Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Особенности формирования структуры ЗТВ и наплавленного металла в условиях многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавки

Работа №8924

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

технология производства продукции

Объем работы110стр.
Год сдачи2017
Стоимость6400 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
522
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Реферат 2
Abstract 3
Введение 4
1 Литературный обзор 7
1.1 Общие сведения о конструкционных сталях 20, 40Х и У8 7
1.2 Методы упрочнения 12
1.2.1 Лазерная наплавка 14
1.2.2 Плазменная наплавка 16
1.2.3 Электронно-лучевая наплавка 18
1.2.4 Электронно-лучевая наплавка в вакууме 18
1.2.5 Вневакуумная электронно-лучевая наплавка 20
1.3 Структура и испытания на износ конструкционных сталей 21
1.4 Наплавка и упрочнение углеродистых конструкционных сталей 25
1.5 Постановка задач 33
2 Материалы, оборудование и методы исследования 36
2.1 Основной металл и материал покрытия 36
2.2 Оборудование для наплавки 36
2.2.1 Устройство ускорителя электронов ЭЛВ-6 36
2.2.2 Технология нанесения покрытий 37
2.3 Методы исследования 42
3. Экспериментальная часть 43
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 61
4.1 Fast - анализ 61
4.1 Описание главной, основных и вспомогательных функций, выполняемых
объектом 61
4.2 Определение значимости выполняемых функций объектом 64
4.3 Определение значимости функций 67
4.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом исследования 67
4.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее анализ70
5 Социальная ответственность 72
5.1 Производственная безопасность 72
5.2 Экологическая безопасность 78
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуация 79
5.4 Пожарная безопасность 80
5.5 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 82
Выводы 84
Список используемых источников 86
Приложение А 90


Объектом исследования является: образцы из конструкционной стали с разным содержанием (0,2...0,8%) углерода, после многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавки композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 и 10P6M5+30%WC.
Цель работы - является изучить особенность формирования структуры зоны термического влияния при многопроходной вневакуумной электроннолучевой наплавке композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 и 10Р6М5 + WC 30% на основной металл с разным содержанием углерода (0,2.. .0,8%).
Выводы по работе: Показано, что при изменении содержании углерода в основном металле от 0.2 до 0.4 % (вес) ширина ЗТВ практически не изменяется, а при увеличении углерода до 0.8% ширина ЗТВ увеличивается в ~2 раза и ее твердость сохраняется на уровне 6910 ГПа.
Способ вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов может успешно применяться для упрочнения конструкционных сталей с содержанием углерода до 0,4.0,45%.
Область применения: машиностроительная, строительная отрасль.
Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2010, фотографии были получены с использованием микроскопа OLYMPUS GX51, графики получены в графическом редакторе Grapher 9.
При длительной эксплуатации механизмов и машин изнашивание контактных поверхностей деталей, входящих в их состав, сопровождается снижением эксплуатационных показателей, и, в конечном итоге, выходом из строя (эксплуатации). Это нередко требует полной замены механизмов и машин или ряда их узлов. Поэтому для решения задач повышения эксплуатационных показателей и увеличения срока службы деталей машин используют различные способы поверхностного упрочнения. Однако кроме износостойкости контактных поверхностей к данным деталям предъявляется еще целый комплекс свойств, например, длительной прочности, цикло- и теплостойкости, контактной выносливости и т.д. Для удовлетворения этого комплекса свойств данные детали изготавливают из различных марок конструкционных сталей (в том числе и термообрабатываемых), что требует изучения влияния термического цикла наплавки на формируемую зону термического влияния (ЗТВ) основного металла. Для термообрабатываемых сталей важно минимальное влияние термического цикла наплавки на сформированную структуру основного металла. В связи с этим широкое научное исследование и применение в промышленности находят методы, основанные на использовании концентрированных потоков энергии (КПЭ).
Так электронно-лучевая наплавка (ЭЛН) по сравнению с другими способами наплавки имеет небольшие размеры ванны расплава, концентрированный ввод энергии до 105 Вт/см2 и значительный перегрев ванны в зоне действия электронного луча способствуют растворению твердых частиц в сварочной ванне, и минимальное время ее существования за счет быстрого теплоотвода и большой скорости охлаждения (до 104 к/с) [1].
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 [2]. Данное
4
оборудование позволяет наносить износостойкие покрытия различной толщины за счет многократного послойного оплавления нанесенного наплавляемого порошка. Многократное термическое воздействие пучка электронов будет влиять и на ранее сформированную структуру ЗТВ. Вопрос влияния числа проходов электронного луча на изменение первоначально сформированной ЗТВ вообще детально не рассматривается. Открытым остается вопрос влияния содержания углерода в основном металле (конструкционной стали, например, стали 20, стали 40Х, стали У8) на формируемую структуру ЗТВ в условиях многопроходной наплавки.
Структурно-фазовый состав и свойства покрытий широко представлены в научной литературе и продолжают изучаться в различных научных коллективах. В тоже время вопросы анализа зоны сплавления с основным материалом и формируемой в нем ЗТВ остаются открытыми. Хотя этот анализ крайне необходим для безаварийной работы с точки зрения адгезии покрытия и формируемых свойств ЗТВ. При ЭЛН возможно существенное влияние на формируемую структуру ЗТВ и ее эволюцию при повторном воздействии электронного пучка большой мощности, особенно это касается мегавольтного пучка электронов выведенных в атмосферу.
Целью данной работы является изучение особенностей формирования структуры зоны термического влияния при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 на основной металл с разным содержанием углерода (0,2... 0,8%).
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи.
1) Провести наплавки композиционных покрытий на основе стали 10Р6М5 с помощью вневакуумной электронно-лучевой установки (ЭЛВ-6) на образцы, изготовленные из стали 20, 40Х и У8.
2) Изучить структуру ЗТВ в зависимости от числа проходов вневакуумной электронно-лучевой наплавки.
3) Провести анализ полученных структур.
4) Измерить профили микротвердости по толщине покрытий и основного металла.
5) Провести анализ полученных данных и на его основе дать рекомендации по способу вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


В работе изучена особенность формирования структуры зоны
термического влияния при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой
наплавке композиционных покрытий на основной металл с разным содержанием
углерода (0,2, 0,4 и 0,8%). На основе полученных данных сделаны следующие
выводы.
1. В Стали 20 после наплавки первого прохода ЗТВ, общей
протяженностью ~1.75 мм, состоит из двух участков. Первый участок,
непосредственно прилегающий к границе сплавления, имеет грубо игольчатую
мартенситно-бейнитную структуру с присутствием феррита видманштеттова
типа. В объеме металла второго участка ЗТВ формируется феррито-перлитная
смесь фаз. Размер зерен феррита увеличен по сравнению с исходной структурой
Стали 20.
2. При втором проходе электронного луча в объеме первого и второго
участка происходит рекристаллизация, что приводит к резкому измельчению
ферритного зерна. Протяженность ЗТВ ~1.2 мм. В процессе третьего прохода
феррито-перлитная структура ЗТВ имеет более крупный размер кристаллитов по
сравнению со структурой, сформированной после второго прохода.
3. Дополнительное введение карбида вольфрама в наплавочную смесь
(сталь 10Р6М5+30%WC) приводит к уменьшению теплового воздействия на ЗТВ
в ходе второго и третьего прохода. Это обусловлено более значительным
поглощением тепла в процессе наплавки за счет присутствия тугоплавкого
карбида вольфрама. Поэтому дисперсная феррито-перлитная структура в ЗТВ
формируется только после третьего прохода электронного лучка.
4. Для стали 40Х зона термического влияния состоит из трех участков:
участок, непосредственно прилегающий к переходной зоне, имеет грубую
мартенситно-бейнитную структуру, и два участка, в которых уменьшается
размер, как ферритных зерен, так и перлитных колоний. При увеличении числа
проходов электронного луча участок с грубой мартенситно-бейнитной
структурой отсутствует.85
5. Установлено, что в Стали У8, независимо от числа проходов
электронного луча (один или два), ЗТВ делится на два участка (с аустенитномартенситной и перлитной структурами).
6. Показано, что при изменении содержании углерода в основном
металле от 0.2 до 0.4 % (вес) ширина ЗТВ практически не изменяется, а при
увеличении углерода до 0.8% ширина ЗТВ увеличивается в ~2 раза и ее твердость
сохраняется на уровне 6910 ГПа.
7. Способ вневакуумной наплавки мегавольтным пучком электронов
может успешно применяться для упрочнения конструкционных сталей с
содержанием углерода до 0,4…0,45%.
8. В результате исследования объекта микротвердомер ПМТ-3М с
помощью Fast – анализа были выявлены функции, которые функционально
нецелесообразны и на них приходятся основные затраты. Методы для
минимизации затрат и их оправдания приведены в пункте 4.5.


Шаронов К.С., Матюшкин А.В. Особенности формирования структуры
зоны термического влияния в малоуглеродистой конструкционной при
многопроходной вневакуумной электронно-лучевой наплавке. Научный
руководитель – д-р тех. наук, проф . Гнюсов С.Ф. Сборник научных трудов X
Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии.
Инновации», Новосибирск 5-6 декабря2016 г. в 9 ч.: НГТУ – 2016. – Ч.3. – 245-
247с.
2. Шаронов К.С., Матюшкин А. В., Голковский М.Г. Особенности
формирования структуры зоны термического влияния в малоуглеродистой
конструкционной при многопроходной вневакуумной электронно-лучевой
наплавке. Научный руководитель – д-р тех. наук, проф. Гнюсов С.Ф. Сборник
трудов V Международной научно-технической конференции молодых ученых,
аспирантов и студентов, Томск 5-7 декабря 2016 г. ТПУ – 2016. – 464с.86
Список используемых источников
1. Гнюсов С.Ф, Дураков В.Г. Особенности технологии наплавки и подготовки
композиционных наплавочных смесей Ч.1. // Сварочное производство. 2007. −
№12. − 12-15с.
2. Technological applications of BINP industrial electron accelerators with focused
beam extracted into atmosphere / S.N. Fadeev, M.G. Golkovski, A.I. Korchagin, N.K.
Kuksanov et al. // Radiation Physics and Chemistry. − 2000. – V.57. – №3-6. – Р.653-
655.
3. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. // Издание
3-е, переработанное и дополненное. – М. − «Металлургия» 1983.
4. Попов А.А, Попова Л.Е. Справочник термиста // Издательство: г.Свердловск.;
Машиностроительной лит-ры. 1961. – 430 с.
5. Стали и сплавы. Марочник // В.Г. Сорокин, А.В. Волоспикова, С.А. Вяткин и
др. / Под общ. ред. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.
6. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин: учебное пособие //
Т.Ю. Степанова. − Иваново., Иван. гос. хим.-технол. ун-т. − 2009. − 64с.
7. Электронный луч в формировании неравновесных структур: монография /
С.Ф. Гнюсов, В.Г. Дураков. – г. Томск., Издательство ТПУ, 2012. − 115с.
8. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / А.Г.
Григорьянц. − М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. 2006. − 664с.
9. А Хасуи, О Моригаки. Наплавка и напыление // Пер. с яп. В.Н. Попова; Под
ред. В.С. Степина, Н.Г. Шестеркина. − М., Машиностроение. 1985. − 240с.
10. Лазерно-плазменные технологии создания новых композиционных
морозостойких покрытий на хладостойких сталях и сплавах. // С.Н. Багаев, Г.Н
Грачёв, П.А. Пинаев. − г. Новосибирск., Институт лазерной физики СО РАН,
Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН. − 2015.
11. Гнюсов С.Ф, Дураков В.Г. и др. Особенности технологии наплавки и
подготовки композиционных наплавочных смесей Ч.2. // Сварочное
производство. 2007. − №12. − 12−15с.87
12. Белюк С.И, Самарцев В.П, Рау А.Г. / Электронно-лучевая наплавка в черной
металлургии // Физическая мезомеханика. 2006. − №9. − 157-160с.
13. И.М. Полетика., М.Г.Голковский и др. Формирование упрочняющих
покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов // Физика и
химия обработки материалов. 2005. − №5. − 29-41с.
14. Microstructure evolution and mechanical properties of eutectoid steel with ultrafine
or fine (ferrite + cementite) structure / Chengsi Zheng, Longfei Lia, Wangyue Yang,
Zuqing Sun. // Materials Science & Engineering A 599. − (2014). − P.16-24.
15. The effects of TiC grain size and steel binder content on the reciprocating wear
behaviour of TiC-316L stainless steel cermets / Chukwuma C.Onuoha, Chenxin Jin,
ZoheirN.Farhat, GeorgesJ.Kipouros, KevinP.Plucknett. // Wear. − 350-351. − (2016).
– P.116-129.
16. The effect of martensite volume fraction on the scratch and abrasion resistance of
a ferrite–martensite dual phase steel / Xiaojun Xu, Sybrand van der Zwaag, Wei Xu. //
Wear. − №348-349. − (2016). – P.80-88.
17. The effect of ferrite–martensite morphology on the scratch and abrasive wear
behaviour of a dual phase construction steel / Xiaojun Xu, Sybrand van der Zwaag,
Wei Xu. // Wear. − №348-349. − (2016). – P.148-157.
18. Comparisons of the two-body abrasive wear behaviour of four different ferrous
microstructures with similar hardness levels / Balaji Narayanaswamy, Peter Hodgson,
Hossein Beladi. // Wear. − №350-351. − (2016). – P.155-165.
19. Abrasive wear resistance of WC–Co and WC–AISI 304 composites by ballcratering method / L.M. Vilhena, C.M. Fernandes, E. Soares, J. Sacramento et al. //
Wear. − №346-347. − (2016). − P.99-107.
20. Муль Д.О, Белоусова Н.С, Кривиженко Д.С, Шевцова Л.И. Электроннолучевая наплавка титан- и танталсодержащих порошковых смесей на образцы из
стали 40х // Обработка металлов. 2014. − № 2. − 117-126с.
21. Иванов Ю. Ф, Колубаеваю Ю. А, Коноваловю С. В, Ковалью Н. Н.
Модификация поверхностного слоя стали при электронно-лучевой обработке //
Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. − № 12. − 10-16с.88
22. Батаева Е.А. Повышение конструктивной прочности углеродистых сталей
путем формирования градиентной структуры с использованием вневакуумной
электронно-лучевой поверхностной обработки // Автореферат. г. Новосибирск.
− 2007. – 217с.
23. Лосинская А.А. Повышение износостойкости сталей методом вневакуумной
электронно-лучевой наплавки углеродосодержащих порошковых смесей //
Автореферат. г. Новосибирск. 2013. С 190.
24. Крылова Т.А. Формирование износостойких и коррозионно-стойких
покрытий вневакуумной электронно-лучевой наплавкой на низкоуглеродистую
сталь // Автореферат диссертации. г. Томск. − 2011. – 163с.

Работу высылаем на протяжении 24 часов после оплаты.




©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ