Введение 9
1 Литературный обзор 11
1.1 Современные композиционные материалы для упрочнения 11
1.1.1 Твердые сплавы 11
1.1.2 Высоколегированные стали и высокохромистые чугуны 13
1.2 Быстрорежущая сталь 10Р6М5 14
1.3 Конструкционная сталь 40Х 18
1.4 Методы упрочнения 20
1.4.1 Лазерная обработка 20
1.4.2 Электронно - лучевая обработка 21
1.4.3 Плазменное поверхностное упрочнение деталей 22
1.5 Современные способы упрочнения поверхности наплавкой 23
1.6 Вакуумная электронно-лучевая наплавка 26
1.7 Вне вакуумная электронно-лучевая наплавка. Постановка задачи 27
2 Материалы и методики исследования 31
3 Экспериментальная часть 33
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 42
4.1 Описание главных, основных и вспомогательных функций,
выполняемых объектом 42
4.2 Определение значимости выполняемых функций объектом 43
4.3 Определение значимости функций 47
4.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом исследования .... 49
4.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее
анализ 49
4.6 Оптимизация функций выполняемых объектом 51
5 Социальная ответственность 54
5.1. Производственная безопасность 54
5.1.1. Анализ выявленных вредных факторов 54
5.1.2. Анализ выявленных опасных факторов 59
5.2. Экологическая безопасность 64
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 65
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 70
Выводы 71
Список используемой литературы 73
Целью данной работы является изучить особенность формирования
структуры и свойств переходной зоны между наплавленным покрытием и
основным металлом (сталь 40Х), зоны термического влияния в зависимости
от числа проходов релятивистского электронного пучка выведенного в
атмосферу.
Предметом исследования является изучение структуры и свойств
переходной зоны между наплавленным покрытием и основным металлом и
ЗТВ, поскольку от этого зависит работоспособность всего покрытия.
В процессе работы исследовалась микроструктура, микротвердость
наплавленных покрытий, полученные за один и два прохода. Для достижения
цели были произведены следующие мероприятия:
- обзор литературы по теме, постановка задача и цель исследования;
- подготовлены образцы с наплавкой из стали 10Р6М5, за один и два
прохода;
- анализ структуры наплавленного металла в зависимости от
количества проходов;
- анализ зоны термического влияния, построен профиль
микротвердости;
- анализ микротвердости области наплавленного металла и зоны
термического влияния материала подложки;
по проделанной работе сделаны соответствующие выводы.6
Определения, обозначения, сокращения и нормативные ссылки
В настоящей работе применены следующие термины с
соответствующими определениями.
Аустенит – твёрдый раствор внедренного углерода и других
элементов в гране-центрированную кубическую решетку.
Феррит – твёрдый раствор внедренного углерода и других элементов в
объемно-центрированную кубическую решетку.
Перлит – эфтектоидная смесь, состоящая из двух фаз – феррита и
цементита.
Бейнит – метастабильная смесь феррита и цементита, полученная в
результате распада аустенита при температурах ниже перлитного
превращения, но выше температуры начала образования мартенсита.
Мартенсит - основная структурная составляющая закалённой стали;
представляет собой упорядоченный пересыщенный твердый раствор
углерода в α – жележзе такой же концентрации, как у исходного аустенита.
В настоящей работе применены следующие обозначения и
сокращения:
• ЗТВ - зона термического влияния;
• ХТО - химико-термическая обработка;
• КПЭ - концентрированные потоки энергии;
• α – феррит;
• γ – аустенит.
В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты:
• ГОСТ 12.1.003-83 – Шум. Общие требования безопасности;
• ОСП-72/87 – Основные санитарные правила работы с радиоактивными
веществами и другими источниками ионизирующих излучений;
• НРБ-99/2009 – Нормы радиационной безопасности;
• СН 245-71 – Санитарные нормы проектирования промышленных зданий;
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96 - Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификация предприятий, сооружений и иных объектов.
В настоящее время детали механизмов и машин в зависимости их назначения изготавливаются из различных марок экономно легированных конструкционных сталей (например, сталь 40Х). Наиболее часто основным выходом их из строя является износ. Поэтому в большинстве случаев рабочие поверхности данных деталей требуют создания упрочненных слоев значительной толщины (от нескольких сотен микрон до 1 - 5 мм). Данные покрытия должны одновременно удовлетворять ряду требований: это износостойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость и т.д., т.е. быть бифункциональными [1].
Для восстановления и изготовления новых деталей в настоящее время используют различные методы упрочнения. Это химико-термическая обработка (ХТО), наплавка с использование концентрированных потоков энергии (КПЭ), (имплантация, электронно-лучевая наплавка, плазменная наплавка). Широкое распространение в последнее время получили методы КПЭ для создания многофункциональных покрытий. В частности и ним относятся метод электронно-лучевой наплавки (вакуумная и вне вакуумная).
Эффективным источником с высокой объемной и поверхностной плотностью энергии является поток высокоэнергетичных электронов выведенных в атмосферу. Промышленные ускорители электронов с выводом мощного релятивистского электронного пучка в атмосферу разработаны и производятся в институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Пучок фокусируется и выпускается в атмосферу через отверстие малого диаметра [2].
Для одновременного удовлетворения данных бифункциональных свойств, при большом количестве теплосмен (нагрев - охлаждение), наиболее подходит наплавочный материал на основе быстрорежущий стали [3]. Работ по исследованию структуры и свойств покрытий на основе быстрорежущей стали и зон термического влияния, формирующихся на основном металле,
выполненных многослойной электронно-лучевой наплавкой на открытом
9
воздухе крайне недостаточно. Это особенно касается изучения структуры и свойств переходной зоны между наплавленным покрытием и основным металлом и ЗТВ, поскольку от этого зависит работоспособность всего покрытия.
Цель работы - изучить особенность формирования структуры и свойств переходной зоны между наплавленным покрытием и основным металлом (сталь 40Х), зоны термического влияния в зависимости от числа проходов релятивистского электронного пучка выведенного в атмосферу.
В работе изучена особенность формирования структуры и свойств покрытий, переходной зоны между наплавленным покрытием и основным металлом (сталь 40Х), зоны термического влияния в зависимости от числа проходов релятивистского электронного пучка выведенного в атмосферу. На основе полученных данных можно сделать следующие выводы.
1. Для покрытий характерно дендритное строение наплавленного металла. Толщина упрочненного слоя увеличивается с 1200 до 1700 мкм при переходе от одного к двум проходам электронного пучка. По границам дендритов выделяется эвтектика, состоящая из древовидных кристаллов карбида типа М6С. В этих же областях наблюдаются равноосные дисперсные выделения частиц карбида ванадия. Количество остаточного аустенита для покрытий, полученных за первую и вторую обработки электронным пучком увеличивается с ~15 до ~20 % об.
2. Общая протяженность ЗТВ для обоих образцов не превышает 2,4...2,5 мм. В зоне термического влияния, помимо переходной зоны между наплавленным покрытием и основным металлом, можно выделить три участка, отличающихся макростроением.
3. Для образца, покрытие которого было сформировано за один проход, участок, непосредственно прилегающий к переходной зоне, имеет грубую мартенситно-бейнитную структуру, толщина которого не превышает 600 мкм. Далее формируются два участка, в которых уменьшается размер, как ферритных зерен, так и перлитных колоний. Это обусловлено для более нагретого металла перекристаллизацией, а для участка 3 - рекристаллизацией. Толщина участка 2 составляет ~1000 мкм, а участка 3 - 700 мкм.
4. Для образца, наплавленного за два прохода электронного луча, участок с грубой мартенситно-бейнитной структурой отсутствует. Все три участка по мере удаления от зоны сплавления характеризуются увеличением дисперсности структурных составляющих. Это обусловлено меньшей
температурой в ЗТВ при нанесении металла покрытия во втором проходе.
71
5. Покрытие имеет среднюю величину HV на уровне 7 ГПа. В ЗТВ для участков 1 и 2 характерно повышение микротвердости до 3,5...4 ГПа, что связано с присутствием в структуре первого участка мартенсита и бейнита, и дисперсной структуры перлита во втором участке. Далее величина микротвердости спадает до исходного значения 2.2,5 ГПа, характерного для отожженной стали 40Х. Необходимо отметить, что для второго образца, где для всей зоны термического влияния характерна более дисперсная структура, разброс микротвердости менее значителен.
6. В работе разработаны разделы «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение» и «Социальная
ответственность».
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
