CC BY
37
вые, то Т определяется по приведенной формуле. Например, если эксперт задал ранги 1,2,3,4, то для него Т=2-2=6. Показатель степени п во всех случаях равен 3.
Коэффициент конкордации изменяется в пределах 0<№<1. Обычно согласованность считается удовлетворительной, если №>0,5; если №>0,7, то согласованность считают хорошей. При полном согласии экспертов №=1.
Величина уровня значимости а определяется по критерию Пирсона (Ф2) с (Л-7) степенями свободы.
12^ (5, - Бср )2
Ж = -
(8)
Ыш(ш — 1) - 1/(ш -1) -
]=1
Все вышеизложенное можно представить схемой, изображенной на рис. 1. Условно схема разделена на две части: в левой части расположены цели автоматизации, а в правой методы оценки.
После определения цели, автоматизации, необходимо определить контролируемые параметры, а так же их связь. с параметрами управления
I=1
1. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении. / Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, А.. Прохоров и др. Род ред. Ю.М. Соломенцева. -М.: Машиностроение: 1986. 256 с., ил.
2. Каяшев А.И, Митрофанов,
В.Г., Схиртладзе А.Г.. Методы адаптации при управлении станочными системами. М.: Машиностроение,
1995 - 240 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
3. Калашников А.Т. и др. Экономическая эффективность применения станков для обработки роликов цементных печей / А.Т. Калашников, Ж.В. Калачева, Л.А. Злозулева //Способы и средства механизации ремонтных и вспомогательных работ на предприятиях стройматериалов. -М., 1985. -С. 121-126 (Сб. научн. тр./ Моск.инж.-стрит. ин-т им.
В.В.Куйбышева. Белгород.технол. ин-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
т строит. мат-лов им. И.А. Гришмано-ва).
4. Погонин А.А. Новая конст-
рукция встраиваемого станка для обработки бандажей и опорных роликов цементных печей. / ж. Станки и инструменты. - М.: Машиностроение, 2001.
Погонин Анатолий Алексеевич — профессор, кандидат технических наук, Белгородская Государственная Технологическая Академия Строительных Материалов
Чепчуров Михаил Сергеевич — Старший преподаватель, Белгородская Государственная Технологическая Академия Строительных Материалов
© С.А. Богланов, Г.У. Ершов,
Е.И. Моисееко, К.И. Шахова, 2003
УАК 622.002.5
С.А. Богланов, Г.У. Ершов,
Е.И. Моисееко, К.И. Шахова
КАЧЕСТВО ЦЕМЕНТОВАННЫХ ЛЕТАЛЕЙ БУРОВОГО ОБОРУЛОВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
деталей бурового оборудова-(работающего в переменных узках и интенсивного изнашивания применяются высоконикелевые цементуемые стали типа 12ХН3А ,20ХН3А, 20Х2Н4А. Несмотря на используемые процессы упрочнения, долговечность этих деталей недостаточна.
Поэтому нами проводятся работы по оптимизации марки стали и режимов ее упрочнения для увеличения долговечности деталей за счет повышения как усталостной прочности так и износостойкости. Для исследования использовались стали 12ХН3А, 20ХН3А и 20Х2Н4А.
Все стали подвергались цементации и последующей термической обработке по различным технологическим режимам. Качество цементации определяется технологическим уровнем процесса и химическим составом стали. Химический состав стали для наследственно крупнозернистых сталей, какими являются стали исследуемых марок требует нескольких высокотемпературных нагревов в процессе упрочнения т.к. размер зерна в стали влияет не только на прочностные характеристики но на технологические свойства стали. С укрупнением зерна и увеличением разнозернистости увеличивается коробление и склонность к образованию трещин. Разно-зернистость сопровождается снижением ударной вязкости после всех видов термической обработки.
Поэтому для обеспечения качества деталей необходим исходный контроль структуры стали поступающей для производства деталей. На рис 1 приведена микроструктура стали в исходном состоянии. Микроструктура характеризуется наличием выраженной полосчатости и неметаллическими включениями.
Для устранения такой структуры необходима предварительная термическая обработка в качестве которой можно использовать диффузионный отжиг и нормализацию. Использование диффузионного отжига устраняет полосчатость и разнозернистость, но приводит к росту зерна, что сказывается на свойствах после окончательной термообработки, кроме того сопровождается получением на поверхности структуры феррита и следовательно, больших припусков на механическую обработку, что недопустимо для этих сталей. Поэтому для перекристаллизации следует использовать и нормализацию, поле проведения которой размер зерна аустенита 10-12 балл при среднем условном диаметре 9.9-4.9 мкм, ГОСТ 563982. Окончательная химико-термическая обработка должна обеспечить рациональное содержание углерода в поверхностном слое структуру микротвердость слоя и сердцевины.
Следует иметь в виду что, чем больше разница в содержании углерода поверхности и сердцевины, тем больше сжимающие напряжения в поверхностном слое, но если разница очень большая, то напряжения могут снижаться за счет деформации сердцевины.
Для стали 12ХН3А концентрация углерода не должна превышать 0.75-0.80%, для стали 20ХН3А- 0.90-1.0%. При увеличении или уменьшении концентрации углерода происходит снижение изгибной прочности, хотя предел прочности и текучести растут.
Предел прочности сердцевины цементованных деталей должен лежать в пределах 1200-1500 МПа, при этом изгибная прочность находится в пределах 2100-2500
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
МПа. Считается приемлемой твердость сердцевины Н^ = 34-42. Структура сердцевины в деталях , которые работают на изгиб и кручение при наличии ударных нагрузок должна представлять мелко -игольчатый мартенсит 2-3 балла с размером наибольшей длины иглы мартенсита 2-4 мкм, ГОСТ 823356. В структуре допускается 1015% избыточного феррита, который несколько снижает твердость сердцевины.
Исходя из этих соображений мы провели анализ влияния различных технологических способов цементации на качество цементованных слоев и долговечность деталей. Проводилась цементация в газовой среде в шахтных печах периодического действия, в камерных печах Хол-крофт с регулируемой подачей насыщающего газа, в конвейерных печах, в кипящем слое. Исследовалась микроструктура, микротвердость, глубина цементованного слоя, твердость и структура сердцевины. Наряду с этим проведено исследование миктоструктуры и микротвердости деталей изготовленных шведскими фирмами, рис. 2. Как видно из приведенных данных на глубине до 0.2 мм происходит некоторое обезуглероживание поверхности при снижении ее твердости Н100.до 6000-6300 МПа Глубина цементации составляет 1.101.20 мм. Микроструктура цементованного слоя мелкоигольчатый мартенсит и 8-10% остаточного аустенита.
На рис. 3 приведено распределение микротвердости после цементации и термической обработки проведенной в шахтных печах. Как видно из приведенных данных ХТО в шахтных печах не дает удовлетворительного качества це-ментованнорго слоя. На поверхности имеется обезуглероживание, кроме того при глубине цементации 1.8-2.0 мм в поверхностном слое разорванная сетка цементита. Детали, прошедшие термообработку по такому режиму.
Цементация с последующей термообработкой в конвейерных
печах показала лучшее качество цеметованного слоя, рис. 4. На поверхности не наблюдается обезуглероживания, но высокая твердость на глубине до 0.25 мм объясняется наличием в поверхностном слое разрозненных карбидов. Такая твердость и структура не является оптимальной для деталей бурового оборудования. Цементация в камерных печах с контролируемым углеродным потенциалом и последующая термообработка показали распределение микротвердости показанное на рис. 5.
Как видно из данных по распределению по микротвердости, этот процесс обеспечивает структуру и микротвердость близкую к шведским образцам. Натурные испытания этих деталей показали удовлетворительные результаты. Для сокращения времени цементации и увеличения производительности цементационного оборудования мы исследовали цементацию в кипящем слое. Полученные результаты приведены на рис. 6. При цементации в кипящем слое получается высокая твердость на глубине до 0.4 мм. Структура цементованного слоя имеет слой с карбидной сеткой. Структура сердцевины - крупно игольчатый мартенсит. Поэтому мы не проводили натурных испытаний т. к. при такой структуре и твердости долговечность деталей будет низкой.
Таким образом проведенные исследования показывают, что оптимальным процессом для проведения ХТО является процесс химико-термической обработки в камерных печах с регулируемым углеродным потенциалом.
Распределение микротвердости должно соответствовать значениям приведенным на рис. 3 и 5. Микроструктура поверхности и сердцевины соответствовать структурам приведенным на рис. 7: в цементованном слое мелкоигольчатый мартенсит 2-3 балла, остаточный аустенит 10-15%, сердцевина - малоуглеродистый мартенсит с избыточным ферритом в количестве до 12-15%.
Богданов С.А., Ершов Г.У. - Сталь-трест.
Моисееко Е.И. Шахова К.И. - Московский государственный горный университет.
