Заседание состоится по адресу: ул. Молодогвардейская, 133, к. 3, этаж 2, ауд. 71, кафедра «Литейные и высокоэффективные технологии»

Технология получения износостойких металлических композиционных материалов С.А.Рязанов В конце 80-х начале 90-х г.г. в лаборатории СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) НПО «ВИТстройдормаш» (Самара) проводились работы по повышению износостойкости деталей машин, работающих в условиях интенсивного абразивного и ударно-абразивного износа. Работы проводились с целью внедрения новых технологий на предприятиях министерства строительного, дорожного и коммунального машиностроения. Требовалось повышение износостойкости таких деталей, как траки, катки и ведущие звездочки гусеничного транспорта; броневые плиты, дробящие конусы, молотки и била дробильного оборудования; лопасти, скребки и роторы-активаторы бетоно- и растворосмесителей; зубья экскаваторов и др. В качестве перспективного на тот момент направления на первом этапе работ было выбрано поверхностное легирование отливок. Исследователи процессов поверхностного легирования отливок ставили перед собой следующие основные задачи: повышение износостойкости отливок, повышение коррозионной стойкости и повышение стойкости отливок против окисления при повышенных температурах. Легирование проводилось как локальное, так и по всей поверхности отливки. Поверхностное внутриформенное легирование отливок заключается в том, что при заливке расплава поверхностный слой отливки усваивает легирующие элементы из предварительно нанесенного на поверхность формы легирующего покрытия. В результате поверхностный слой приобретает особые эксплуатационные свойства, значительно превосходящие свойства остального металла отливки. Для поверхностного легирования применялись порошки чистых металлов, сплавов, карбидов, боридов и оксидов. Используемые соединения должны были образовывать фазы, повышающие эксплуатационные свойства поверхностного слоя отливки. Для введения легирующих элементов, соединений в расплав и для армирования отливок использовались следующие методы: на поверхность формы наносили легирующий слой обмазки (пасты) или краски, на поверхность формы насыпали гранулы или порошок, на поверхности формы крепились ленты на ацетатной основе с легирующими элементами, сетка или проволока, легирующие элементы вводили в состав облицовочной смеси, в форму устанавливали предварительно отлитые или прессованные из порошков пластины, удержание ферромагнитных порошков на поверхности формы магнитным полем, введение легирующих элементов с помощью экзотермических смесей. Механизм образования легированного поверхностного слоя определяется природой используемых материалов, способом нанесения их на поверхность формы и свойствами расплава. В зависимости от сочетания этих факторов преобладать могут различные процессы – расплавление, растворение, спекание, пропитка и др. Технологические и теоретические основы поверхностного легирования были разработаны профессором А.М. Михайловым с сотрудниками. Были сформулированы основные закономерности формирования поверхностно-легированных отливок в зависимости от температурных параметров технологического процесса, смачиваемости вводимых в расплав материалов и фильтрации расплава в поры легирующего покрытия. Исследования показали, что легирующее покрытие захолаживает заливаемый расплав. Легированный слой образуется в результате последовательного подплавления легирующей обмазки за счет тепла, аккумулированного в залитом расплаве. При этом условия образования легированного слоя ухудшаются по мере увеличения относительной толщины обмазки. Получение легированного слоя из тугоплавких легирующих материалов, по мнению некоторых авторов вообще невозможно. Поскольку увеличение перегрева заливаемого металла нежелательно, в состав легирующих обмазок вводили экзотермические смеси (химические источники тепла). В качестве такого источника использовали термитную смесь, состоящую из окалины и алюминиевого порошка. В качестве легирующих добавок использовали порошки ферросплавов, кобальта, диборида хрома, карбидов титана, вольфрама и бора. При легировании серого чугуна на поверхности отливки удалось получить слой твердостью НРС 52. При легировании стали 45 твердость легированного слоя составила НРС 56. Для легирования чугуна хромом также была применена алюмотермитная смесь, состоящая из алюминия и окиси хрома. Недостатком таких легирующих составов является нестабильность протекания экзотермических процессов и плохое качество легированного слоя. Последнее связано со значительным образованием шлака при прохождении экзотермической реакции. Шлак составляет более 40% от массы всей легирующей смеси. Большая его часть остается внутри отливки вблизи легированного слоя, нарушая его сплошность. К сожалению, предыдущие разработки в данной области проводились в направлении, значительно отличающемся от СВС-технологий. Результаты предыдущих опытов дали незначительное количество полезной информации. Поэтому повторение старых технологических и экспериментальных схем было ошибочно. Учитывая результаты предыдущих экспериментов, в качестве термитных составляющих предложили использовать стехиометрические СВС-смеси Ti+C, Ti+2B, Zr+C, Zr+2B. Однако использование циркония нецелесообразно из-за высокой цены порошков циркония и их очень высокой активности. Дальнейшие исследования проводились только на смесях с титаном. Использование СВС-смесей позволяет повысить качество легированного слоя, обеспечить легирование поверхностей толстостенных и тонкостенных отливок, получать качественный легированный слой независимо от расположения его относительно питателей. Технологические процессы получения металлических композиционных материалов, связаны с необходимостью образования адгезионной связи между поверхностью армирующей фазы и металлическим расплавом. Эта проблема осложняется тем, что большинство материалов, используемых в качестве армирующей фазы, не смачиваются металлическими расплавами. Ряд технологических процессов, направленных на обеспечение смачивания армирующей фазы металлическими расплавами (вакуумно-компрессионная пропитка, замешивание частиц в расплав, обработка поверхности частиц и др.) сложны и используют дорогостоящее оборудование. Для описания поверхности раздела фаз использовались закономерности, используемые для описания метастабильных состояний. Теоретически доказано, что при достижении системой состояния метастабильного равновесия между поверхностями конденсированных фаз возникает адгезионная связь. Полученные теоретические закономерности подтвердились при исследовании характера смачивания поверхностей твердых тел жидкостями в условиях градиента температуры. Экспериментально установлено, что при достижении определенной пороговой величины градиента температуры жидкость начинает смачивать поверхность, которая в изотермических условиях не смачивается. Внутриформенное СВС-легирование отливок заключается в насыщении продуктами СВС-реакции приповерхностного объема отливки, подвергающегося интенсивному износу. Прессованные брикеты исходной СВС-смеси реагентов крепятся в форме в местах, подверженных наибольшему износу. После начала заливки расплава происходит инициирование горения СВС-смеси. Горение сопровождается пропиткой расплавом синтезированных соединений. В месте крепления брикета из СВС-смеси образуется металлический композиционный материал, составляющий с остальным объемом отливки единое целое. Пропитка синтезированных при СВС фаз расплавом происходит преимущественно за счёт разности температур расплава и синтезированных фаз. Температура горения стехиометрических смесей титан – бор и титан – углерод составляют больше 3000°С. Наиболее предпочтительные матрицы для износостойких МКМ – сталь или чугун. В результате испытаний твёрдости МКМ получены результаты, показанные на рис. 1. Рис. 1. Твёрдость МКМ с различной матрицей Видно, что твердость МКМ на основе углеродистой стали значительно ниже, чем на основе чугуна. Исследования процессов СВС в металлических расплавах показали, что расплав пропитывает брикет непосредственно во время горения смеси. Поэтому компоненты расплава вступают в реакцию с компонентами СВС-смеси, образуя фазовые составляющие с более низкой твердостью. Кроме того, стальная матрица сама имеет низкую твердость. Повышенная твердость МКМ с чугунной матрицей обусловлена, прежде всего, высоким содержанием углерода. В случае использования смесей с бором растворенный в расплаве углерод образует сложные карбиды. Кроме того, чугунная матрица отбеливается в результате легирования титаном, что также повышает износостойкость. При использовании в качестве матрицы углеродистой стали необходимо учитывать возможность образования усадочных дефектов. При заливке брикетов СВС-смеси углеродистой сталью в месте крепления брикета в результате горения образуется тепловой узел с аномально высокой температурой. В результате сталь в этой области затвердевает значительно позже остального объема отливки, что обуславливает образование усадочной раковины вокруг брикета. Это также является доводом в пользу использования чугуна. В дальнейших исследованиях использовался только серый чугун. Рис. 2. Результаты испытаний износостойкости разработанных материалов Основная проблема при горении неразбавленных смесей Ti+C и Ti+2B в том, что происходит сильная деформация и расслоение брикета. Поэтому в первых экспериментах после заливки брикетов сталью или чугуном происходило разрушение брикета и размывание продуктов реакции расплавом. Кроме того, горение некоторых смесей проходит во взрывном режиме, с выделением газообразных продуктов. В результате брикет разрушается, а расплав выбрасывается из формы. Эта проблема была успешно решена. Разработанная технология получения износостойких пластин была доведена до стадии опытно-промышленного опробывания. На базе лаборатории СВС было развёрнуто мелкосерийное производство литых износостойких пластин для работы в условиях сильного гидроабразивного износа. Основной потребитель данной продукции на тот момент – Семилукский огнеупорный завод. Опытные пластины, испытанные в промышленных смесителях завода показали хорошую износостойкость. По соотношению цена-качество, пластины из МКМ успешно конкурировали с победитовыми пластинами. Результаты испытаний показали, что полученные МКМ могут быть использованы как альтернатива вольфрамовым твердым сплавам. Результаты испытаний износостойкости разработанных материалов и серого чугуна представлены на рис.2. Из рис.2 следует, что наиболее перспективным является МКМ с серым чугуном в качестве металлической матрицы и диборидом титана в качестве армирующей фазы. Разработанная технология простая, надёжная и не требует использования сложного и дорогостоящего оборудования. Используемые материалы недорогие и недефицитные. Производство можно развернуть в условиях любого чугунолитейного цеха. Получение форм по выплавляемым моделям с использованием продуктов переработки алюминиевых шлаков Соколов А.В., Рязанов С.А. Литье по выплавляемым моделям является одним из самых точных способов литья, но, в то же время, наиболее дорогостоящим за счет использования в технологическом процессе дорогостоящих природных или искусственных огнеупорных материалов (электрокорунд, дистен-силлиманит, плавленый кварц и др.). Предлагается использовать в качестве зернистых огнеупорных материалов водонерастворимую составляющую шлаков, образующихся при приготовлении алюминиевых сплавов. Данные шлаки образуются при производстве первич­ного алюминия, при изготовлении алюминиевых сплавов и производстве изде­лий из них, а также при переработке ломов и отходов алюминия. В шлаках может содержаться от 5 до 80 % алюминия в различных формах (от свободного ме­талла до оксидов), нитрид и карбид алюминия вме­сте с хлоридами, фторидами и оксидами других металлов. Наиболее опасными, с экологической точки зрения, являются только фто­риды. Однако, при захоронении шлаков на полигонах, при взаимодействии с водой выделяются токсичные и взрывоопасные вещества, такие как: H, PH3, H2S, NH3, C2H2., HCl, HF. В России только в результате плавки лома и отходов алюминиевых спла­вов ежегодно образуется более 180 тыс. тонн солевых шлаков. Стои­мость захоронения отходов их переработки, образующихся после извлечения корольков алюминия, до сих пор не превышает 1500 руб. за тонну, поэтому они практически в полном объеме складируются в отвалах. Но из тонны шлака можно получить: 50-150 кг металлической составляющей, 100-250 кг оборотного флюса и 700-800 кг неметаллической составляющей. Для установления возможности применения неметаллической составляющей шлаков в формах для литья по выплавляемым моделям изготовлялись образцы для определения пре­дела прочности на изгиб. На восковую модель наносили 5 слоев покрытия, 6-ой без обсыпки – закрепляющий. Размер фракции обсыпочного материала: первый слой – 0,2 мм; второй и последующие – 0,4 мм. Размер образ­цов 40х20х(3÷5) мм. Сушка первого (формирующего) слоя длилась 24 часа, последующие слои формирова­лись с интервалом 2 часа, после нанесения последнего слоя мо­дели просушивались в течение суток. Вытопка модельной массы производи­лась на пару. Прокалка образцов проводилась при температуре 900 °С в тече­ние часа, что является оптимальным. В качестве связующих использовали: Армосил А, Сиалит 20, Армосил К, представляющие собой термостойкие водно-дисперсионное связующие для литья по выплавляемым моделям на основе коллоидного кремнезоля, способные образовывать связи со всеми огнеупорными материалами. Результаты испытаний образцов представлены на рис.1. Рис.1. Зависимость предела прочности керамических оболочек (КО) на изгиб от вида связующего Как видно из диаграммы, наибольший предел прочности имеют образцы на связующем Армосил К. Это показывает, что прочность КО зависит от изменения рН среды. Од­нако в литературе данный аспект освещен крайне мало. Проблема использования шлака в КО заключается в том, что в шлаке содер­жится свободный алюминий, при контакте с суспензией происходит выде­ление гидроксида алюминия в виде геля, со временем кристаллизующе­гося. Гидроксид алюминия в виде геля присутствует в определенном интер­вале рН среды. При рН 7-10,5 гель диспергируется и начинает растворятся, а при рН>10,5 он полностью растворяется с переходом в Al(OH)4-. При рН>13,2 ионы алюминия присутствуют в виде AlO2-. Частицы гидроксида алюминия могут нести отрицательный или положитель­ный заряд в зависимости от рН среды. Таким образом, с целью повышения прочности, в процессе формирования КО необходимо добиваться изменения рН среды от кислой к щелочной, что и происходит при использова­нии связующего Армосил К, который имеет рН=3,2-4,5. При приготов­лении суспензии происходит изменение рН до 8, а при обсыпке шла­ком среда становится еще более щелочной. В результате исследования экспериментально показано влияние рН сис­темы на прочность керамических оболочек. В частности, с целью повышения прочности необходимо изменение рН системы с кислой до щелочной. Так же изготовлялись образцы с различными вариантами обсыпки, в качестве связую­щего использовалось готовое водное связующее Армосил К. Обсыпка осуществлялась шлаком Алтек, плавленым кварцем Экосил-мелур, шлаком Алтек+5% ГОУ МОПМ, комбинированный вариант обсыпки: 3 слой плавле­ным кварцем, 1,2,4,5 – шлаком Алтек. Для сравнения также приведены резуль­таты использования в качестве обсыпки кварцевого песка. Результаты испытаний представлены на рис.2. Рис.2. Зависимость прочности керамических оболочек на изгиб от вида обсыпки Из диаграмы видно, что максимальной прочностью обладают керамиче­ские оболочки (КО) выполненные из плавленого кварца, однако КО выполнен­ные из шлака незначительно уступают по прочности. Прочно­сть на разрыв КО выполненных из шлака Алтек+5% ГОУ МОПМ объясня­ется тем, что в шлаке ГОУ содержится карбонат кальция, который в данной системе является отвердителем. Повышение прочности КО выполнен­ных из комбинированной обсыпки объясняется образованием химиче­ских связей на границе раздела. Проведенные испытания показали, что КО выполненные из шлака Алтек незначительно уступают по прочности КО выполненным из плавленого кварца, и значительно (почти в 9 раз) превосходят по прочности КО выполненные из кварцевого песка. Как показали испытания, КО, выполненные из шлака Алтек, обладают высо­кой прочностью. Для проверки термостойкости производилось формирова­ние оболочек с последующей заливкой расплавом. Толщина оболо­чек составляла не менее 7 мм (8-10 слоев). Производили формирование КО двух типов: из шлака Алтек и плавле­ного кварца Экосил-мелур. Сушка первого слоя составляла 24 часа, второго и последующего – не более двух часов. Выплавление модели производи­лось на пару. Прокалка велась при 700 °С в течение часа. Заливка сплава АК12 производилась в опорном наполнителе. Температура формы состав­ляла 300°С. Обо­лочки при заливке не разрушились. Были получены следую­щие значения шероховатости отливок: при заливке расплава в КО из плавленого кварца – Ra = 8,79 мкм, Rz=19,9 мкм; из шлака Алтек - Ra = 1,94 мкм, Rz = 4,19 мкм. Проведенные исследования в ЦЛТ СамГТУ дают возможность сделать следующие выводы: Установлена возможность использования продуктов переработки алюминиевого шлака в формах для литья по выплавляемым моделям как за­мена природных и дорогостоящих искусственных материалов. Прочность керамических оболочек (КО), полученных с использова­нием продуктов переработки шлака, не уступает прочности КО, полученных с использованием плавленого кварца, а также почти в 9 раз выше прочности КО, полученных с использованием кварцевого песка. Показана экспериментально зависимость прочности КО от рН дисперсионной среды. Установлено, что прочность КО возрастает при изменении рН среды от кислой к щелочной. Полученные отливки обладают высокой чистотой поверхности – зна­чение шероховатости снизилось в 5 раз по сравнению с базовым вариан­том.

Похожие:

	Заседание состоится по адресу: ул. Молодогвардейская, 133, к. 3,... Регистрация и уплата ежегодных членских взносов. Регистрация приглашенных участников. Секретарь со рал зонненберг Н. Н		Жанровое своеобразие прозы в. Войновича Защита диссертации состоится декабря 2006 г в час на заседании диссертационного совета км 212. 009. 04 в Астраханском государственном...
	Рецепция творчества а. П. Чехова в италии Защита состоится 10 декабря 2009 года в 13. 00 на заседании диссертационного совета д 212. 263. 06 в Тверском государственном университете...		Геоэкологический анализ опасных природных явлений на территории астраханской области Защита состоится «30» октября 2010 года в 1300 часов на заседании специализированного совета дм 212. 009. 04 при Астраханском государственном...
	Развитие икт-компетентности студентов учебных военных центров в условиях... Защита состоится 27 мая 2009 г в 10. 00 на заседании объединенного совета дм 212. 177. 01 по защите докторских и кандидатских диссертаций...		Направленное изменение свойств и состояния скальных пород поверхностно-активными... Защита состоится «4» декабря 2008 г в 14-30 на заседании диссертационного совета д 212. 280. 02 при Уральском государственном горном...
	Улучшение экологических показателей дизеля 4чн 11,0/12,5 с промежуточным... Защита диссертации состоится 24 апреля 2009 г в 13 30 на заседании диссертационного совета д 220. 060. 05 при Санкт-Петербургском...		Заседание аукционной комиссии по рассмотрению заявок на участие в... Настоящее извещение является неотъемлемой частью изложенной ниже аукционной документации о проведении аукциона и должно рассматриваться...
	Совершенствование технологии производства сухих рыборастительных продуктов Защита состоится 1 марта 2007г в 14. 00 часов на заседании диссертационного совета д 212. 100. 05 в Кубанском государственном технологическом...		На поставку и гарантийное обслуживание Осуществить поставку товара транспортом Поставщика по адресу: 628404, Российская Федерация, Тюменская область, Ханты-Мансийский автономный...
	Договор подряда № на благоустройство прилегающей территории Производственного... Производственного здания с бытовыми инв №010025 по адресу г. Ижевск, проезд им. Дерябина, 2/133		Заседание судейской коллегии и мандатной комиссии состоится 17 мая... Соревнования проводятся 18 мая 2014 г в Сзк «Ледовый Дворец», по адресу: г. Чита, ул. Генерала Белика, д. 29
	Заседание судейской коллегии состоится на месте старта 06. 03. 2017 в 11. 00 Председатель Правления Свердловской областной региональной общественной организации «Федерация триатлона Урала»		Разработка методики и средств контроля состояния вибрационной устойчивости... Защита диссертации состоится 23 июня 2008 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета д 212. 008. 01 в Архангельском государственном...
	«виам» состоялось очередное заседание технического комитета по стандартизации... Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (далее...		На выполнение подрядных работ по разборке бетонных стенок бассейна... «Нежилые помещения общей площадью 1467,5 кв м., (1 этаж №№1-76, I, 2 этаж №№3-21,I) расположенные по адресу: г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая,...