CC BY
41
/ов.і . Ивахник, Б.И. Скурыдин,
1 К.И. Шахова 2000
УАК 622.232.004.62
В. Г. Ивахник, Б.И. Скурылин, К.И. Шахова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКОНОМНО И КОМПЛЕКСНОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ С МАГНИТНОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ АЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ АЕТАЛЕЙ ГОРНО-ВЫЕМОЧНОГО ОБОРУАОВАНИЯ
Современные тенденции к повышению эффективности отечественной промышленности ориентируют металлургические производства на освоение качественно новых износостойких марок сталей для изготовления технологического оборудования предприятий горной, обогатительной и других отраслей промышленности, работающего в условиях интенсивного абразивного износа. Основным направлением повышения срока службы оборудования является разработка новых конструкций его исполнительных органов с использованием приоритетных высокопрочных, износостойких металлов и сплавов.
В Инженерном центре (ИЦ) МГГУ проводятся работы по созданию материалов с заданными свойствами. В результате выполненных исследований разработана новая марка конструкционной комплексно-легированной стали для технологического оборудования горнодобывающей промышленности, подверженного интенсивному изнашиванию.
Анализ физико-механических
свойств и химического состава износостойких сталей (наиболее конкурентоспособные типы сталей представлены в табл. 1) позволил выделить химические элементы и группы химических элементов, наиболее активно влияющих на фазовое состояние и свойства сталей как с термической обработ-
кой, так и без нее (табл. 2).
Наиболее сложной задачей при синтезе новой марки стали является достижение требуемой пластичности при заданной износостойкости металла. Близкая взаимосвязь этих свойств предъявляет жесткие требования к химическому составу стали и режимам ее термообработки. Оценка пластичности обычно производится путем измерения относительного сужения или удлинения образца и ударной вязкости. Однако, наиболее точно, пластичность характеризуется измерением относительного сужения образца, которое резко изменяется при образовании флокенов или других дефектов.
Для достижения требуемых прочностных характеристик и стойкости стали к удару (КСи не ниже 6 кгс/см2) величина относительного сужения должна находиться в пределах 40 - 45 %.
Для установления оптимального количества химических компонентов стали и их концентрации были проведены плавки в лабораторных печах и в условиях производства на шеститонных
электродуговых печах.
Инновационная сталь 25ХГ2МТЛ, разработанная в ИЦ, (Патент РФ № 2104323 «Износо-стойкая ферромагнитная сталь») относится к сталям мартенситного класса. Сталь при охлаждении на воздухе имеет структуру мартенсита и твердость НЕС 37 - 42. В этом состоянии она не может подвергаться механической обработке стандартным лезвийным инструментом и для ее смягчения надо произвести отпуск при температуре 650 С на твердость НВ- 2400.. .2500 МПа.
Легирующий комплекс стали обеспечивает ее прокаливаемость в сечении до 200 мм.
Введение в сталь, содержащую 0,20,25 % углерода, 1,5 % хрома делает сталь насквозь прокаливаемой в диаметре до 36 мм. Введение молибдена в количестве 0,25 % также способствует увеличению прокаливаемости. Концентрация марганца в пределах 1,2 - 1,8 % обеспечивает сквозную прокаливае-мость критических диаметров образцов около 38 мм и может приводить к образованию крупного зерна аустенита и, следовательно, к снижению пластичности при последующей термической обработке. Для предотвращения роста зерна при такой концентрации марганца в сталь вводится молибден в количестве до 0,25 % и титан не менее 0,005 %.
Присутствие молибдена в стали снимает отпускную хрупкость, делает возможным проведение высокого отпуска при любой температуре на воздухе без резкого снижения ударной вязкости и способствует получению повышенной твердости.
Полученные после различных режимов термообработки прочностные свойства стали 25ХГ2МТЛ находятся в интервале значений прочности, установленном для большой группы легированных сталей при соответствующих режимах обработки. Это под-
Таблица 1
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ПОВЫШЕННОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
Марка Содержание элементов, %
стали С 8І Мп Сг № Мо V ТІ 8 Р
ЛЬЬОУЛ, 0,2 0,6 0,8 0,7 1,8 0,25 - - - -
Япония
27ХН2МФЛ 0,27- 0,17- 0,6- 0,5- 1,65- 0,3 0,08- - - -
0,3 0,37 0,8 1,2 2,0 0,5
25ХГ2МТЛ 0,2- 0,2- 1,2- 0,8- - 0,2 - до до до
0,29 0,6 1,8 1,3 0,015 0,04 0,045
30ХН2МФА 0,27- 0,17- 0,3- 0,6- 2,0-2,4 0,2- 0,1- - до до
0,34 0,37 0,6 0,9 0,3 0,18 0,025 0,02
Таблица 2
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 25ХГ2МТЛ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТПУСКА ПРИ ЗАКАЛКЕ
тверждает правильность выбора легирующего комплекса и технологичность стали для проведения термической обработки.
Для установления оптимальных температур закалки и отпуска было выполнено определение критической точки стали Ас3 методом пробных закалок. Закалки проводились в интервале температур от 850 до 950 °С через 25 °С. Установлено, что критическая точка Ас3 соответствует температуре 875 °С. Следовательно, температуры закалки лежат в интервале от 905 до 925 °С.
В связи с легированием титаном, сталь является природно-
мелкозернистой, т.е. перегрев при закалке выше 925 С мало сказывается на структуре и твердости мартенсита, полученного при закалке.
Сталь является технологичной с точки зрения закалки. Низкая концентрация углерода в стали в интервале 0,22 - 0,29 % дает возможность вести закалку в двух охлаждающих средах в воде или масле. После закалки сталь имеет твердость 42 - 47 БЕС. Наиболее технологичным при закалке явля-
ется охлаждение в воду.
Формирование комплекса механических свойств достигается применением различных температур отпуска (Патент РФ № 2099373 «Способ термической обработки изделий из износостойкой ферромагнитной стали» Приложение 2). Влияние температуры отпуска на свойства стали 25ХГ2МТЛ приведено в таблице 2, откуда следует, что в интервале температур высокого отпуска можно изменять в широких пределах прочностные и пластические свойства. Это расширяет область применения стали и обеспечивает высокую степень надежности изготовленных из нее деталей.
Разработанная экономно- и комплексно-легированная сталь
25ХГ2МТЛ по механическим свойствам превосходит среднелегированные стали, содержащие около 4 % никеля, а по пластическим свойствам приближается к высокомарганцовистой стали 110Г13Л.
Величина ударной вязкости незначительно уступает средне- и высоколегированным сталям, содержащим от 2 до 4 % никеля, и составляет 5 - 6
кГм/см2. Полученные механические свойства дают возможность использовать сталь в деталях горных машин и горнообогатительного оборудования - зуб ковша и траки гусеничного хода карьерных экскаваторов, подвижные и неподвижные конуса, дробящие плиты и футеровка конусных и щековых дробилок, мельниц и т. д., изготавливаемых в настоящее время из стали 110Г13Л. Для этих деталей, изготовленных из стали 25ХГ2МТЛ, оптимальный режим термической обработки состоит из закалки и высокого отпуска отливки на 540-560 °С, что дает твердость после отпуска 30-34 БЯС. Такая твердость обеспечивает удовлетворительную износостойкость и прочность, что подтверждается проведенными испытаниями экспериментальных образцов зубьев ковшей экскаваторов ЭКГ-8 в условиях Лебединского ГОКа.
Конкурентоспособность стали 25ХГ2МТЛ достигается ее обработкой высокоэнергетическими импульсными магнитными полями, под действием которых происходит измельчение зерна и снижение растягивающих напряжений 2-го и 3-го рода.
Результаты испытаний деталей из стали 25ХГ2МТЛ представлены в табл. 3.
Испытания значительного объема деталей горных машин и технологического оборудования, таких как кремальерные шестерни и рейки, зубья ковшей карьерных экскаваторов, ножи для мощных бульдозеров, корпуса, а также рабочие колеса для землесосов и т.д. подтвердили высокие эксплуатационные свойства и технологичность изготовления, а также относительно низкую стоимость изделий по сравнению с изделиями из традиционной марки стали 110Г13Л. Разработанная новая марка стали с упрочнением магнитно-импульсной обработкой позволяет
Таблица 3
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ЗУБЬЕВ КОВША ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-8И В УСЛОВИЯХ ЛЕБЕАИНСКОГО ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА
№ экскаватора Материал зубьев кол- во Нагрузка на 1 зуб, м3 Средняя наработка % по отношению к110Г13 Стоимость зуба на 1 м3 (руб./1 м3)
1 2 3 4 5 6 7
66 25ХГ2МТЛ 5 5725 5021 146% 89,6
25ХГ2МТЛ 5 4317
110Г13(ИЗ) 110Г13(ИЗ) 5 3446 3430 100% 174,9
5 3414
106 25ХГ2МТЛ 5 4586 4685 169% 96,1
25ХГ2МТЛ 5 4784
110Г13(ИЗ) 110Г13(ИЗ) 5 2405 2769 100% 216,7
5 3133
117 25ХГ2МТЛ 5 3302 3364 89% 133,8
25ХГ2МТЛ 5 3425
110Г13 (Асбест) 5 3785 3776 100% 120,2
110Г13 (Асбест) 5 3767
заменять высоколегированную и мало-технологичную сталь 110Г13Л.
шг
"7
Ивахник Владимир Георгиевич доцеш, кандидаї технических наук, директор Инженерною ценіра Московскою государственною юрною универсшекі.
Скурыдин Борис Иванович — кандидат технических наук, гл. инженер Инженерного центра Московского государственного горного университета.
Шахова Кира Ивановна — доцент, кандидат технических наук, кафедра «Техно.іоіия машиностроения и ремонта юрною оборудования», Московский юсу;дарственный юрный университет.
У
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ИВАХНИК
в:\С диска по работе в универе\01ЛБ_20\01ЛБ4_00\ВСЕ С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коат^\Мюго80й\ШаблоныШогта1Ло1т Статья на "Неделе горняка 2000"
Гитис Л.Х.
13.04.2000 12:23:00 11
04.12.2008 15:45:00 Таня
67 мин.
04.12.2008 16:34:00
3
1 373 (прибл.)
7 831 (прибл.)
