автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Повышение эксплуатационных характеристик сварных ленточных пил из углеродистых сталей

004608000

КЛЮШКИН МАКСИМ КОНСТАНТИНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ПИЛ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Специальность: 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 СЕН 2010

Москва 2010 г.

004608000

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном индустриальном университете (ГОУ МГИУ) на кафедре «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Овчинников Виктор Васильевич Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Шаркеев Юрий Петрович Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Истомин-Кастровский Владимир Владимирович

Ведущая организация: - ООО «Научно-производственная фирма «Источник»

Защита состоится «16» сентября 2010 года в 14:15 на заседании диссертационного совета Д.212.129,01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном индустриальном университете по адресу: 115280, Москва, ул. Автозаводская, 16, ауд. 1605.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке ГОУ МГИУ.

Автореферат разослан «16» августа 2010 года и размещен на сайте www.msiu.ru

Учёный секретарь диссертационного Совета Д.212.129.01 кандидат технических наук, доцент

Иванов Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пиление ленточной пилой - простой, дешёвый и экономически выгодный способ распиловки, обеспечивающий вполне удовлетворительные результаты при раскрое различных материалов. В настоящее время существуют достаточно совершенные методы электронного управления ленточнопильными станками с целью получения оптимального выхода пиломатериалов, постоянно совершенствуется оборудование по уходу за пильными лентами.

Наибольший интерес у производителей пил для раскроя древесных материалов проявляется к углеродистым инструментальным сталям. Указанные стали предназначены для изготовления высокопроизводительного инструмента. Инструмент из этих сталей сохраняет высокую твёрдость и допускает применение производительных режимов резания древесины. Для соединения заготовок пил в замкнутое ленточное полотно используется стыковая сварка оплавлением. Данный способ является высокопроизводительным, обеспечивает стабильное формирование соединений и не удорожает стоимость пилы.

В тоже время опыт эксплуатации сварных ленточных пил из углеродистых сталей показал, что даже при эксплуатации в одинаковых условиях наблюдаются существенные различия в наработке полотна пилы до разрушения. Длительность наработки до разрушения полотна изменяется в пределах 20...550 часов. Такой разброс, с одной стороны, вызывает нарекания потребителей, а с другой - инициирует проведение исследований и разработку технологических мер, направленных на повышение стабильности эксплуатационных характеристик сварных ленточных пил.

Цель работы. Исследование особенностей формирования структуры соединения при стыковой сварке заготовок ленточных пил, характера разру шения их в процессе эксплуатации и разработка технологических мер, спо-

собствующих повышению стабильности эксплуатационных свойств ленточных пил.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ характера разрушения сварных соединений ленточных пил в процессе эксплуатации и определение основных причин нестабильности длительности наработки сварных пил до разрушения;

2. Исследование структуры сварного соединения ленточной пилы, полученного стыковой контактной сваркой;

3. Оценка влияния режимов стыковой сварки оплавлением на структуру и свойства сварных соединений углеродистой стали СЯ400;

4. Изучение влияния локальной поверхностной термообработки сварного соединения ленточной пилы на структуру соединения и его эксплуатационные характеристики;

5. Исследование влияния имплантации сварного соединения пилы ионами углерода на ее эксплуатационные характеристики.

Научная новизна.

1. Впервые установлено, что при стыковой сварке оплавлением заго--товок ленточных пил из углеродистых сталей во всем диапазоне режимов наблюдается формирование в соединении светлой нетравящейся полоски с содержанием углерода на уровне 0,12...0,18%. Разрушение ленточных пил в эксплуатации начинается с основания зуба пилы и распространяется по светлой полоске в соединении.

2. Показано, что осуществление отпуска после сварки заготовок ленточных пил способствует некоторому повышению твердости и снятию напряжений в зоне сварного соединения. Проведение отпуска не оказывает заметного влияния на структуру и свойства светлой нетравящейся полоски в соединении.

3. Установлено, что локальная термическая обработка лазерным излучением сварных соединений ленточных пил инициирует формирование слоистой структуры в зоне соединения за счет высоких скоростей охлажде-

ния - твердого поверхностного слоя и относительно мягкой матрицы. Такая структура отличается стойкостью к образованию и распространению трещин, приводящих к разрушению ленточных пил в эксплуатации, и позволяет повысить срок эксплуатации пилы до разрушения до 750.. .800 часов.

4. Впервые показано, что ионная имплантация сварных соединений сталей У8 и CR400, полученных стыковой сваркой оплавлением, ионами углерода с дозами в пределах 1016...5'1017 ион/см2 повышает износостойкость при испытаниях. В основе этого явления лежит формирование специфической дислокационной структуры с характерными петлями и изгибами дислокационных линий, а также образование мелкодисперсных фаз типа цементита. Практическая ценность.

Разработана технология изготовления сварных ленточных пил, включающая обработку сварного соединения. Внедрение в производство предложенной технологи обеспечило стабилизацию наработки до разрушения полотен в эксплуатации до 750...800 часов. По результатам исследований выпущена производственная инструкция на изготовление сварных ленточных пил из стали CR400.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на 1У Международной научно-практической конференции «Стабилизация экономического развития российской федерации». Пенза. 2005; на VI Международная научно-практическая конференция «Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий». М.: МГИУ.2006; на Международной конференции «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения». Москва. МГИУ. 2007.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 23 таблицы. Список литературы включает 92 наименования.

Методы исследования. В работе использованы современные методы металлографического, микрорентгеноспектрального, рентгеновского фазового анализа, современные методики исследования механических свойств, методы математической обработки результатов экспериментов и современная вычислительная техника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, сформулированы цель и задачи, научная новизна, практическая ценность выполненной работы, дано краткое описание структуры работы, приведены сведения об апробации работы и методах исследований, использованных при ее выполнении.

В первой главе приведен обзор ленточных пил, применяемых в настоящее время для раскроя древесных материалов. Приведен анализ свойств материалов, применяемых для изготовления ленточных пил, описаны их химические составы, структура и механические свойства.

Представлены основные методы получения неразъемного соединения при изготовлении ленточных пил из углеродистых инструментальных сталей: пайка сопротивлением и стыковая сварка оплавлением. Указаны характерные дефекты, возникающие при пайке и сварке ленточных пил: непропай, неполное удаление жидкой фазы в грат. Качественное сварное соединение образуется при полном выдавливании из стыка всей жидкой фазы вместе с загрязнениями в процессе осадки.

Анализ эксплуатационных характеристик сварных ленточных пил показал, что срок их наработки до разрушения полотна в зоне соединения изменяется в довольно широких пределах от 20 до 600 часов работы. При этом такой разброс наблюдается при сварке полотен из одной и той же партии исходного материала на рекомендованных режимах.

Это обуславливает необходимость проведения работ, направленных на повышение стабильности эксплуатационных характеристик сварных ленточных пил. В качестве главного направления исследований был выбран поиск путей обработки сварных соединений ленточных пил, способствующих повышению эксплуатационных свойств.

Во второй главе приводится описание оборудования и методик исследований, проводимых при выполнении работы.

Исследования механических свойств сварных соединений производились путём испытания образцов при комнатной (20 °С) температуре по методикам, предусмотренных ГОСТом на оборудовании производства ОАО «Точприбор» г. Иваново. При испытаниях по определению механических свойств соединений ленточных пил, согласно ГОСТ 6996-66.

Из полученных образцов вырезались шлифы для последующего металлографического и фрактографического исследований. Химический анализ металла шва и околощовной зоны (ОШЗ) проводился методом РЭМ на электронном микроскопе Karl Zeiss EVO 50. Данный микроскоп имеет разрушающую способность 1 нм. На микроскопе возможно определение состава поверхности (глубина 1...10 мкм, локальность 0,05...10 мкм), получение интегральных значений концентрации по различным фазовым выделениям, проведение качественного и количественного металлографического анализа, определение состава фазовых составляющих методом рентгеновского локального микроанализа.

Микроструктура сварных швов оценивалась на микроскопе при увеличении от 50 до 1000 крат с последующим фотографированием на цифровой фотоаппарат с матрицей 8,1 МПикс. Цифровая обработка полученных изображений проводилась на компьютере с целью устранения дефектов, повышения качества, улучшения визуального восприятия изображения.

Для повышения качества и последующего количественного анализа полученных изображений применяли программу обработки и анализа изображений Image Pro Plus v.5.0 американской фирмы "Media Cybernetics".

В третьей главе представлены результаты исследования структуры сварных соединений ленточных пил стали СК400, полученных стыковой сваркой с оплавлением.

На рис. 1а представлена макроструктура сварного соединения ленточной пилы из стали 01400. Анализ макроструктуры показывает, что в зоне соединения присутствует зона в виде светлой полосы. Формирование этой зоны связано с интенсивным выделением окиси углерода при оплавлении при умеренных скоростях оплавления и осадки.

а б

Рис.1 Макроструктура (а, хЗ) сварного соединения ленточной пилы и распределение твердости (б) в соединении.

Распределение твердости в соединении стали 01400 показано на рис.15. Из представленных данных видно, что падение твердости в самом соединении, по-видимому, объясняется обезуглероживанием оплавляемых поверхностей заготовок. Провал в значении твердости в основном металле в зоне термического влияния можно связать ростом зерна и выделением карбидов в приграничной зоне зерен.

В соответствии с распределением температуры в соединении наблюдается наличие различных структурных зон. В результате сжатия соединяемых заготовок жидкий окисленный металл выдавливается из плоскости контакта. К светлой полоске обезуглероженного слоя примыкает зона крупного зерна, рост которого происходит в процессе сварочного нагрева. По мере удаления от соединения наблюдается переход к мелкозернистой структуре в результате медленного охлаждения. Далее располагается зона нагрева металла до

температур несколько выше Асз, которые в результате этого претерпел полную перекристаллизацию. В этой зоне наблюдается мелкозернистая структура. За этой зоной располагается основной металл в состоянии перед сваркой.

Типичная структурная схема соединения ленточных пил из стали СЯ400 приведена на рис.2а. При сильном травлении микрошлифов фиксируется волокнистое строение основного металла (зона 4). Давления в краевых волокнах оказываются незначительными, поэтому металл в зоне 2 имеет рыхлое строение. При механической обработке по плоскости О; - СЬ в районе стыка появляются точки, являющиеся границами волокон металла. Эти точки выступают дополнительными концентраторами напряжений при ударных и изгибающих нагрузках.

, *■ . „-М Г*

у Ш

.. - V

• '.;. .'/с-.

' ' > -1 ..... ¿.45;

Рис. 2. Структурное строение соединения ленточных пил (а) и микротрещины в белой прослойке (б) (х500).

Ширина светлой прослойки 3 увеличивается к периферии соединения и уменьшается к осевой линии. В этой зоне присутствуют микротрещины 5 (рис.2б). В изломе они выглядят как округлые пятна островков несплавления. Исследования показали, что микротрещины содержатся только в зоне светлой прослойки.

В работе выполнены исследования влияния параметров режима сварки оплавлением ленточных пил на ширину светлой прослойки. В качестве изменяемых параметров режима служили: скорость осадки Уос, мм/с; удельное давление осадки рос, МПа; припуск на оплавление (суммарное укорочение

деталей при оплавлении) А опл, мм. Параметры режима сварки образцов приведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры режима сварки образцов из стали СЯ400

Толщина 1,+12, Аопл, Дос, Ак, (ос, V * ОС 5

образца, мм мм мм мм с мм/с

мм

1,0 11,0...12,5 5...6 2,0...2,5 3...5 0,06...0,10 5...80

Эксперименты показали, что на ширину светлой полоски из параметров режима сварки оплавлением в наибольшей степени влияют усилие осадки и скорость осадки. Установлено, что ширина светлой полоски снижается при росте давления осадки (усилие осадки) (рис. 3). Так при давлении осадки, превышающем 55 МПа, светлая полоска практически полностью исчезает. В тоже время, как показали металлографические исследования, в этом случае в сварном соединении проявляются микронадрывы, которые, по-видимому, являются следствием контакта и тангенциального течения волокон текстуры основного металла.

Р, МПа | а ь. ми |

Рис. 3. Влияние давления осадки на ширину светлой полоски в соединении

Испытания сварных соединений ленточных пил из стали СЛ400 выявили, что наличие светлой полоски и ее ширина практически не сказываются на прочности сварного соединения при статическом нагружении. Так при ши-

рине светлой полоски 1,9 мм (давление осадки 25 МПа) прочность сварного соединения составила 0,88...0,92 от прочности основного металла. Увеличение давления осадки до 45 МПа способствовало уменьшению ширины светлой полоски до 0,4...0,45 мм при прочности сварного соединения на уровне 0,90...0,94 от предела прочности основного металла. Использование давления осадки более 55 МПа, приводящее к полному устранению светлой полоски, сопровождается снижением прочности сварного соединения до 0,70.. .0,73 от предела прочности основного металла.

На основе полученных результатов можно заключить, что при осадке заготовок ленточных пил применение давления осадки более 55 МПа нежелательно. В то же время ширина светлой полоски в соединении незначительно сказывается на прочности сварного соединения при статическом растяжении.

Металлографические исследования структуры сварных соединений стали CR400, полученных стыковой сваркой оплавлением, показали, что светлая полоска является, в основном, ферритной прослойкой, формирующейся в результате обезуглероживания металла в процессе сварки (рис. 4).

РИйшшшшш?

штшш

ЧЩШШжт % Щ

Рис. 4. Микроструктура ферритной прослойки в сварном соединении стали

CR400 (300).

Изучение зоны разрушения сварных соединений ленточных пил, возникшее в процессе эксплуатации, показало, что разрушение соединения происходило по светлой ферритной прослойке. Ленточные пилы с длительностью наработки до разрушения более 300 часов разрушались с изломом усталостного характера (рис. 5а) с типичными бороздками. Разрушение сварных

соединений пил с малым сроком наработки (20...50 часов) характеризуется отсутствием усталостных бороздок и имеет вид разрушения от однократного приложения нагрузки (рис.5б).

Рис. 5. Характер разрушения сварных соединений ленточных пил с большим (а) и малым (б) сроком эксплуатации до разрушения (х500)

Измерение ширины светлой ферритной прослойки показало, что ее ширина в первом случае составляет 0,5...1,0 мм, а во втором - 1,9...2,4 мм.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что срок наработки до разрушения сварных соединений ленточных пил взаимосвязан с шириной ферритной прослойки.

Для оценки качества сварных соединений ленточных пил была разработана установка, позволяющая имитировать изгибающие и пульсирующие нагрузки, действующие на ленточное полотно в процессе раскроя древесных материалов. Основу установки составляет пара роликов: один приводной и один натяжной. Натяжной ролик устанавливается с определенным эксцентриситетом относительно своей оси, что позволяет создавать пульсирующие и изгибающие нагрузки. Изменяя эксцентриситет натяжного ролика можно ужесточать или смягчать нагрузки, действующие на ленточное полотно. Дополнительно установка снабжена туннельной печью сопротивления, которая позволяет имитировать нагрев ленточной пилы в процессе раскроя древеси-

Были проведены испытания до разрушения образцов ленточных пил на разработанной установке. Проведенные испытания показали, что наибольшее количество циклов до разрушения показали образцы с шириной ферритной прослойки в пределах 0,4...0,8 мм. Образцы без ферритной прослойки (0,05...0,08 мм) и образцы с широкой прослойкой (1,9...2,5 мм) показали существенное снижение количества циклов до разрушения (рис. 6).

разрушения,час

100 150 200

Напряжение цикла, МПз

□ ы, мм оьа. л

Рис. 6. Зависимость времени наработки до разрушения ленточных пил в зависимости от амплитуды пульсации напряжений при ширине ферритной прослойки Ъ\ = 0, 45 мм и ¿ь = 1,7 мм.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что для обеспечения наиболее высоких эксплуатационных свойств сварных соединений ленточных пил (срок наработки до разрушения) необходимо применять режимы сварки оплавлением с давлением осадки 35...50 МПа.

В четвертой главе представлены результаты исследований влияния поверхностной термической обработки сварных соединений ленточных пил лазерным излучением на свойства соединений.

Для сварных соединений ленточных пил из стали СЯ400 после сварки рекомендуется выполнять отпуск путем пропускания электрического тока между зажимами сварочной машины. Для точного поддержания температу-

ры нагрева торцов деталей и температуры отжига сварочный аппарат снабжен автоматическим регулятором отжига. В состав автоматического регулятора отжига входят пирометрический датчик инфракрасного диапазона, приемник инфракрасного излучения, лазерная указка и исполнительный механизм. Лазерная указка, установленная в корпусе датчика, указывает точку на поверхности пилы, в которой измеряется температура. Исполнительный механизм выполнен в виде оптического семистора типа ТСО 142-40(25)-12(10). Он регулирует подачу тока на первичную обмотку трансформатора в зависимости от сигнала, полученного от блока управления и датчика фазы.

Установлено, что проведение отпуска после сварки, включающего нагрев до температуры 450...470°С и выдержку 30...300 секунд (рекомендованный производителем стали CR400) приводит к выравниванию распределения твердости в соединении. Хотя полного восстановления твердости до уровня основного металла до сварки достичь не удается.

Микроструктура шва и зоны термического влияния стали CR400 после отпуска показана на рис.6. Анализ структуры позволяет констатировать, что проведение отпуска способствует выделению в структуре мартенсита и карбидов, а также измельчению зерна.

Л — ШшК

• ~т*.''. :.С7 <■ -■ чк:. >. ' h-» 'С i

1 шшшшшмш

Рис. 7. Микроструктура зоны ферритной прослойки (а) и зоны крупного зерна (а) в сварном соединении стали СЯ400 после отпуска (х350).

Исследовано влияние температурь! нагрева при отпуске сварных соединений ленточных пил из стали С11400. Установлено, что для повышения срока эксплуатации ленточных пил необходимо повысить температуру от-

пуска сварного соединения до 500...550 °С. В этом случае в зоне ферритной прослойки наблюдается рост твердости за счет диффузии углерода из близлежащих зон соединения или перераспределения углерода между фазами. Наблюдается выделение мартенсита и карбидов. При дальнейшем увеличении температуры отпуска до 600...650 °С усиливается выделение карбидов, вызывающее распад мартенсита и снижение твердости материала. На основании полученных результатов можно заключить, что для стали СГМОО следует увеличить температуру отпуска до 520...550 °С.

Измерение концентрации углерода в зоне ферритной прослойки и зоне укрупненного зерна до и после отпуска показали, что при температуре отпуска 520 °С и времени выдержки 300 с концентрация углерода в центральной части соединения возрастает с 0,15...0,27% до 0,48...0,55%.

Сравнительные испытания сварных соединений ленточных пил показали, что проведение отпуска при 520...550°С способствует повышению срока наработки до разрушения в среднем на 8... 15% в зависимости от исходно структуры соединения (ширины светлой прослойки).

В настоящее время применяют достаточно много локальных термических методов упрочнения поверхности - газопламенный, светолучевой, электродуговой, плазменный, индукционный, электронно-лучевой, лазерный, которые позволяют повысить прочность, твердость и износостойкость поверхностного слоя и режущего инструмента в целом. По сравнению с перечисленными методами лазерное термоупрочнение отличается более высокой локальностью обработки, точным дозированием количеством вводимой энергии, высокими скоростями нагрева и охлаждения и легкой автоматизации процесса.

В работе было проведено исследование влияния поверхностной термической обработки сварного соединения ленточной пилы стали СК400 лазерным излучением от полупроводникового лазера. Обработка проводилась на режимах, предотвращающих оплавление поверхности заготовки. Для захвата всей ширины сварного соединения (светлой полоски и прилежащих к

не участков) выполнялось сканирование лазерной головки, что позволяло получить полосу обработки в виде прямоугольника.

Установлено, что структура зоны воздействия лазерного излучения состоит из двух четко различных слоев, один из которых имеет ярко выраженную столбчато-дендритную структуру. При этом, основой повышения срока наработки сварных соединений ленточных пил до разрушения, по-видимому, является обеспечение сверхвысоких скоростей охлаждения, что способствует повышению твердость поверхности сварного соединения в зоне расположения светлой прослойки (рис.8).

Рас. 8. Микроструктура поверхностного слоя стали СЯ400 после лазерного упрочнения (х500)

Рентгенографические исследования показали, что изменения субструктуры при лазерной обработке во многом аналогичны изменениям, наблюдающимся при закалке или пластической деформации.

Экспериментально установлено положительное влияние локальной термической обработки лазерным излучением сварного соединения ленточных пил на повышение эксплуатационного ресурса до 750...800 часов работы. Эффект лазерной термической обработки заключается в формировании слоистой структуры в зоне соединения за счет высоких скоростей охлаждения - твердого поверхностного слоя и относительно мягкой матрицы. Такая структура устойчива к образованию и распространению трещин, приводящих к разрушению ленточных пил в эксплуатации.

Пятая глава посвящена исследованию влияния ионной имплантации углеродом на структуру и свойства ленточных пил.

Для образцов сварных соединений стали С11400, имплантированных ионами углерода, ограниченная долговечность (т.е. срок эксплуатации до разрушения при определенном напряжении) при всех исследованных циклических напряжениях возрастает по сравнению с долговечностью исходных образцов, подвергнутых отпуску после сварки. Результаты проведенных испытаний показали, что для сталей СЯ400 имплантация ионов углерода при дозе (2...5>1017 ион/см2 дает наибольший эффект по увеличению циклической прочности.

Повышение циклической прочности после ионной имплантации связано с упрочнением поверхностного слоя или созданием в этом слое благоприятных сжимающих напряжений. Существенное влияние на циклическую прочность может также оказывать некоторое снижение шероховатости поверхности.

Таким образом, имплантация стали С11400 ионами углерода приводит к существенному повышению износостойкости. Оптимальной при всех исследованных режимах является доза 1017 ион/см2. Она создает наиболее износостойкие слои, обладающие необходимой твердостью, пластичностью и адгезией к подложке.

Доза, превышающая оптимальную (5*1017 ион/см:), дает хрупкий слой, который характеризуется высокой износостойкостью лишь в первые часы работы, а затем скалываются. Доза же 1016 ион/см2 позволяет получить недостаточно прочный слой, который быстро изнашивается.

Металлографическим анализом показано, что в процессе ионной имплантации в исследованных условиях на поверхности сварных соединений стали С11400 формируется упрочненный слой, состоящий из нескольких зон с различной концентрацией атомов имплантируемого углерода и дефектов. Электронномикроскопическое исследование позволило выявить общее повышение плотности дефектов в имплантированном поверхностном слое, формирование специфической дислокационной структуры с характерными

петлями и изгибами дислокационных линий, а также образование мелкодисперсных фаз типа цементита.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Детальный анализ изломов сварных соединений ленточных пил из углеродистых сталей после различных периодов эксплуатации выявил, что разрушение начинается с основания зуба пилы и распространяется по зоне сварного соединения (светлая нетравящаяся полоска), имеющего пониженное содержание углерода по сравнению с исходным содержанием в стали. У пил с наработкой до разрушения в пределах 32...50 ч излом имеет хрупкий характер, а у ленточных пил со сроком 250...320 ч - с наличием усталостных бороздок на поверхности излома.

2. Наибольшим сроком эксплуатации обладали ленточные пилы, у которых в сварном соединении ширина светлой полоски составляла 1,1...1,5 мм. Наименьший срок эксплуатации показали сварные ленточные пилы с шириной светлой полоски в соединении 0,2... 1,0 и 2,6...3,5 мм. В структуре .светлой полоски шириной до 1,0 мм наблюдаются микротрещины и надрывы.

3. Образование светлой полоски в сварном соединении исследуемых сталей определяется особенностями процесса стыковой сварки оплавлением - снижением концентрации углерода на кромках в результате его окисления при температурах близких к температуре кипения стали, с одной стороны, и течением металла в направлении, перпендикулярном к направлению приложения усилий осадки при формировании соединения.

4. За счет варьирования параметров режима контактной сварки оплавлением заготовок ленточных пил полностью устранить наличие светлой полоски не удается.

5. Экспериментально установлено положительное влияние локальной термической обработки без оплавления лазерным излучением сварного со-

единения ленточных пил на повышение длительности эксплуатации до разрушения. Эффект локальной лазерной термической обработки заключается в формировании слоистой структуры в зоне соединения за счет высоких скоростей охлаждения - твердого поверхностного слоя и относительно мягкой матрицы. Такая структура отличается стойкостью к образованию и распространению трещин, приводящих к разрушению ленточных пил в эксплуатации.

6. Рост микротвердости зон сварного соединения, облученных лазером, обусловлен остаточными искажениями тонкой кристаллической структуры. Применение лазерной закалки сварных соединений ленточных пил из исследуемых сталей повысить их износостойкость и примерно в 1,8...2 раза срок эксплуатации до разрушения.

7. Опробована ионная имплантация сварных соединений стали 01400, полученных стыковой сваркой оплавлением, углеродом с дозами имплантации в пределах Ю'^.^'Ю17 ион/см2. Установлено, что наилучшую износостойкость при испытаниях на износ показали образцы с дозой имплантации углерода 10,? ион/см2.

8. Показано, что в процессе ионной имплантации в исследованных условиях на поверхности сварных соединений стали С11400 формируется упрочненный слой, состоящий из нескольких зон с различной концентрацией атомов имплантируемого углерода и дефектов. Выявлено формирование специфической дислокационной структуры с характерными петлями и изгибами дислокационных линий, а также образование мелкодисперсных фаз типа цементита.

9. Результаты проведенных исследований явились основой для разработки промышленной технологии упрочнения ленточных пил и их сварных соединений из стали 01400. Промышленные испытания показали увеличение долговечности ленточных пил в 1,5...2 раза по сравнению с изготовленными по стандартной технологии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Клюшкин М.К., Овчинников В.В. Стыковая сварка оплавлением заготовок полотен ленточных пил из инструментальных углеродистых сталей // Заготовительные производства в машиностроении. 2006. №1. С.9-14.

2. Клюшкин М.К. Повышение эксплуатационных характеристик сварных заготовок ленточных пил из инструментальных углеродистых сталей // Машиностроение и инженерное образование. 2007. №4. С. 11-20.

3. Клюшкин М.К., Овчинников В.В. Стыковая сварка оплавлением заготовок полотен ленточных пил из инструментальных углеродистых сталей // Сборник материалов 1У Международной научно-практической конференции «Стабилизация экономического развития российской федерации». Пенза. 2005. С. 114—118.

4. Клюшкин М.К., Овчинников В.В. Стыковая сварка оплавлением заготовок полотен ленточных пил из инструментальных углеродистых сталей // VI Международная научно-практическая конференция «Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий». М.: МГИУ.2006.С.211-215.

5. Клюшкин М.К. Повышение эксплуатационных свойств сварных заготовок полотен ленточных пил из инструментальных углеродистых сталей // Сборник научных докладов Международной конференции «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения». Москва. МГИУ. 2007. С.169-173.

КЛЮШКИН МАКСИМ КОНСТАНТИНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ПИЛ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Автореферат

Подписано в печать 05.07.10 Формат бумаги 60x84/16 Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100. Заказ № 238 Издательство МГИУ, 115280, Москва, Автозаводская, 16 www.izdat.msiu.ru: e-mail: izdat@msiu.ru; тел. (495)620-39-90