { А Д-/ 'слит 7 'елит Т ШАЗМА 34 ЗН-60 м

© д - прошедшие ХТ0 о'&- ¿£5 ХТ0 1 1 1 \

10

20

30

г/.

50

Рис. 4. Относительная износостойкость КНЛ при трении о закрепленный абразив.

0.16

ир^-ю*

ан

0,13 0,12 о,н

—«

о

9 о -А Д- 'мит Т. 'г лит Г 5- шнг ь+зп-ы )М о\

в д - прошедшие КГЦ о л - иеэ хто I ! 1

«Г '

скорость разрушения породу, кг/с

&- скорость износа образцов, кг/с ,

{0

го

30

50

Рнс. 5. Влияние объема армирования на раэтулавпуя способность КИП

В случав композиции;наплавка релитом + прослойки из долот-, ной стали,применялся нагрев током высокой частота и релит 3. Была разработана специальная технология по-учения направленного слоя релитом 3 прослойками из долотной стали при индукционном нагреве, обеспечивающая формирование износостойкого слоя повышенной толщины. В основе' технологии лежал принцип пропитки расплавленной сталью слоя релита, помещенного в специальные пазы, изготовленные на поверхности зуба. Формированию качественного слоя способствовало снижение температуры плавления стали 18ХНЗМА за счет легирования её вольфрамом и углеродом при частичном растворении релита и использование защитной газовой среды (технического азота или аргона), снижающего интенсивность окисления релита к стали при нагреве. Это обеспечивало хорошую смачиваемость зерен релита расплавленной сталью и быструю пропитку слоя релита.

По разработанным технологиям были изготовлены долота и проведены стендовые испытания на буровом стенде. Анализ результатов стендовых испытаний долот с шарошка:.®, имеющими на калибрующей поверхности КШ, показал перспективность применения разработанных технологий. Проходка на долото и механическая скорость бурения возросла в среднем на 30 %. КНП на основе ро-лита и сплава ЗН-6СМ боязе предпочтительней, т.к. прослойки из сплава ЭН-6И в сравнении с прослойками из долотной стали имеют более высокую упрочняющую способность для наплавленного релитом слоя вследствие высокой прочности, трещиностойкости и абразивной износостойкости. Применение КНП позволило получать на ка- -либрующей поверхности долота износостойкий слой повышенной толщины.и, следовательно, возможность восстановления после наплавки исходной геометрии ?^ба. Износ долота по диаметру з процессе бурения уменьшился в 2 .раза.

Результаты исследований тагле были использованы для разработки технологий поверхностного упрочнения КНП кузовоз большегрузных автомобилей, использованных для перевозки гелезных руд, .а такгэ облицовочных шшт шнековых питателей дробильных фабрик.

' ОБЩЕ ШВОДН

1. Установлено, что наплавленный релитом слой на калибрующей поверхности периферийного ряда зубьев шарошек буровых долот вследствие высокой хрупкости разрушается угэ в начальный момент работы долот на забое. Это приводит к ннтгнсиЕЗому абразивному ч

\

изнашиванию зубьев, и как следствие - уменьшению диаметра долота, проходки на долото, снижению механической скорости бурвппя. Хрупкость наплавленного сяоя определяется интенсивным растворением карбидов вольфрама в расплавленной стали и легированием последней большим количеством углерода и вольфрама. В результата формируется матрица с высоким содержанием хрупких яелйзо-вольфрамовых карбидов и вольфрамидов, свободного графита, вторичных карбидов. Хрупкая матрица и высокая концентрация первичных карбидов вольфрама в ней не обеспечивают достаточную) прочность сплавления с основой при высоких динамических и контакт -них нагрузках на зуб в процессе разрушения шзродшами порода.

2. Традиционные методы повыпенкя прочности наплавленного релитом слоя путем легирования матрицы элементами, увеличивающими её вязкость или снизссши \т интенсивности растворения зерен релита в расплавленной стали в тяжелых условиях работы шарошек буровых долот оказываются малоэффективными. Радикальное повышение эффективности использования релига как наплавочного сплава, обладающего высокими износостойкостью и истирающей способностью, можно осуществить путем армирования наплавленного карбидами вольфрама слоя упрочняющими прослойками таким образом, чтобы каждый элемент сформированного комбинированного покрытия выполнял приемлема для него функции при нагрузении.

3. Разработана методика изготовления образцов с трещинами из твердых наплавленных сплавов для оценки гас трещиностоЯкоста. Установлено, что наибольшей трещяностойкосгыо характеризуются сплавы, относящиеся к группам А я В со классификации ШС и пмеюзде относительно однородную структуру - мартенеятную и мартонедтно-карбиднув с остаточным аустенятом. С увличониеа неоднородности структура и количества карбидной фазн в сплаве трещлностойкость уменьшается. Отрицательное влияние оказывает бор, влодш1Й в сплава для увеличен»! износостойкости. ?.Ькро-яеоднородяно сплавы (группа Р) характеризуются низкой троцяко-стойкостьэ. Продваритолытнй подогрев •приводит к енпзонга трг-щиностойкоста наплавленных сплавов. О

4. Установлено, что для сплавов с шеокой трециностойко-стъю характерна повышенная адгезионная прочность независимо от характера ввгрузюния (статического или динамического). Наибольшей адгезионной прочностью обладают сплавы групп А я В (особенно сплав ЭН-60.1). Самая слабая связь у наплавленного релитом

слоя.

5. Наплавленный релитом слой по износостойкости при трении с ударами о горные порода в среде глинистого раствора находится на уровне ряда высоколегированных наплавленных сплавов. Б то же время разрушавшая способность его превосходит другие сплавы в 4 и более раз.

6. Разработана методика и определены значения деформаций зарокдения трещины в твердых наплавленных покрытиях. Установленное соответствие значений деформаций зарсотения трещин ¿у при динамическом нагружении значениям К^,, при статическом нэ-грукении позволяет предполагать применимость для оценки вязкости разруиения хрупких наплавленных сплавов при динамическом нагрухении.

7. Упрочняющие прослойки увеличивают деформацию зарождения трещины в твердых и хрупких наплавленных сплавах, особенно в случае ориентация прослоек вдоль действия динамической нагрузки, когда в зоне растяжения на поверхности находится слой контактно нзупрочданного металла "вязкой" прослойки. Увеличивается адгезионная прочность. Чем бсльзей хрупкостью обладает твердый сплзв, тем эффективнее процесс упрочнения прослойками. С увеличением .

-.объема прослоек увеличивается эффект упрочнения, т.к. снягаэтся степень контактного упрочнения вязких прослоек тзерслш состав-лквщиьи КНП.

8. Упрочняющие (более вязкие) прослойка изменяют характер

• развития хрупкой трещины в КНП при циклическом дина-дическсм на-грукении. Наблюдается первоначальное г.гнозестаенное разрушение твердых слоев перед развитием магистральной трещины через вязкую прослойку. При ориентации прослойки по нормали к дейстзув-щим нагрузкам происходят тормсеение ее в вязком слое п возникновение очагов трещин под прослойками после еЗ пластической деформации.

9. Эффективность прослоек згкзтно проявляется при объеме армирования не менее 20 %.

- 10. Установлено, что взедеяие упрочняющих прослоек, обладающих меньшей агрегатной твердостью, способствует сккгению абразивной износостойкости. Однако, цри объема аржровакия до 50 % интенсивность поверхностного разрушения не подчиняется закону аддитивности вслествяе экранирующего влияния твердых слоев на износ "мягких" прослоек. Наиболее эффективно расположение упрочнявших прослоек при абразивном изнашивании - по нор-

мали к вектору скорости перемещения абразивных частиц.

11. Упрочняющие прослойки из сплава ЭН-60М дяя наплавленного релитом слоя наиболее предпочтительней, так как введение их в объема порядка 50 % практически не снижает абразивнув из носостойкость и истирающую способность, а стойкость к ударно-абразивному воздействию возрастает в 2,5 раза.

12. Разработаны технологии получения КНП на основе релита ТЗ и сплава ЗН-6СМ, а также на основе релита 3 и долотной стали при индукционном способе наплавки для зубьев парошэк буровых долот, обеспечиваащзе увеличение показателей бурепия (проходки на долото и механической скорости бурения) на 25-30 %.

Основше результата диссертации опубликованы в слejnnaaus работах

1. Рн.-5ков Ф.Н., Замулина И.Н., Воротников В.Я."Повшне;гзе эффективности использования хрушги: наплавленных сплавов для поверхнооягого и объемного упрочнения деталей васина"// Тез. докл. Республиканской научно-технической конференции '"йзтерпалы и упрочняющие технслогяи-91"/ КШ. Курск, 1991,- с.25-26.

2. Рыгкоз Ф.Н., Замулина И.Н., Воротников В.Я. Технология и оборудование для наплавки комбинированными покрытиями из высоколегированных материалов деталей мапни, применяемых в тепловой энергетике // Тез.докл. Всесоюзной конференции "Восстановительная обработка сталей и сплавов"/ НТД "Информатика", Москва, 1991.- с.25-26.

3. Рыжков Ф.Н., Замулина И.Н., Воротников В.Я. "Повышение эффективности использования хрупких наплавленных сплавов для поверхностного и объемного упрочнения деталей vsm&"// Тез .докл. Всесовзной конференции- "Восстановительная обработка сталей и сплавов"// КТЦ "Информатика". Москва. 1991.- с.26-27. „

4. Рыжков Ф.Н., Замулина H.H., Воротников В.Я. "Исследование трощипостойкости твердых изплавленных сплавов с вязким прослойками пдр дзяшичоском кагружениг"// Тез.докл. IT Украинской Республиканской научно-технической конференции "СоБр&мен-нне метода наплавки, уярочнящив занипиа яократкя и используемые материала"/ Харьков, 1990 г.- с.121-122.

5. Замулина И.Н., Ргггков Ф.Н., Воротпзкоз В.Я. "Влияние упрочнязятях прослоек на деформация зарождения трещин в твэрднх яашгавлеяннх сплавах"// Тез .доил. Иетдународзсй научно-тзюги-

ческой кскфзреззда "Современные проблемы сварочной науки и техники"// Ростов-на-Дону, 1993 г. - с.73-74.

6. Замулипа И.Н., Рыяков Ф.Н. "Технология получения наплавленных релитом покрытой повышенной толщины"// Тез.докл. МеадгнародаоЙ научно-технической конференции "Современные пройдены сварочной науки и техники"/ Ростов-на-Дону, 1993 г., -с.74-75.

Подписано к почата -<0. Н.93 „ форлат60x54; % Пачапшх листов ■Мб Тграз ЮО 8кз. Заказ-наряд 90'

Курсх^З псуштогличосхгй институт, Курск 306039 , 50-лет Октября, 34