автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Совершенствование конструкции и технологии изготовления литых бил с целью повышения их эксплуатационных свойств

"ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСтаАРСТВЕНШЙ ТЕХНШЕСКЙ УНИВЕРСИТЕТ

На пззавах букогисе

ЛАСКОВ Николай Андаоезлч

СШЗРШЕНСТЗ С8АЕИЗ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХШСШ ИЗГОГПЗЛЗЕДТ ЛЙШХ ЕШ1 С.ЦЕЛЬЮ ПСВЫШЕНКЯ 112 ЭК(ЖГШЦП(ШЯ: СВОЙСТВ

Специальность G5.I6.04 - Лятг&юа щшзводстео

Автор о § 8 ц а I

дассастадна на, соискание ученой стапзкя кандидата тахшпзсяю: кауя

чвляйкноя - 1£$С

Работа выполнена на кафедре литейного производства Челябир-ского государственного технического' университета.

Научный руководитель.- доктор технических нау

профессор В.!«!.' АШСКСАБДРСВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.Л. ГРАНЕ,

кандидат технических наук, доцент В.Р. ЕЛЛИ1СК:й'1

Ведущее предприятие -конструкторско-тзхнологический институт автомобильного машиностроения (г. Челябинск)

Зацста состоится "23" 'Ъе/сО.^рЛ 1990 г. в_час._гит

на заседании специализированного совота.К.053.13.06 Челябилскэго государственного технического университета.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просиы направлять по адросу: 454С80, г. Челябинск, пр. Ленина, 76, ЧГТУ, Ученый Совет университета, тел. 39-91-23.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке ЧГТУ.

Автореферат разослан "ЛЧп наэЛЛ-ЦЛ-_1990 г.'

Ученый секретарь специализированного совета К.053.13.06, кандидат■технл-че ckes наук доцент - -

Б.Э. Клецкин

авш 1АРШШ0ТШ РАБОТЫ

-- Актуальность работы. Еязгодкая потребность геагоэнергетики СССР з билах для молотковых мельниц Превышай? 3,5 млн.штук, что по затратам на ах.изготовление составляв? сйбло 12 млн.руб.

В настоящее вромя для повыпения срока службы бил наиболее широко используют лобовую наплавку твердыми езйосостойкиш сплавами типа ^Сорвайт", содержащими до 20% хройа и до 5% никеля. Наплавленные била отличает высокая износостойкость и значительный срок слуябы, Оакако они недостаточно стойки против ударных эксплуатационник нагрузок, что об/йлавлийает нестабильность срока их слукбн. Таз ао- данным Чалябзнерго щзодолнительность работы каплазленных бал з 25 % эксплуатационных кампаний составляет менее 0,5 ез среднестатистического значения, а з 10$ ка^лпаняй -изнеа 0,4. ^

Поэтов заслуживает особого взимания использование для молотковых кальяиц бил, армированных литыми элемактачи из износостойка: сплавов. Била такой конструкции лишены указанных знпа недостатков, Однако, несмотря на очевидные проиглущастла, они позз нз золучили широкого распространения в массовом производстве. Это згязано с'тем, что лмзшЕиеся з литература данные о целесообразности использования бил, армированных вставками, васька протнво-5ачиаы и на -позволяют в полней мара реализовать их прашгрдаства. " Тчитызэя постоянно возрастаете потребность з билах для ТЭС зтраны, работы в направлении совершенствования конструкции н технологии бил, армированных литнет износостойкими элементами, весьма актуальны.

Работа выполнялась в соответствия о ноевданацгоннш плаксы 1ИР АН СССР на 1981-1983 гг., 1285-1020 гг. ш решашш проблзьа ¡.25.1.5, раздел ОЕ.СГ?.

Цель работы. Изучение влияния основных конструктивко-тахноло-?ичаских факторов ка дефектность и слуязбныв свойстга бил, арки-зеванных зставками из хромистого чугуна, я разработка с учетом голучекннх результатов их конструкты и технологии, удоалзгзорл-ших условиям массового производства и эксплуатации.

Лея достижения указанной цели з работа били поставлены следующие задачи:

- уточнить параметры поверхностных а определить параметры объемных с-ксплуатационных нагрузок на била молотковая азлшщ;

- доследовать влияние конструктивных факторов на дзфактность Еысокоармированных отливок и на служебные свойства бил, установить ооуймальну» конструкцию армирующей и матричной частей бил;

- разработать способ нанесения и состав промануточного покрытия, обеспечивавших трединоустойчивость и достаточную прочность шхешгееской связи частей армированных отливок;

- изучить совместное влияние углерода, хрома, кремния но твердеть и ударную вязкость, выявить пекв! составов экономнолзгиро-ваннух матричных сталей дая бил, обеслачивакшх высокий уровень эксплуатационных свойств;

- разработать а освоить в массовом производства конструкции в технолог усовершенствованных бяя, армированных вставками из хромистого чухува. .

Научная новизна. Изучено влияняэ поверхностных нагрузок на 2я*Щ!Гер гзноса бил. Построена эпюра поверхностных нагрузок № било. Разработана методика,.определены параметра я эпюра объем-12а нагрузок на било. Обоснована наиболее эффективная с точв» зрения износостойкости и надеаности конструкция армирозанного била молотковой шльницы. Получены количественные даннне по эффективности армирования литых деталей литыми вставками из хромистого чугуна в сравнении с лобовой наплавкой для условий значительных ударно-абразивных нагрузок.

Создана методика для определения прочности на растягзние металлической связи манду матричной и армирупцай частями отливок. Определена область существования и величина технически значимой металлической связи.'мзэду армирупцай и матричной частями отливок массой до 15 кг- типа; стальная матрица - вставка из. хромистого чугуна. Показало отрицательное влияние промежуточных прослоек на основе двспррсдья «этапов- на прочность металлической связи.

• Установлены закопошрнортр влияния профиле литой армирующей вставки из хромистого чугуна на эффективность армирования литых деталей, эксплуатируемых.в условия^ ударнр«габразиЕного нагруге-нгя. -Получены уравнения регрессия, ояиснващиз влияние основных геометрЕчаских параметров высокоармированных отливок на их трвг-ишоустойчЕвость н прочность механического защемления вставки. .

Показано положительное влияние промеауточнкх прослоек пригар-ной природа на основе дисперсных металлов на прочность мзханичзс-кого защемления вставки и трещиноустойчиЕость высокоармированных отливок.

Обоснованы наиболее эффективные механизм податливости, природа и состав податливой промекуточной прослойке для высокоармиро-вакних отливок. Предлоазн новый способ получения литых армирующих вставок для отливок с податливым покрытием пригзрной природы.

Получены данные о влиянии углерода в пределах 0,6...I %, кремния 0,38...0,8 %, хрома 0,23...3 %, температуры отпуска 400... 650 °С на ударпуэ вязкость и твердость стали, содаркааай такяз 0,8...0,9 % марганна и 0,СС2 % бора.

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований установлено влияние конструкция (способа армирования) лопасти бил на характер и параметры их изнашивания. Создана программа для ЭВМ расчета конструкции равнопрочного по длина литого била, армированного литой вставкой с заданным коэффициентом запаса прочности по максимальной штатной ударной нагрузке. Установлен возмогность и условия стабильного получения пригара равномерной толздины от 2 до 5 мм на мелких чугунных отливках s помоцьэ специальных формовочных композиций на основе дисперсных металлов. Разработаны состава "пригарных" формовочных композиций, обесьз-чиващах получение податливых покрытий на поверхности отлизод армйрующих вставок. Создана программа для ЭВМ, позволявшая выбирать оптимальный состав и температуру отпуска экономнолегированной стали для литых деталей, работающих, в условиях ударно-абра-эивного нагрухекия.

Для условий массового производства разработаны эффективные конструкция и технология изготовления литых вдеокоармированных бил.

Реализация работы. Разработанные конструкция и технология изготовления бил молотковых мельниц, армированных литыми вставками из хромистого чугуна прошли опытно-промыталэнныа испытания ч освоены в массовом производстве 7. эксплуатация с годовнм экономическим эффектом 71,5 тыс.рублей.

Основные положения, представляемые к защите:

1. Результаты исследования и определения параметров поверхностных и объемных негрузок на била молотковых мельниц, выбор и расчет на этой 'оочонз наиболее рациональной конструкции армированного износостойким элементом била.

2. Данные об области существования и величине технически значимой пс прочности металлической связи частей стальных отливок массой до 15 кг, армированных вставками из хромистого чугуна.

3. Зависимости, описывающие влияние основных геометрических параметров армированных отливок на прочность механической связи стальной мзтрици с днто£ вставкой из хромистого чугуна, трзалко-устоичивость и слулобные свойства армированных отливок.

4. Обоснованна выбора мохакЕзма податливости и состава промежуточных податливых покрыта" для выоокэармировашшх отливок. Новый способ получения армычухклкх вставок с защитным покрытием прпгарной природы.

5. Зависимости, описывающие влияние углерода, кромния, хрома и температуры отпуска на ударную вязкость, твердость, ;ударно-абразивнум износостойкость литой зг.оношолегировгнной стада.

6. Конструкция и технология массового прогазодства-высокоар-ынровакных отливок бил молотковых мелькни.

Апробац-ля работ«. Материалы диссертации долоконы и обсукдены на научно-технические конференциях: "Механизация и повышение эффективности технологических процессов производства отливок металлургического оборудования" (Днепропетровск, 1982 г.), "Композиционное литье - прогрессивный способ изготовления .деталей" (Одесса, 1982 г.),' "Улучшение качества металла и ого экономия в литейном производстве за счет применения новых модификаторов для езрох'о и высокопрочного чугуне"'(Челябинск, IS84 г.), "Новые •металле- z трудосберегающие технологиискиз процессы в литейном производстве" (Челябинск, 1984 г.), "Совершенствование технологии выплавки чутунов" (Устинов, 1935 г.), "Участие молодых ученых и сгтсшшлисгое ь реконструкции и модернизации предприятий, во внедрении новой техники и технологии" (Челябинск, ¿985 г.), 'Прогрессивна технологии евготозлоиия форм и стзрхаей для производства отливок" (Челябинск, IS90 г.).

Публикация материалов работы. По материалам диссертации опубликовано Ю печатных работ, получено 3 авторских свидетельства и одно положительное решение на выдачу- авторского свидетельства.

Объем работа. Диссертация состоит из вездопил, пяти глав, основных выводов, списка литературы, вклшаюцего 126 наименований и трех приложений, излояека на 130 страницах машинописного текста, иллюстрирована 64 рисунками и 12 таблицами.

ОСНОВНОЕ ССЕЕРДАНИЗ РАЕСШ

Технология изготовления отливок бил молотковых угларазмольных мельниц, армированных литыми вставками из износосто>1ких сшивав, вклкнает изготовление отливок армггруших вставок, установку их в полость литейной формы и заполнение ее матркчлъм расплавом.

Срок службы и надежность таких бил зависят от параметров эксплуатационных нагрузок, материалов и конструкции армированного рабочего тола (лопасти), структуры промежуточно;? зены арматура-матрица, а такхо от рекима заполнения формы матричным расплавом.

При исследовании влияния, конструктивно-технологических улкторов армированных отливок на их качество и служебные свойства, азторн большинства работ основное внимание уделяли изучению металлической связи мзвду матр'.гчко;; и армирующей частями и недостаточно полно раскрывали возчзгнооти механического закреплена вставок за счет геометрических параметров армированного тала и промежуточных прослоек (защитны:-: покрытий) на поверхности армирующих вставок. Между тем указанные факторы могут быть васьма эффективно использованы в обеспечении высокой надежности и износостойкости внеокоаргл'рованкых отлиеок, работающих под воздействием ударно-абразивных нагрузок.

Исследование влияния эксплуатационных нагрузок па била молотковых мзльниц

Первоначально изучали влияние на било поверхностных нагрузок. С помощью специально;! методики испытаний на промышленных мельницах получены опытные данные (табл.1) по взглейшкы параметрам изнашивания и долговечности трах наиболее "конкурентноспссобннх" конструктивных разновидностей бил, а именно: монометалцрчееиих

(монолитных), с лобовой износостойкой наплавкой из порошковой ленты 1Ш АН-101, армированных литыми вставками из износостойкого хромистого чугуна ЧХС2Г5. Основу бил изготавливали из стали 351. Материалы наплавки и вставки, а такав степень армирования выбирали с учетом известных рекомендаций и практических данных. Параметрами слукили скорость изнашивания по масса, по длине и толщина лопасти. Долговечность работы бил оценивали величиной приведенного срока слукбы.

Таблица I

Служебные свойства бил различных конструкций

{Степень ; Скорость кзнапиваная ¡Срок слуа-

Моношталличас- л _ л л ТГ1 л .

кие 0 5,8 0,13 0,012 418

Наплавленные 47,5 4,0 0,060 0,(265 625

Со вставкой 20,0 4,97 0,095 0,010 504

О учетом указанных ваша параметров и макрорельефа поверхности построена эпюра поверхностна! эксплуатационных нагрузок на бплс.

Установлено, что в зависимости .от конструкции лопасти блло не только укорачивается, но и утоляется. Значительная скорость изнашивания по длине лопасти и по массе является недостатком монометаллических бил. Микровыкрашивание и сколы наплавленного металла является недостатками бил с лобовой наплавкой. Било со вставной сочетает в себе комплекс положительных свойств - меньше, чем монометаллическое, изназивавтся по длина и по массе, устойчивее, чам наплавленное, против сколов и микровыкрашивания металла с поверхности'лопасти. Можно предположить, что с увеличением степени армирования должав повыситься и срок службы бил со вставкой.

Следовательно, для повышения эксплуатационных свойств бил такой конструкции лобовой и тыльный слои доляны быть' выполнены ' из прочного сплавал а-сердцевинный из твердого абразивно-износостойкого. При этом долено соблюдаться строю определенное соот-ноаенжа толщины слоев, которые выдерживали бы в процессе эксплуатации воздействие как ударных, так и абразивных нагрузок.

С целью оптимизации конструкции била ваяно было определить параметры объемных нагрузок в процессе эксплуатации. С помощью . экспериментальной методики, основанной на определении напряжений по месту образования пластического шарнира в лопасти била под действием ударных нагрузок, найдены параметры штатных эксплуатационных ударных нагрузок на специальных утоненных образцах монометаллических бет для одного типоразмера мельниц. С помощью полученных данных и использования закономерностей теории соударения тел представлялась возможность выполнения аналитического расчета максимальной штатной (чоаварийной) силы Р и продолжительности удара X в углеразмольяых мельницах любого типоразмзра :

Р ^(rnVlfn

где m ,V - масса и скорость расчетных бил;

Ш0 • - соответственно масса (7 кг) и линейная скорость била (64 м/с) в экспериментальном определении параметров ударных нагрузок;

Р , - соответственно наибольшая штатная сила удара {GO кН) и его продолкителыюсть (7,35-Ю"3 с), определенные экспериментально.

Установлено,' чте величина максимального ататного ударз я его продолжительность для широко■используемых на T3G СССР мельниц с диаметром ротора 1550...Í6S0 мм и 2000...2300 мм соотзетствэн-■ но равны: 50...60 кН; 7,5'Ю-3 с и 118...120 кН; 9,6-1(Г3 с.

Используя полученные данные, обосновали схему нагруяаявя била' и эпюры поперечных сил п изгибающих моментов. Затем провари-• Ли .рациональность конструкции наиболее широко используемых в промышленности бил углеразмолышх мельниц.

Расчиты показали, что коэффициенты запаса прочности в них ire длина изменяются в большом интервале и в наиболее слабых сечениях достигают значений 0,5. Особенно сильные провалы по запасу прочности характерны для отдельных сечений рабочей части лопасти наплавленных бил. Поэтому используя значения максимального штатного удара и специально разработанную программу компьютерного расчета удалось определить размерные параметры равнопрочной по длина конструкции била, армированного вставшей для мэгьакц с

диаметром потока 1550...1660 ш и 2000...2600 ш с коэффициентом запаса прочности до 1,3. Установлено, что для обеспечения этого условия конструкция лопасти должна иметь:

- коробчатую ферму поперечного сечо!шя матричной части;

- армирующую часть (износостойкую вставку), выполненную в форма продольно расположенного клина ворпшной в сторону проутгаы;

- тыльные продольные рабра переменной высоты, увел:гчквахгдпеся з сторону проушия.

Для обеспечения надежной работоспособности такого била необходимо было решить вопрос закрепления в нем Еставки указанной конструкции.

Исследование влияния конструктивно-технологических

параметров на служебные свойства бил, армированных литыми вставками из хромистого чугуна

С помощью специально разработанной методики первоначально исследовали прочность мата:шэтеской связи на растяжение мзкду армирующие и матричным элементами б отливках. Определено, что технически значимая прочность имеет место при степени армирования не выао 7...8 %. Известные составы промеауточных прослоек на основе дисперсных материалов ¡¿езду вставкой и матричной сталью на позволяют повысить степень армирования отливок, при которой имеет место технически значимая прочность металлической свя-зп. Показана.нецелесообразность создания инженерной методики расчета прочности металлической связи армирующей и матричной частей'и использования этого типа связи для обеспечения сцепления элементов'армированных отливок из-за узости оптимального интервала технологических параметров.

Поэтому дальнейшие исследования были направлены на изучение 'возможности закрепления вставку с помощьп ее механической связи с основой била. Механическую связь обеспечивали зз счет придания определенной формы продольного профиля армирующей Еставки (см. рисунок). Испытания бил, армированных вставками различных конструкций проводили на яромкшлошшх мельницах с диаметром ротора 1,5 м. М-'Зсса литых бил зо всех экспериментах оставалась постоянной (7 кг), а степень ах армирования изменялась ст 30 до 50 %. Профили 1,2,3 (см.рисунок) выбирались на основании литературных

Гистограмма эффективности армирования в зависимости от формы продольного продля вставки

0,01

Тип прогриля Остатки

Т Ч I

наплавка

данных, а 4-5 - с учетом признаков рациональной конструкции била.' Установлено, что форма профиля вставки является значимым фактором эффективности вставки в повышении срока службы бил. Профили 4,5, соответствующие а.с. СССР й 1С67948, & 1184560 обеспечивают наибольшую эффективность, армирования Зц. Пр;яем максимальный срок службы блл в этом случае достигается лги степени их армирования 40...48 %,

Оонако эти результаты не были полностью подтвврвденк при увеличении массы бил до 15 кг. Прет изготовлении таких бил наблхда-лось значительное поражение трещинами, что приводило к снпкению их эксплуатационных характеристик. Применение известных типо.в промежуточных просушек мокду вставкой и основой била позволило уменьшить поракенность отливок трещинами. Однако продолжительность эксплуатации за счет этого существенно повысить не удалось. При работа бил наблюдалось интенсивное выкрашивание вставок,что объяснили снижением прочности механической связи вставки с матричной сталью из-за нарушения сплошности переходной зоны. Поэтому был разработан новый способ получения армирующих вставок с защитным покрытием пригарной природы. Способ защищен а.с. СССР & 1435390 и заключается в создании защитного покрытия в процессе получения отливки вставки. Для этого литейную форму облицовывают специальной формовочной смеси из металлического наполнителя и неорганического связующего. Наполнитель состоит' нз тугоплавких и легкоплавких металлических частиц. В процессе заливки и охлаждения металла происходит приваривание тугоплавкого наполнителя к поверхности отливки. Легкоплавкие частицы наполнителя подставляясь дополнительно цементируют на поверхности отливки тугоплавкие частицы и формируют таким образом слой равномерной толщины 2...5 км, в зависимости от состава формовочной смеси.

После получения вставок с тацнм покрытием ее устанавливали в литейную форму била и зализали матричной сталью. Оказалось, что легкоплавкая часть покрытия повторно подалавляясь обеспечивает хорошую податливость и трзшиноустойчивость отливок, а тугоплавкая - более высокую сплошность переходной зоны н прочность механической связи

В основу выбора формовочных композиций для получения промену точных прослоек такого типа полонзн механизм усадки при спекании пористых тел. Податливость прослойки достигается за счет усадки ее как пористого тела по механизм скольжения частиц в пустоты с участием жидкой фазы легкоплавкого компонента. Податливость усиливается явлением сверхпластичности таким систем.■ Теоретически обоснован н экспериментально определен состав податливой промежуточной прослойки, который включает твердый тугоплавкий металлический компонент в количестве 40...705? с разме-

рои зерен 0,I...I т з температурой плавления близкой к температуре плавления металлу вставки, твердый легкоплавкий металлический компонент в количестве 27...55$ с• аналогичным размером зерен и температурой плавления 0,4...0,6 матричного сплава, ке-

• органическое связующее (жидкое стекло) - 3...5 %.

Экспериментально установлена возможность стабильного получения пригара равномерной толщины .на мелких чугунных отливках с лсмошью формовочных композиций па основе дисперсных металлов: железа, алюминия, ферромарганца в ферросилиция. Показана нецелесообразность использования для этой цели меди, самофлюсуюпщхся сплавов и фэррохрома. Разработан ряд составов формовочных смесей, приемлемых для использования их в производственных условиях.

Чтобы иметь эффективный инструмент оптимизации конструкции бил в конкретных условиях производства методом многофакторногс эксперимента исследовали влияние степени арьздрования Xj , угла при ворзикз армирующего элемента Х2 , толщины промежуточной прослойки пр;ггарной природы х^ , поперечного габарита отливки х^ на пораг.енность трещинами высокоармкрованных отливок Jj я прочность механического защемясния армирующей вставки , как определяющих уровень слугебных свойств. 13 результате обработки экспериментальных дашшх получены следующие уравнения perpecc:in:

= 0,382 + 0,C632v - 0,IC5x2 - 0,Юх3 + 0,СБ5хд ;

У2 = 1573 - 91 xj - 33^ + 822^ + 260Х4.

• Анализ уравнений свидетельствует о том, что накссениз пористой промежуточной прослойки'прюгрной природа, придание конусности армирующим вставкам позволяют уменьшить порз?.енность трещинами высокоармированных отливок. Поперечный габарит отливки, степень армирования и толщина промежуточной - прослойки наиболее, значимо влияют на прочность механического сцепления мзтрицц и арматуры. Получзнные данные позволяют формализовать, выбор оптимальных значений исследованных факторов и предопределять в конкретных условиях производства высокий уровень служебных свойств бил. Например, оптимальное сочетание высокой прочности защемления вставки и трашноустойчивости отливок со СА = 47 % и поперечным габаритом 100 мм достигается, когда угол при вершине вставки составляет 3 градуса, а толщина промзвуточной прослойки 3 ш,

Для отработки технологии,литья при оптимальной степени армирования бил вставками пятого типа (см.рисунок).важно -было изучить влияние режима заполнения формы металлом на трещиноустой-чивость и стабильность массы получаемых отливок. С этой целью исследовали четыре наиболее вероятных для условий массового производства разновидности литейных форм. Результаты исследований представлены в табл.2, где степень поражения трещинами от-

ливок; 0Н - степень поражения отливок недоливами; щ - среднеарифметическая масса отливок, кг; ё - среднеквадратичное отклонение от средней массы отливок, кг.

Таблица 2

Стабильность массы и дефектность отливок бил в зависимости от технологического варианта

Номер|Положе- {Место |Кол -во { { {. \ у

вари-,ние от- ; подвода ;питате- п ' ; Г> *, ГП ,кг | о ,кг

анта ¡ливки в металла ¡лей г Н } {

I Форш {_|_{_I 1_|_

I На ребро Торец I 0,83 0,06 15,62 0,317

лопасти •

2 На ребро То не 2 ' 0,42 0,Сб 15,55 0,31

3 Плашмя 2 1,28 0,06 15,73 1.02.

4 Плашя Проушина 2 2,07 0,10 15,70 1,079

Установлено, что наиболее высокое качество висскоармлровашшх отливок типа клин в плите обеспечивается:

- подводом питания непосредственно в армированный узел;

- положением вставки на ребро;

- одновременным ошванием развитых поверхностей вставки расплавом при заполнении формы;

- постепенный увеличением площади контакта расплава с поверхностью вставки.

Выбор состава стада дан изготовления основы бил

Изучение влияния аныщуатанионннх нагрузок и опыт промышленной эксплуатации бил показали, что сталь 35Я, широко используемая для изготовления матричной часта едпвдраваняых и монометалли-

чсских бил нз отвечает в полкой гада предъявляемым л ней требованиям как к материалу основы. А именно, при достаточной ударной вязкости сталь 351 имоат низкуи твердость л износостойкость. Для завершения комплекса работ по создании конструкции и технологии литых арм;фованных бил вакно было вместо стали 35Л подобрать зкономнолегированную сталь, лишенную указанных выла недостатков. С этой целью методом плаплювания эксперимента получаны уравнения регрессии, выражалжиа влияние содержания углерода х^ в интервала о,6...1,0 хрома 2л - 0,28...3,0 кремния Зд - 0,38...0,8 %, темиоратуззы отпуска 400...650 °С на твердость 71 и ударнуэ вязкость ?2 стали, содержащей такяа 0,85...0,9 % марганца и О,ОСЕ % бора:

У1 = 299 + 39,8хх + 18,1^2 + 18»2*з - 0,14х4 ;

У2 = 0,52 - 0,35X2 - 0,36x2 - 0,Обхд.

На базе уравнений регрессии разработана вычислительная программа на алгоритмическом языке "Бэйсик", которая позволяет выбрать состав и температуру отпуска сталей, проквлятих при заданной ударной вязкости наибольшую твердость. 'Определены составы я тзмпагатура отпуска экономнологлрозанных сталей для основа бил, имзкеих твердость на нижа 250 НВ ¿при сохранении ударной вязкости нз менэа 0,35 ЩжА?. Составы и температуры отпуск? сталей, обладающее наибольшей твордостью и износостойкостью при соответствующей ударной вязкости представлены в табл.З.

Таблица 3

Состав и температура отпуска столзй

Углерод. % масс. ! Хром, 1 % масс. ■' 1 ......... "■ ; Кремний, . 1 /Г масс. ! 1 'Р | ^отп' ° {Ударная вяз; кость, ! ВДж/м

0,6 0,96 0,38 850 0,45

0,6 2,32 0,38 650 0,40

0,6 2,32 0,38 500 0,35

о

Производственные испытания и внздрзнио работы

На заключительном этапа работы важно было в производственных условиях с учетом полученных результатов кзготозить отливки бил, испытать на промышленных мельницах и оценить их эксплуатационные свойства. Первоначально это было сделано для бил массой 7 кг, эк сплуаткруаыхх б мельницах с диамптром ротора Т. ,5 м. Конструктива они соответствовали а.с. СССР £ II84560. Вставкп для таких бил отливали из чугуна ЧХЗГЗ в кокиль. В качзстви матричной кспользо вали отгль 05Л„ Стливки бил имели высокую трещшюустойчяаость по сроку службы не уступали наплавленным, а пс надежности превосходили их. Данная технология изготовления бил массой 7 кг была вне рена в производство с экономическим эдаектом 71,5 тыс.руб. в год

При изготовлении бил массой 15 кг в качестве матричной исполь зовэли стать состава, % масс.: углерод - 0,45...О,60; кремний -0,3...0,6; марганец - 0,7...0,9; бор - О,ОСЕ...0,003, хром -0,6...1,0. Вставкп из чугуна ЧП215 отливали по а.с, J.' 1435390. Для получения прзгарного покрытия использовали смесь состава, /а масс.: ферромарганец <Шн 75 зерновой состав 0,1...1,0 мм - 55; алюминий зерновой состав 0,1...1,0 мм - 30; жидкое стекло ( |f = 1400 кг/м3, М = 3) - 5. Била тормообрабатывали по режиму закалки с отпуском на 500 °С.Испытания показали, что прослойки пригарног ша повисают трещкноустойчивость, уменьшают выкрашивание вставок при эксплуатации бил. 11.x слуасбные свойстза превыаает служа <$• ныа свойства, наплавленных бил, а себестоимость изготовления на •30...35$ ниже. В настоящее время Еедатея освоение технологии изготовления таких Оил в массовом производстве. Ожидаемый экономический аффект около Д 00 тыс.руб.

ШЦИЕ БЫВСда

I. Изучено влияние поверхностных нагрузок на характер износа бил. Построена эпюра поверхностных нагрузок на било, с поыоли) которой обоснованы конструктивные особенности отливок, работал-: ' них в условиях ударно-абразивного изнашивания. Показано, что с течки зрения противодействия поверхностным эксплуатационным нагрузкам нэлболее эффективна трзхслойная конструкция лопасти била, в которой лобовой и тыльный слои выполнены из вязкого прочного сплава, например, стали, а сердцевинный - из твардого абразив' ко-износостойкого, например, из хромистого чугуна.

2. Разработана методика, определены -параметр?* и эпюра обь^->-;;.> нагрузок на било. Показано, что при'эксплуатудш: отечественных мельниц с диаметром ротора 1550...1660- и 2ООО...2300 ш максимальная величина штатной силы удара Р составляет соотпетст-•векно 50...60 кН и ИВ...120 кН, а продолжительность дара -

7,5-Ю"3 с л 9,е-10~3 с.

С помощью полученных данных разработана равнопрочная по даиие конструкция била с коэффициентом запаса прочности по до

1,3 в зависимости от условий их эксплуатации. Матричная часть лопасти такого била должна ш.'отъ коробчатую форцу в поперечном сечен»; и быть услленэ продольными р&брами, сердцевинная часть заполняется всгавко". клиновидной формы, орленг'.рованной веучыюй в сторону дроупсты. Показано, что бгло тако:! конструкции наибэлзв рационально изготавливать истодом комгсозицнонього литья.

3. Изучено влиянлз степени армирования на прочность связи вставки из хрошютох'о чугуна со стальной матрицей. Установлено, что технически значимая металлическая связь з отливках гассо;" до 15 кг имзет место при столоне армирована но выи« 7...8 %.

Промсяуточлыз покрытия на основа металлических порошков но позволяют повысить прочность мсталличзскол связи и степень армирования, при которой эта связь сохраняется, а наоборот нзрутаюг ее даже при малых степенях армирования.

Показано, что при степени армирования более 30 % закрепление вставки в лопасти бил возмогло толыю механическим путем.

4. Методом планирования эксперимента получены уравнения ро-грессии, оплсиваялиа влияние. степени армирования Гг, уклона армирующей вставки , толщины про; .а ну точного покрытия х-, поперечного" габарита отливка хл на пораяенность трещинами отливок

"л прочность иехашпесг.оп свкзи их частей

71 = 0,332 + 0,053x2 - 0,105^'- 0,СС'хд + С,065х4;

У2 = 1573 - &1хт - ЗЗхо + В2::3 +"260х4.

С-помощью уравнений определены путл повышения механической связи матрицы со.вставкой при обеспечении высокой трещиноустой-

чивости отливок.

Установлено, что наиболее рациональными с точки зрения надежности закрепления в лопасти била являются вставки клиновидной

формы с коническими и пирамидальными выступами. Конструкция бил со вставками такой формы защищена авторскими свидетельствами СССР ДО 1Ш7948 и 1184560.

5. Теоретически обосновано и.экспериментально подтверждено, что для повышения служебных свойств покрытие на поверхности вставки должно включать дисперсный легкоплавкий компонент (алюминий) 25...55£, дисперсный тугоплавкий компонент (железо»ферромарганец) 40...70^, неорганическое связующее (жидкое стекло) 3...5%.

При атом покрытие указанного состава должно проявлять податливость по механизму скольжения частиц в пустоты, а после остывания отливок обеспечивать высокие трещиноустойчивость и прочность механической связи.

Разработан и защищен авторским свидетельством СССР Я 1435390 новый способ получения армирующих вставок с покрытием пригарной природы.

6. Экспериментально, путем сравнения дефектности отливок, установлено, что наилучший технологический вариант для условий массового производства бил, армированных вставками, характеризуется положением отливки била на ребро, вертикальным положением вставки, подводом расплава стали питателями по разъему в торцовую грань лопасти в промежуток мевду стенкой формы и.вставкой " непосредственно в армированный узел.

7. Методом планирования эксперимента и с помощью компьютерной программы получен.пакет составов эконошолегированных сталей которые при заданной ударной вязкости обеспечивают высокив эксплуатационные свойства отливок. Так наибольшей твердостью при ударной вязкости 0,45 ВДжЛГ; 0,4 ВДжЛГ; 0,35 1.!ДнЛг обладают соответственно стали состава {% масс.) с температурой отпуска: углерод - 0,6; хром - 0,96; кремний - 0,'38; Тотп = 650 °С;

углерод 0,6; хром - 2,32; кремний - 0,38; Тотп = 650. °С;

утлород - 0,6; хром - 2,32;- кремний - 0,38; Т0И1 = 500 °С.

Во всех составах содержание бора составляет 0,0(2 марганца 0,8...0,9 %. ......' - '

8 ¿-Внедрение в производство и эксплуатацию литых армированных бил разработанной конструкции, подтвердили результаты выполненных исследований. Экономический эффект только на одном предприятии Челябэперго составил 71,5 тис.рублей.

Ï9

Основные полонания диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Биметаллические литые била молотковых мельниц / Б.ЭДлец-кич. П.А .Ласьков //Механизация и повышение эффективности технологических процессов производства отливок металлургического оборудования: Тезисы' докладоз. - Днепропетровск, 1982. - С„25.

2. Литое биметаллическое било Л?.А.Ласьков, Б.Э.Клацкин, В.К. Кирсанов и др.// Информационный листок. - }'■ S2-55. Челябинск: ЦНТЛ, 1982. - С.4.

3. A.c. 1Ш7540 CGC, î.ïKIi В CE С 13/28. Било для молотковой мельницы / Н.Л.Ласьков, 3.В.Павленко, П.В.Черногоров и др. (СССР) // Открытия. Изобретения. - 1982. - J5 32.

4. Метод определения степени поранения трещинами отливок / Ласьков H.A. // Вопросы теории и технологии литейных процессов. Сб.трудов. - Челябинск, 1983. - С.78-32.

5. Повышение служебных свойств бил молотковых мельниц / П.А. Ласьков, Б.З.Клоцкчн, З.Ы.Александров // Современные метода производства отливок, способствующие экономии материалов а топливно-энергетических ресурсов: Тезисы докладов. - Пермь-, 1984. - С.45-46,

6. Влияние армирующей вставки на дефектность и служебные свойства бил / Н.А.Лдськов, Б.Э.Клецкин, В".К.Кирсанов // Новые мате-риало- и трудосбарогашие технологические процесса в литейном производстве: Тезйсы докладов. -Челябинск, 1984. - С.24-25.

- 7.. Эффективность армирования литыми вставками из износостойкого чугуна стальных'бил молотковых мельниц / Н.А.Лэськов, В.М. Александров, Б.Э.Клецкип // Уральская научно-техническая конференция литейщиков: Тезисы докладоз. - Челябинск, 1984. - С.16-17.

S. Использование чугуна в конструкции бил молотковых мелькни / Н.А.Ласьков, В.К.Кирсанов, В.М.А'лександров и до. //Улучшение качества металла и его экономия в ллтейком производстве за счет применения новых модификаторов для серого з высокопрочного ■чугуна. -Челябинск, 1904. - С.25-26.

9. Совершенствование- бил молотковых мельниц / II.А .Ласьков, З.Н.Александров, Б.Э.Кднцкин и др. //3 кп.: Теория и технология литерных процессов. - Чебоксары, 1934. - C.9I-94.

10. A.c. IIS456C СССР, !Жй В С2 С 13/28. Било для молотковой мнльпацы / ^.А.Ласьков, Б.Э.Клоцкин, В.Ы.Александров и др. (СССР? // Открытия. Пзобр^яния. - ISS5, - 33. - - - - . ■

11. Александров В.г«., Ласьков II.А., Клецкин Е.Э. и др. Повн-зюнив износостойкости литнх бил быстроходных мальнщ // Литепнсо производство, 15В'о. - 7. - С.6-о.

12. Повышение рьсурса работа бил молотковых мельниц / А.М.Кля-щццкин, К.Л.Лг,сы'.оь // Участие молодых ученых и специалистов в реконструкции ;г модернизация предприятий, во внедрении новой техники и технологии. - Челябинск, 198С. - С.35-37.

12. А.с. 1435250 СССР, ЖИ-.-В 22 10/06. Способ изготовлаши

пластин из твярдого: сплава / 3.!.!.Александров, Н.А.Лгсь-ков, Б.З.Клешшп и др. (СССР) /'/-,-Открытия. Изобретения. - 1488. -41. .

14. Положительное пз.иеги9>ЩГЭД на выдачу а.с. и формула изобретения не заявка й 133^245/31-33/002359 от 29.09.89 СССР, Г.1КИ В ОС С 13/28. Бр.ло для молотковой .-мельницы / Н,Л.Ласьков, Е.Э. Клецкин, В.Александров,. Е.Д.Шадрин (СССР) //М., ВН1ИГПЭ, 1989. - 3 с.