CC BY
16
УДК 621. 762.118:621.906
В. В. АКИМОВ В. С. ПРОКОПЕЦ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЛЬНИЦ УДАРНОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ
Приведены результаты анализа по деформационному упрочнению твердых сплавов на основе карбида титана со связующей фазой из ПКН методом термомеханической обработки (ТМО), влияющих на повышение износостойкости рабочих элементов мельниц ударного принципа действия.
Механическая активация в измельчительных аппаратах интенсивного ударного действия (дезинтеграторах) является одним из перспективных способов повышения реакционной способности кремнеземсо-держащих материалов [ 1]. В этом случае взаимодействие битума происходит со свежеобразованными поверхностями минералов по специфическим реакциям, обусловленным протеканием механохимичес-кихпроцессов. К числу важнейших актов, сопровождающих большую часть механохимических процессов в твердых телах, относятся акты образования свободных радикалов. Последние представляют собой осколки молекул или молекулы, находящиеся в электронно-возбужденном состоянии и обладающие большой химической активностью [2]. Высокая активность свежеобразованной поверхности кварцевого песка связана с изменением структуры поверхностных слоев частиц, образующихся в процессе динамического измельчения.
По данным, приведенным в работе [3], толщина аморфизированного слоя на поверхности частиц кварца достигает 15(ЫО"'0м. В работе [4] показано, что между битумом и размолотым в вибромельнице гранитом или кварцем возникают прочные химические связи. При обычных условиях взаимодействия битума с этими материалами такие связи не возникают [5]. Таким образом, если в процессе помола в обычных мельницах происходит активация поверхностных слоев получаемого порошка, то открывается реальная возможность усилить адгезионные контакты между кремнеземсодержахцими материалами и органическим вяжущим с помощью высокоэнергетических помольных устройств типа дезинтеграторов. В этом случае дополнительная активация битума возможно и не потребуется.
Однако абразивное изнашивание, являясь одним из самых распространенных видов изнашивания, ограничивает срок службы многих горных, дорож-ностроительных, транспортных, сельскохозяйственных и других машин и механизмов, в том числе и дез-интеграторных мельниц [6,7,8]. При этом повышение ресурса ударных измельчителей не должно обеспечиваться за счет снижения эффективности измельчения, путем уменьшения угла атаки или скорости удара рабочего органа.
Практически установлены энергозатраты в процессе помола тонны получаемого продукта, сос-I тавляющие до 108 МДж/т при крупности помола до
80 мкм и более 540 МДж/т — при крупности менее 40 мкм. При этом потери металла мелющих органов колеблется от 1 кг/т до 2,7 кг/т, соответственно [9].
Перспективным способом увеличения абразивной стойкости считается применение мелющих элементов из металлокерамики . При создании таких материалов следует использовать современные технологии, позволяющие экономить дорогостоящее и дефицитное сырье, что способствует их более широкому внедрению в производство.
Когда возникла необходимость проанализировать деформационные методы упрочнения таких материалов и определить изменения, происходящие в деформированном объеме, то был выбран наиболее доступный механический метод упрочнения твердых композитов — ТМО.
При деформации твердосплавного композиционного материала (ТСКМ) происходит изменение микротвердости. Микротвердости деформированной зоны существенно отличаются от исходного материала, что позволяет утверждать об изменении свойств твердых сплавов в результате высокотемпературной пластической деформации. Глубина слоя, в котором происходят изменения свойств, достаточно большая (1,5-2,0 мм), Этого не наблюдается при других методах [10].
Используя технологию упрочнения ТМО, которая реализуется на токарном станке и не требует сложных вакуумных установок и дорогостоящего обо-
10,0 12,5
925 1057
Рис. 1. Микротвердость деформационного слоя образца состава 50%Т!С и 50%TIN1.
Рис.2. Микроструктура (х1500), твердосплавных композиционных материалов состава 50% TIC и 50%TlNi: а - исходный материал; б - материал, подвергнутый ТМО.
рудования [10], можно повысить износостойкость ТСКМ.
ТМО втулок с внутренним диаметром 17 мм, внешним диаметром 25 мм и высотой 30 мм из сплавов состава (50Т1С-40Т1№10Т1) об. % и (50ПС-50Т]№) об. % выполнялась на лабораторной установке [11]. Контроль температуры осуществлялся оптическим пирометром с погрешностью измерений ±10 "С. В качестве накатного ролика использовали шайбу из сплава Т14К8, установленную в оправку на ось диаметром 10 мм, Усилие прижима регулировали за счет вылета оси из корпуса. Упругий прижим позволял компенсировать биение пластины на оправке и обеспечивал достаточное усилие обкатки. Обкатку проводили при постоянной скорости вращения (6,7 с~') наконечником, нагретым до температуры 1000 °С.
Исследование микротвердости упрочненного ТМО материала (50Т1С-50Т1№) об. % проводили вдоль передней и задней поверхностей на глубину до 3 мм и по диагонали под углом 45° от режущей кромки на глубину не более 3 мм (рис 1). Из рис.1 видно, что перед передней поверхностью фаски на глубине Ь дефектного слоя 0,1 -0,3 мм твердость оказалась немного меньше (9,25-10,57 ГПа) против исходной твердости не упрочненного образца 12,16 ГПа. Значительное упрочнение (13,28-14,20 ГПа) выявлено на расстоянии 0,5 мм, а на расстоянии 1,0-2,0 мм достигается максимальная микротвердость 14,20 ГПа [12]. Далее непосредственно у режущей кромки поверхности (на рассто-янииЗ = 10,0-12,5мм)имеетместоразупрочнение -снижение микротвердости до 10,57 ГПа.
Измерение микротвердости на упрочненных материалах состава (5Т1С-50Т1Ы1) об. % показало ее повышение с 9,9 до 14,20 ГПа. После ТМО в билах измельчителя дезинтеграторного типа с размерами втулок 1111, применяемых в производстве порошка из кварцевых пород для дорожного асфальтобетона, пластическая деформация распространяется до 3 мм при максимальной степени наклепа 45 %.
Металлографические исследования композиционных материалов показали, что после ТМО карбидные включения имеют меньший размер. Это свидетельствует о повышении микротвердости, а значит износостойкости ТСКМ на основе карбида титана и связующей фазы из никелида титана (рис. 2). Обкатанные и упрочненные твердосплавные материалы в виде рабочих элементов измельчительной установки показали снижение абразивного износа при получении порошков из кварцевых песков в 1,5 раза. Деформационный характер упрочнения билов подтверждается тем, что оно снижается отжигом при 1Ю0 °С в течении 2 часов. Микротвердость отожженных билов снижается до микротвердости исходных.
Библиографический список
1. Прокопец B.C. Получение минеральных порошков из местного сырья на АБЗ // Наука и техника в дорожной отрасли. -1997. - N«2,- С. 22-23.
2. Болдырев В.В. Механические методы активации химических реакций твердого вещества и их смесей // Фундаментальное использование химических продуктов. — М.: Наука, 1977. -С. 89-96.
3. ХодаковГ.С., Плуцис Э.Р. О растворимости тонкоизмель-ченного кварца в воде: Тез. докл. — Москва. - СО АН СССР, 1957. - N»4, т. 123. - С. 725-728.
4. Исследование влияния отходов стекловолокна и минерального порошка из отработанных формовочных смесей на свойства дорожного асфальтобетона / Ковалев Я.Н., Малиноский В.В., Бу-сел A.B. // Автомоб. транспорт и дороги. — Минск, Иэд-во БПИ, 1981. - Вып.8. - С. 73-79.
5. Ковалев Я.Н. Активационные технологии дорожных композиционных материалов. - Минск: Бел. Эн, 2002. - 336с.
6. Банатов П.С. Износ и повышение долговечности горных машин. - М.: Недра, 1970. - 253 с.
7. Жигаев В.Д. Влияние твердости абразивных частиц на изнашивание металлов абразивной прослойкой // Проблемы трения и изнашивания. — Таллин, 1973. — №4. - С. 94-97.
3. Крагельский И.В. Трение и износ. — М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.
9. Клейс И.Р., Ууэмыйс Х.Х. Износостойкость элементов измельчителей ударного действия. — М.: Машиностроение, 1986. — 160 с.
10. Термомеханическое упрочнение твердосплавных пластин, используемых для обточки колесных пар / Попов А.Ю., Васильев Н.Г., Рауба A.A. // Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Омск, 1998. - С. 83.
11. Прокопец B.C., Акимов В.В. Увеличение работоспособности мельниц ударного действия с помощью твердых безвольфрамовых сплавов // Строительные материалы, оборудование, технологииXXIвека. - 2005. - Т. 78. -N»7. - С. 50-51.
12. Деформационное упрочнение твердых композитов на основе TiC со структурно неустойчивой связкой TiNi методом ТМО / Акимов В.В., Кузнецов А.И., Попов А.Ю. и др. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2005. - №4.- С.35-37.
АКИМОВ Валерий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии», ПРОКОПЕЦ Валерий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент.
