ВВЕДЕНИЕ 3
1 ПРОБЛЕМЫ НАПЛАВКИ ШПУЛИ ДЛЯ РУЛОНИРОВАНИЯ 5
1.1 Описание шпули 5
1.2 Базовый технологический процесс восстановления наплавкой 11
1.3 Недостатки базового технологического процесса 15
1.4 Задачи работы 15
2 СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШПУЛИ ДЛЯ РУЛОНИРОВАНИЯ .... 17
2.1 Анализ способов наплавки 17
2.2 Анализ исследований в области наплавки с целью повышения
износостойкости 22
3 ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 30
3.1 План проведения экспериментов 30
3.2 Разработка приспособления для проведения эксперимента 32
3.3 Оборудование для наплавки 38
3.4 Разработка технологии наплавки 40
3.4.1 Технология наплавки образца № 1 42
3.4.2 Технология наплавки образца №2 44
3.4.3 Технология наплавки образца № 3 45
3.4.4 Технология наплавки образца № 4 47
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАПЛАВКЕ 49
4.1 Определение твердости 49
4.2 Определение химического состава металла наплавленного слоя 54
4.3 Определение износостойкости наплавленного слоя 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
Список используемых источников 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А 83
Повышение износостойкости и долговечности материалов является одной из главных задач в современном производстве. Очень часто случается так, что возникает необходимость восстановления поверхности какого-либо металлического изделия, которое под воздействием трения, либо в связи с механическим воздействием потеряло первоначальный вид и утратило свои свойства. Есть случаи, когда нужно придать изделию новые качества: стойкость к коррозии, дополнительную прочность, нечувствительность к высокотемпературному режиму. Это достигается благодаря дополнительным устройствам, которые охлаждают, усиливают и очищают, а иногда с помощью технологий или способов.
Для восстановления изношенных поверхностей деталей используют различные способы для нанесения слоев с различными свойствами. К ним можно отнести: химическое и электролитическое покрытие, диффузионное насыщение слоя (цементация, азотирование), эмалирование, плакирование и напыление[2].
Один из наиболее распространенных и эффективных способов является наплавка металлов. При использовании наплавки в основном восстанавливают геометрические размеры изношенной детали. Такженаплавка позволяет упрочнять основной металл при использовании специальных электродных материалов с применением защитных газов, флюсов и электродных покрытий. Более широкое применение наплавка получила при ремонте изношенных деталей металлургического оборудования, газонефтедобывающей промышленности, в теплоэнергетическом комплексе, в автомобильном транспорте[1, 33].
К требованиям, предъявляемым к наплавленному металлу для упрочнения деталей металлургического оборудования, соответствуют ставшие традиционными наплавочными материалами штамповые хромовольфрамовые теплостойкие и быстрорежущие стали. В настоящее время для наплавки используются разнообразные сплавы[2].
На металлургическом заводе в производстве прокатной продукции, используется различные приспособления и механизмы, изготовленные из разных сплавов, сталей и материалов. В процессе эксплуатации приспособления и механизмы подвергаются разнообразному изнашиванию в виде трения металла об металл, либо происходит абразивный износ. Одним из таких приспособлений является шпуля для рулонирования алюминиевых сплавов.
Данное приспособление используется для рулонирования алюминиевых сплавов, транспортирования между прокатным оборудованием. Также шпули применяются при термической обработке рулона алюминиевого сплава в печи отжига. Так как данное приспособление постоянно используется в технологическом процессе прокатного производства, то происходит износ внутренней поверхности шпули. Для восстановления первоначального размера используется автоматическая наплавка под слоем флюса. Шпуля изготовлена из конструкционной высококачественной хромоалюминиевой стали с содержанием молибдена.
Таким образом, целью работы является: повышение срока эксплуатации шпули для рулонирования путем проведения исследований и разработки технологии наплавки износостойких сплавов.
В ходе проведения исследований, выявлено, что трибологические характеристики наплавленных слоев, выполнение в один и два слоя значительно отличаются друг от друга. При чем, отличие наблюдается из-за использованного наплавочного материала.
Средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки НП-30ХГСА на 15,4% меньше, чем твердость основного металла. Средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки ПП НП-30Х4Г2М на 32,8% больше, чем твердость основного металла.
Средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки НП-30ХГСА на 40,4%меньше, чем средняя твердость наплавленного слоя, с использованием наплавочной проволоки ПП НП-30Х4Г2М.
Наплавленные слои, с использованием проволоки НП-30ХГСА, имеют структуру с большим содержанием железа (Бе)в составе. Это объясняется распределением легирующих элементов при нагреве и охлаждении, при проведении среднетемпературного отжига.
Наплавленные слои, с использованием проволоки ПП НП-30Х4Г2М, имеют структуру с уменьшенным количеством содержания железа (Бе)в составе. Это объясняется наличием оксидов легирующих веществ в наплавочной проволоке. В процессе кристаллизации происходит раскисление основного металла, образование новой структуры с увеличенным содержанием марганца (Mn), хрома (Cr) и кремния (Si), а также молибдена (Mo).
В условиях испытания на износостойкость при трении металла о металл, стойкость у образца №3 с термической обработкой, наплавленного в один слой с использованием порошковой проволоки ПП НП-30Х4Г2Мвыше, чем у образцов, наплавленных в один и два слоя, проволоками 1П1 НП- 30Х4Г2М и НП-30ХГСА, с термической и без термической обработки.
Таким образом, на основе полученных данных, предлагается использовать технологию наплавки, которую применяли для образца №3, с использованием порошковой проволоки 1П1 НП-30Х4Г2М. Перед наплавкой производили предварительный подогрев до температуры 250-270°С, наплавку производили в один слой. После наплавки произвели отпуск при температуре 400-450°С, в течении 3,5 часов.
Наплавка проволокой 1П1 НП-30Х4Г2М предпочтительна для восстановительной наплавки шпули для рулонирования алюминиевых сплавов, а также при сухом трении металла о металл.
1. Шехтер С.Я. Наплавка материалов [Текст] / Шехтер С.Я. Резницкий
А.М.-М. Машиностроение. 1982.-72с.
2. Ельцов В.В. Ремонтная сварка и наплавка деталей машин и механизмов [Текст] учебное пособие / Ельцов В.В. - Тольятти: Изд-во ТГУ,2012.- 176с.
3. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. Учебник для высших учебных заведений [Текст] / Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф.; 2-е изд., испр. и доп.-М.Машиностроение, 1986,-384с., ил.
4. Рудской, А.И. Теория и технология прокатного производства[Текст]: учеб. пособие / А.И. Рудской, В.А. Лунев. -СПб. : Наука, 2008. - 527с
5. MaziarRamezani, Evaluation of carbon diffusion in heat treatment ofH13 tool steel under different atmospheric conditions [Текст], Journal of Materials Research and Technology, TimotiusPasang, Zhan Chen, Thomas Neitzert, Dominique Au (April-June 2015) Volume 4, Issue 2, Pages 114-125
6. Зубченко А.С Марочник сталей сплавов [Текст] / Зубченко А.С Колосков М.М. - М., Машиностроение, 2003.-780с.
7. Марочник сталей и сплавов [Электронный ресурс] -Режим доступа:
http://www.splav-kharkov.com/choose_type.php- для доступа к
информационным ресурсам авторизация не требуется. Дата обращения 11.10.2016
8. Образовательный сайт[Электронный ресурс] -Режим доступа: http://refleader.ru-для доступа к информационным ресурсам авторизация не требуется. Дата обращения 21.10.2016
9. Соколов Г.Н. Наплавка износостойких сплавов на прессовые штампы и инструмент для горячего деформирования сталей [Текст]/.Соколов Г.Н., Лысак В.И.;В.; РПК «Политехник»,2005,-280с.
10. Петров Г.Л., Сварочные материалы[Текст]: учеб. пособие для вузов / Петров Г.Л., Л. «Машиностроение», 1972, -280с.
11. Малинов Л.С. Новая порошковая проволока, обеспечивающая эффект деформационного упрочнения наплавленного металла при эксплуатации [Текст] / Малинов Л.С., Орлов Л.Н., Малинов В.Л.; Автоматическая сварка, 2009, №05, с.56-62
12. Походня И.К. Сварка порошковой проволокой [Текст] / Походня И.К., Суптель А.М., Шлепаков В.Н. Киев. «Наукова думка», 1972,-215с.
13. Авто-box [Электронный ресурс] http://www.avcd.ru/naplavka-v-srede-
ид1ек181одо-дага.й1т1для доступа к информационным ресурсам авторизация не требуется. Дата обращения 17.10.2016
14. Верхорубов В.С. Износостойкость метализационных покрытий после плазменного оплавления [Текст] / Верхорубов В.С., Невежин С.В. и др.;Вестик ПНИПУ.,Машиностроение,2016.т.18,№2, с.114-126
15. СтарченкоЕ.Г. Разработка и исследование технологии наплавки однослойного однородного антикоррозионного покрытия внутренних поверхностей оборудования и трубопроводов АЭС [Текст] / Ходаков
В.Д., Мастенко В.Ю., Рунов А.Е.ОАО НПО«ЦНИИТМАШ», Москва, Россия
16. Moises Felipe Teixeira, Laser composite surfacing of A681 steel with
WC + Cr + Co for improved wear resistance [Текст], Joyrnal of Materials Research and Technology, Victor Alexandre
VeitS chmachtenberg,GustavoT ontini,GuilhermeDalla Lana
Semione,WalterLindolfoWeingaertnerc, Valderes Drago; 2017 Volume 6, Issue 1, Pages 33-39
17. Научная электронная библиотека «КиберЛенинка» [Электронный ресурс] - режим доступа: https://cyberleninka.ruдля доступа к информационным ресурсам авторизация не требуется. Дата обращенияс 1.10.2016 по 11.11.2016
18. R.R. Dema, Abrasive and impact-abrasive wear resistance of solid weld deposits[TeKCT], Journal «The Science», 2010, may, Pages132-133
19. DopraShiva Prasad, Hybrid composites - a better choice for high wear resistant materials[TeKCT], Journal of Materials Research and Technology Chintad Shoba (April-June 2014) Volume 3, Issue 2, Pages 172-175
20. Серафинович Л.П. Планирование эксперимента. Учебное пособие. — Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2006. — 128 с.
21. Реброва И.А. Планирование эксперимента. Учебное пособие. -
Омск.,СибАДИ 2010. - 107 с.
22. Елагина О.Ю. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Учебное пособием.: Логос, 2009. 488 с
23. Сварог [Электронный ресурс] - режим доступа:http://svarog-
rf.ru/equipment/welding-saw. для доступа к информационным ресурсам авторизация не требуется Дата обращенияс 1.10.2017по 11.11.2017
24. Сибмонтажкомплект [Электронный ресурс] - режим
доступа:http://www.sibmk.com/katalog/naplavka-naplavochnyie- ustanovki/ustanovka-dlya-naplavki-valov-unk-117/для доступа к
информационным ресурсам авторизация не требуется Дата обращенияс 1.10.2017по 11.11.2017
25. Лахтин Ю.м. материаловедение. Учебник для высших технических учебных заведений[Текст] / Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., 3-е изд., перераб и доп.-М.Машиностроение, 1990,-528с., ил.
26. Петров Г.Л., Теория сварочных процессов (с основами физической химии)[Текст] / Петров Г.Л., Тумарев А.С.Учебник для вузов. М., Высшая школа, 1977. 392 с.
27. ГОСТ 9087-81 - Флюсы сварочные плавленые. Технические условия.
28. ГОСТ 10543-82 - Проволока стальная наплавочная. Технические условия
29. ГОСТ 26101-84 - Проволока порошковая наплавочная. Технические условия (с Изменением N 1)
30. ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) - Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправкой)
31. ГОСТ 30480-97 - Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость.Общие требования
32. ГОСТ 166-89 - Штангенциркули. Технические условия
33. D. Malindzak Application of logistic principles in metallurgical production [Текст]. Croatian Metallurgical Society.Metalurgija2012, 51(3), Pages 345¬348
34. RegitaBendikiene. Effects of Surface Alloying and Laser Beam Treatment on
the Microstructure and Wear Behaviour of Surfaces Modified Using Submerged Metal Arc Welding [Текст]. EdmundasPupelis. Lina
Kavaliauskiene. Kaunas University of Technology.Metalurgija 2016, 22(1), Pages 44-48
35. Акулов, А.И. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки [Текст] учебник для вузов / А.И.Акулов, В.П. Алехин,
С.И.Ермаков и др./- 2-е изд. испр. и доп./ под ред.А.И. Акулова. - М. : Машиностроение, 2003.-560с.
36. Егоров А.Г. Правила оформления выпускных квалификационных работ по программам подготовки бакалавра и специалиста [Текст] учеб. метод. пособие / А.Г. Егоров, В.Г. Виткалов, Г.Н. Уполовникова, И.А. Живоглядова - Тольятти, 2012, -135с.
37. Грохольский Н.Ф. Восстановление деталей машин и механизмов сваркой и наплавкой [Текст] / Грохольский, Н.Ф. - М.: Машиностроение .-1966.-275с.
38. met-all.org[Электронный ресурс] - режим доступа:http://met-
all.org/oborudovanie/svarochnye/principialnaya-shema-svarochnogo- invertora.htmlдля доступа к информационным ресурсам авторизация не требуется Дата обращенияс 1.10.2017по 11.11.2017