автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка хладостойких экономнолегированных литейных сталей для деталей крупных карьерных экскаваторов

Горнодобывающая промышленность в последние годы интенсивно развивает открытый способ разработки угля, руд,ительных материалов. Для успешного проведения работ необходима техника, надежно работающая в условиях холодного климата. Работоспособность машин во многом определяется износостойкостью их деталей, к числу которых относятся литые детали рабочих органов и ходовых частей землеройных, горных и горно-транспортных машин (зубья и ковши экскаваторов, буровые коронки, рыхлители, звенья гусеничных лент и др.). Масса литых деталей составляет до 35% от общей массы машин.

Неудовлетворительная стойкость литых деталей при низких температурах приводит к простоями техники и большим экономическим потерям. Так хотя масса зуба экскаватора ЭКГ-10 составляет не более 0,3% от массы всей машины, а затраты на их приобретение-25-30% годовой стоимости запасных частей к этой машине. Потери усугубляются с повышением единичной мощности машин, при которых увеличиваются нагрузки на детали и стоимость чйса простоя.

Таким образом, повышение долговечности деталей крупных карьерных экскаваторов является чрезвычайно актуальной задачей.

Многие специалисты под термином « разработка стали» понимают выбор химического состава и режима термической обработки. Однако в ряде случаев параметры технологии изготовления, особенно в случае литых сталей, могут быть не менее значимыми для их свойств, чем состав и режим термической обработки. Так, например, высокая температура заливки формы приводит к увеличению размера аустенитного зерна и тем самым уменьшает значения предела текучести и ударной вязкости. Низкая скорость кристаллизации приводит к развитой дендритной ликвации, увеличению размеров осей второго порядка, создавая предпосылки к наличию в стали разноструктурности и к разбросу свойств. Для устранения негативного технологического воздействия приходится повышать степень ле-гированности стали, что необоснованно повышает ее стоимость.

Основной задачей настоящей работы является создание методики, позволяющей разработать ряд экономнолешрованных литейных хладостойких сталей для экскаваторострое-ния, включающей расчет химического состава и определение основных технологических параметров производства.

Основные результаты рассматриваемой работы внедрены в проектирование и изготовление деталей экскаваторов типа ЭКГ на ОАО» Ижорские заводы» Внедрение стали 26Х2Г2НМФЛ позволило отказаться от экологически опасной стали 110Г13Л при производстве гусеничных звеньев. Ряд разработок выполнен на уровне новых технических решений, новизна и перспективность которых защищена двумя авторскими свидетельствами и двумя патентами.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- Установленные обобщенные закономерности влияния легирующих элементов и параметров технологического процесса на служебные свойства литейных хладостойких сталей для экскаваторостроения.

- Разработка оптимального состава и основных параметров технологии литейных высокопрочных сталей для гусеничных звеньев, ходовых колес и свариваемой хладостойкой стали для передней стенки ковша.

- Методика расчета структур применительно к конкретным деталям экскаваторов.

- Способы термической обработки и защиты поверхности от окисления.

выводы

1. На основании проведенных исследований и полученных результатов установлены общие подходы к разработке хладостойких литейных сталей ;шя крупных карьерных экскаваторов и другой горнодобывающей техники.

Предлагается следующая последовательность решения задали оптимизации составай технологического процесса изготовления отливок из хладостойких сталей, заключающийся в -Определении требований по ресурсу . .

-Выборе и обоснованию характеристик механических свойств коррелирующих с трс бованиями по ресурсу .

-Выборе структурного класса стали на основании физико-механических свойств пород и других условий эксплуатации

-Расчете химического состава совместно с параметрами технологии выплавки, залив ки, кристаллизации и термической обработай с помощью эмпирических зависимо стей.

-Проведении лабораторных и промышленных экспериментов.

2. Показана необходимость обязательного согласования химического состава с параметрами технологического процесса, формой и размерами литой детали.

3. На основе статистической обработки результатов получены эмпирические математические модели, связывающие химический состав и прокаливаемость стали. Рассчитаны номограммы, связывающие время охлаждения при закалке в воде и масле со сходственными точками тел: тигт нластина, цилиндр или квадрат для определения возможности закалки детали на заданную структуру.

4. Разработана методика оценки прокаливаемости отливок большой толщины спомощью модернизированной методики Джомини, заключающейся в изоляции боковых поверхностей стандартного образца, '

5. Показана значимость состояния поверхности отливки с точки зрения работоспособности и разработан способ защиты поверхности от окисления при нагреве под термиче-кую обработку.

6. Показана значимость однородности структуры с точки зрения исключения ингеркри-сталлитного разрушения и разработан режим термической обработки позволяющий заменить традиционную гомогенизацию на высокотемпературный отжиг с изотермической выдержкой вблизи критической точки Ас).

7. Показана возможность повышения вязких свойств сталей с помощью термоциклической обработки и обеспечения требуемого уровня свойств при помощи температуры отпуска. ' "

8. С помощью предлагаемой методики разработаны экономнолегированные свариваемые хладостойкие и износостойкие стали для всех групп литых деталей Крупных карьер ных экскаваторов. ~ .

Основные научно-технические результаты и выводы настоящей работы использованы при проектировании и изготовлении литых деталей экскаваторов типа ЭКГ. Новые марки стали прошли промышленное освоение на ОАО» Яворские заводы». Разработа на необходимая техническая, технологическая документация по всей стадии металлур гического цикла и оформлены технические условия.

Содержание работы отражено в следующих основных публикациях:

1. Авторское свидетельство 1440953 (СССР) Сталь В.В.Лебедев и др.

2. Авторское свидетельство 1482960 (СССР) Состав покрытия для защиты от окисления при термической обработке В.ВЛебедев др.

3. Авторское свидетельство 1507851 (СССР) Сталь В.В.Лебедев и др.

4. Авторское свидетельство 1749304 (СССР) Сталь В.ВЛебедев и др.

5. Патент 1787168 (СССР) Сталь В.ВЛебедев и др.

6. Патент 1806216 (СССР) Сталь В.В.Лебедев и др.

7. Патент 2016125 (РФ) Сталь В.В.Лебедев и др.

8. Патент 2016129 (РФ) Сталь В.В.Лебедев и др.

9. Патент 2016131 (РФ) Сталь В.ВЛебедев и др.

10. Патент 2022047 (РФ) Сталь В.В.Лебедев и др.

11. Патент 2026410 (РФ) Сталь В.В.Лебедев и др.

12. Патент 2039118 (РФ) Сталь, В.В.Лебедев, и др! ,

13. Патент 2044070 (РФ) Способ термической обработки. В Лебедев др.

14. Патент 2049146 (РФ) Сталь,В.В.Лебедев и др.

15. Патент 2100470 (РФ) Сталь В.ВЛебедев и др.

16. Патент 2124575 (РФ) Сталь В.ВЛебедев и др.

17. В.В. Лебедев, Н.Е. Щагина, Т.В. Животовская К вопросу о механизме влияния термоциклической обработки на структуру и свойства стали перлитного класса, Всесоюзный научно-технический семинар «Термоциклическая обработка деталей машин» 11-13 ноября 1981г. Волгоград, 1981,с.20-23.

18. В.В.Лебедев, Л.А.Милякова и др. Влияние многократной фазовой перекристаллизации на структуру и свойства низкоуглеродистых Сг-№-Мо и Мп-№- Мо сталей Всесоюзный научно-технический семинар «Термоциклическая обработка деталей машин» 1113 ноября 1981г. Волгоград, 1981, с.143-145.

19. В.В.Лебедев Т.В.Животовская и др. Разработка режима термоциклической обработки низкоуглеродистой свариваемой Мп-№-Мо-У стали Всесоюзный научно-технический семинар «Термоциклическая обработка деталей машин» 11-13 ноября 1981г. Волгоград, 1981, с.147-150.

20. М.М. Сандомирский, Е.З. Степанов, В.ВЛебедев Влияние ТДО и кратности закалки на структуру карбидных фаз, образующихся при отпуске сталей 15Х2НМФА и 10ГН2МФА Материалы конференции Термоциклическая обработка металлических

- изделий Ленинград 1982г. стр. 48-50.

21. В.В.Лебедев, Ю.П.Солнцев Разработка хладостойких литейных сталей для горной и строительной техники Тезисы докладов семинара Прочность материалов и конструкций при низких температурах, СПб, СПб ГАХПТ, 1999.

Апробация работы.

-Всесоюзный научно-технический семинар «Термоцтслическая обработка деталей машин», Волгоград, И-13 ноября 1981 г

- Конференция Термоциклическая обработка металлических изделий, Ленинград, октябрь

1982г

- Научный семинар Прочность материалов и конструкций при низких температурах

Санкт- Петербург 16 апреля1999г.

- Семинар Металловедение, пластическая и термическая обработка СПбГТУ, Санкт Петербург, 10-11 ноября 1999г с