Научная статья на тему 'Нанесение и исследование эксплуатационных характеристик упрочняющих высокоэнтропийных покрытий на билы углеразмольных мельниц'

Нанесение и исследование эксплуатационных характеристик упрочняющих высокоэнтропийных покрытий на билы углеразмольных мельниц Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
130
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Sciences of Europe
Ключевые слова
ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ / МЕЛЬНИЦА ДЛЯ РАЗМОЛА УГЛЯ / МКРОТВЕРДОСТЬ / ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ / HIGHLY ENTROPIC COATINGS / COAL GRINDING MILL / MICROHARDNESS / WEAR RESISTANCE / FRICTION COEFFICIENT

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Юров В.М., Гученко С.А., Маханов К.М.

В настоящее время в условиях ограниченности материальных средств в промышленном комплексе особое значение приобретают технологии, увеличивающие долговечность (ресурс) деталей и узлов машин. 90 % деталей и машин выходит из строя из-за поверхностного износа. Особенно это актуально для энергетического комплекса, где большинство механизмов работают в экстремальных условиях и, в частности, в условиях высокого абразивного износа. Так обстоит дело и с билами углеразмольных мельниц. Выбор типа углеразмольных мельниц определяется размолоспособностью топлива, выходом летучих веществ, требуемой тонкостью пыли. На Карагандинской ТЭЦ-3 используется молотковая мельница, имеющая высокие экономические показатели, используемая в системах с прямым вдуванием топлива и может работать под давлением. Основная проблема в работе углеразмольных мельниц это высокий абразивный износ бил, ресурс непрерывной работы которых в среднем составляет 500 часов. В настоящей работе сделана попытка увеличения ресурса работы бил углеразмольных мельниц путем их механоактивации в галтовочном барабане с последующим нанесением упрочняющих высокоэнтропийных покрытий. Сравнение свойств бил без покрытия и с покрытием показало, что с покрытием: микротвердость увеличивается порядка в 1,6 раза; износостойкость увеличивается в 7,5 раз; коэффициент трения уменьшается почти в 20 раз!

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Юров В.М., Гученко С.А., Маханов К.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION AND RESEARCH OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF STRENGTHENING HIGH ENTROPY COATINGS ON BILLS OF CARBON GRINDING MILLS

Currently, in conditions of limited material resources in the industrial complex, technologies that increase the durability (resource) of machine parts and assemblies are of particular importance. 90% of parts and machines fail due to surface wear. This is especially true for the energy complex, where most mechanisms operate in extreme conditions and, in particular, in conditions of high abrasive wear. This is the case with the beats of coal-grinding mills. The choice of the type of coal-grinding mills is determined by the grindability of the fuel, the release of volatile substances, the required dust fineness. At the Karaganda Thermal Power Station-3, a hammer mill is used, which has high economic indicators, used in systems with direct injection of fuel and can operate under pressure. The main problem in the operation of coal-grinding mills is the high abrasive wear and tear, the average continuous service life of which is 500 hours. In the present work, an attempt is made to increase the service life of beater of coal-grinding mills by mechanically activating them in a tumbling drum followed by the application of reinforcing highly entropic coatings. Comparison of the properties of beat without coating and with coating showed that with coating: microhardness increases about 1.6 times; wear resistance increases by 7.5 times; the friction coefficient decreases by almost 20 times!

Текст научной работы на тему «Нанесение и исследование эксплуатационных характеристик упрочняющих высокоэнтропийных покрытий на билы углеразмольных мельниц»

НАНЕСЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРОЧНЯЮЩИХ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА БИЛЫ УГЛЕРАЗМОЛЬНЫХ

МЕЛЬНИЦ

Юров В.М., Гученко С.А., Маханов К.М.

Карагандинский государственный университет имени Е.А.Букетова

Караганда, Казахстан

APPLICATION AND RESEARCH OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF STRENGTHENING HIGH ENTROPY COATINGS ON BILLS OF CARBON GRINDING MILLS

Yurov V., Guchenko S., Machanov K.

Karaganda State University named after E.A.Buketov

Karaganda, Kazakhstan

АННОТАЦИЯ

В настоящее время в условиях ограниченности материальных средств в промышленном комплексе особое значение приобретают технологии, увеличивающие долговечность (ресурс) деталей и узлов машин. 90 % деталей и машин выходит из строя из-за поверхностного износа. Особенно это актуально для энергетического комплекса, где большинство механизмов работают в экстремальных условиях и, в частности, в условиях высокого абразивного износа. Так обстоит дело и с билами углеразмольных мельниц.

Выбор типа углеразмольных мельниц определяется размолоспособностью топлива, выходом летучих веществ, требуемой тонкостью пыли. На Карагандинской ТЭЦ-3 используется молотковая мельница, имеющая высокие экономические показатели, используемая в системах с прямым вдуванием топлива и может работать под давлением.

Основная проблема в работе углеразмольных мельниц - это высокий абразивный износ бил, ресурс непрерывной работы которых в среднем составляет 500 часов. В настоящей работе сделана попытка увеличения ресурса работы бил углеразмольных мельниц путем их механоактивации в галтовочном барабане с последующим нанесением упрочняющих высокоэнтропийных покрытий. Сравнение свойств бил без покрытия и с покрытием показало, что с покрытием: микротвердость увеличивается порядка в 1,6 раза; износостойкость увеличивается в 7,5 раз; коэффициент трения уменьшается почти в 20 раз!

ABSTRACT

Currently, in conditions of limited material resources in the industrial complex, technologies that increase the durability (resource) of machine parts and assemblies are of particular importance. 90% of parts and machines fail due to surface wear. This is especially true for the energy complex, where most mechanisms operate in extreme conditions and, in particular, in conditions of high abrasive wear. This is the case with the beats of coal-grinding mills.

The choice of the type of coal-grinding mills is determined by the grindability of the fuel, the release of volatile substances, the required dust fineness. At the Karaganda Thermal Power Station-3, a hammer mill is used, which has high economic indicators, used in systems with direct injection of fuel and can operate under pressure.

The main problem in the operation of coal-grinding mills is the high abrasive wear and tear, the average continuous service life of which is 500 hours. In the present work, an attempt is made to increase the service life of beater of coal-grinding mills by mechanically activating them in a tumbling drum followed by the application of reinforcing highly entropic coatings. Comparison of the properties of beat without coating and with coating showed that with coating: microhardness increases about 1.6 times; wear resistance increases by 7.5 times; the friction coefficient decreases by almost 20 times!

Ключевые слова: высокоэнтропийные покрытия, мельница для размола угля, мкротвердость, износостойкость, коэффициент трения.

Keywords: highly entropic coatings, coal grinding mill, microhardness, wear resistance, friction coefficient.

Постановка проблемы

Сталь Гадфильда - сталь с высоким содержанием марганца (11-14, 5%), а также содержащая углерод (0, 9-1,3%). Рецепт изготовления этой стали был предложен в конце 19 века Р. Гатфильдом. Эта сталь аустенитного класса, она не магнитна, после закалки имеет аустенитную структуру, твердость 250 НВ. Сталь Гадфильда обладает уникальным сочетанием повышенной износостойкости с высокой

пластичностью и ударной вязкостью. Под воздействием динамических нагрузок, под влиянием холодной деформации происходит ее самоупрочнение. При работе деталей, изготовленных из стали Гадфильда, в условиях значительных давлений и ударных нагрузок, вызывающих наклеп, ее износостойкость и твердость значительно возрастают (до 600 НВ).

Так как аустенит отличается большой вязкостью, сталь Гадфильда плохо обрабатывается режущим инструментом, изделия из нее изготавливают литьем. Для изготовления фасонных отливок в состав стали должно входить 1, 25 % углерода, 0, 8 % кремния, 12, 5 % марганца, не более 0, 1 % фосфора и 0, 02-0, 04) % серы. Из стали Гадфильда изготовляют рельсовые крестовины, части стрелочных переводов, щеки дробилок, детали, подвергающиеся истиранию при больших удельных давлениях.

Необходимо отметить, что основной проблемой получения сталей и сплавов с метастабильным аустенитом является строгая регламентация химического состава и режимов деформационно-термической обработки (ДТО), что не всегда осуществимо в условиях реального производства.

Основная проблема в работе углеразмольных мельниц - это высокий абразивный износ бил, ресурс непрерывной работы которых в среднем составляет 500 часов.

В настоящей работе сделана попытка увеличения ресурса работы бил углеразмольных мельниц путем их механоактивации в галтовочном барабане с последующим нанесением упрочняющих высокоэнтропийных покрытий.

Анализ последних исследований и публикаций

Не претендуя на полноту мы приводим очень кратко результаты исследований стали Гадфилда, изложенные в работах [1-19]. В этих работах приведены результаты работ по улучшению процесса выплавки и внепечной обработки стали Гадфильда на различных заводах. Рассмотрены результаты комплексного легирования этой стали различными химическими элементами: хром, молибден, азот, титан и др. Представлены результаты работ зарубежных исследователей, которые направлены на исследование влияния химического состава на прочностные свойства высокомарганцевой стали, изучение формирования структуры после внешнего физического воздействия, а также описание механизмов упрочнения стали под действием внешних факторов. Рассмотрены результаты многочисленных работ по определению влияния скорости охлаждения отливок в литейной форме на показатели износостойкости. Кроме того, рассмотрены результаты работ, направленных на совершенствование

литейной технологии изготовления отливок из стали Гадфильда, а также результаты других, не менее важных, работ по исследованию высокомарганцевой стали.

Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы

На сталь Гадфильда не наносились высокоэнтропийные покрытия. Этому посвящена настоящая работа. В ней исследованы покрытия, полученные нами на образках из нелегированной стали [20-23].

Цели статьи

Рассмотреть:

- сравнение некоторых исследований стали Гадфилда;

- отливка, элементный состав, свойства стали Гадфилда, используемой на ТЭЦ-3;

- износ стали Гадфилда, используемой на ТЭЦ-

3;

- приготовление мишени Сг№Т12гСи для нанесения покрытий;

- свойства покрытий Сг№Т12гСи;

- сравнение работы бил углеразмольной мельницы до и после высокоэнтропийного покрытия Сг№Т12гСи.

Изложение основного материала

Сравнение некоторых исследований стали Гадфилда. Проводимые в последние годы исследования и разработки в области создания новых износостойких марганцовистых сталей и сплавов основываются на принципах зеренно-граничного, твер-дорастворного и дисперсно-композиционного упрочнения (т.е., в целом, комбинированного упрочнения) указанных материалов. Достигаемый при этом уровень абразивной (Ка) и ударно - абразивной (Ку-а) износостойкости марганцовистых сплавов в сравнении со сталью 110Г13Л приведен в табл. 1. Для расширения базы сравнения в табл. 1 приведены также данные по износостойкости для сталей Х12Ф1 и 75ХГСФ (последняя является аналогом 75Г2Ф ).

Из данных табл. 1 следует, что структурные характеристики марганцовистых сплавов №1-3 не обеспечивают значительное повышение уровня износостойкости по сравнению со сталью 110Г13Л. Наиболее высоким уровнем Ка и Ку-а характеризуется сталь Х12Ф1.

Таблица 1

Достигнутые уровни относительной износостойкости сплавов

№ Марка сплава Ка Ку-а

1 120Г2С2Т 1,35 1,04

2 120Г10ФТЛ 1,48 1,40

3 130Г7ТЛ 2,10 -

4 220Х2Г4 2,80 0,60

5 Х12Ф1 4,70 1,47

6 75ХГСФ 2,70 1,35

Однако, эта сталь содержит в своем составе такие дефицитные элементы, как хром и ванадий, что затрудняет ее широкое использование. Следовательно, в случае разработки вариантов более экономного легирования для повышения износостойкости сталей следует больше внимание уделить

дисперсионно - композиционной составляющей их упрочнения.

Известно, что в сплавах системы Fe-C-Mn в твердом состоянии в интервале концентрации углерода 2-2,5% и марганца 2-5% происходит превра-

щение эвтектоидно - перитектоидного типа, обусловливающее формирование конечных структур с выраженно дисперсными карбидами нескольких видов (Ме3С, Ме23С6, Ме7С3 и др.). Как указывалось выше, наличие большого количества дисперсных карбидных частичек является одним из факторов, способствующих дополнительной аккумуляции энергии, привносимой в контактно - поверхностный слой частицами (телами) износа, в результате чего достигается существенное торможение процессов структурной трансформации, вызывающей разрушение металла. Возможности эвтектоидно-перитектоидного превращения для получения высокодисперсной гетерофазной структуры с целью повышения износостойкости экономнолегирован-ных марганцовистых сталей и сплавов до настоящего времени практически не использовались.

Отливка, элементный состав, свойства стали Гадфилда, используемой на ТЭЦ-3. Сталь

Гадфилда изготавливалась на ТОО «Power Beton» г.. Караганды путем отливок расплавленной в электрической печи сталей. Исходная твердость высокомарганцевой стали зависит, главным образом, от содержания в ней углерода и остаточных карбидов и составляет после термической обработки HV 179-230. При эксплуатации отливок под воздействием динамических или значительных удельных статических нагрузок происходит упрочнение (наклеп) их рабочих поверхностей, в результате чего твердость металла повышается до HV 500 и более. Вид готовых отливок показан на рис. 1.

Наблюдения, свидетельствуют о том, что чем мельче было зерно металла бил углеразмольной мельницы, тем быстрее происходил наклеп их рабочих поверхностей. При этом начальная твердость стали не зависит от величины аустенитного зерна.

Рисунок 1 Била углеразмольной мельницы ТОО «Power Beton»

Контроль стали 110Г13Л на твердость осуществляют в производственных условиях главным образом для оценки правильности проведения термической обработки отливок (полноты растворения карбидов). Основным видом брака высокомарганцевых отливок являются горячие и холодные трещины и обычно они составляют свыше 77% от общего количества брака. Трещины в отливках из стали 110Г13Л могут иметь форму надрывов, они могут быть сквозными и несквозными, различной глубины, формы и протяженности.

Контроль стали на твердость проводили на электронном микротвердомере HVC-1000А. Результаты показаны на рис. 2.

На трещинообразование высокомарганцевой стали значительное влияние оказывают самые разнообразные факторы: химический состав (особенно

содержание фосфора, углерода и кремния), степень раскисленности, температура и скорость разливки по формам, количество, природа, форма и характер расположения неметаллических включений, условия кристаллизации, величина аустенитного зерна, температура отливок в момент их выбивки из форм, режим термической обработки и др.

В ряде работ считается, что трещины на отливках могут появиться при преждевременной их выбивке из форм из-за резкого перепада температур отливок и окружающей среды. В этом случае в отливках возникают большие внутренние напряжения (из-за низкой теплопроводности высокомарганцевой стали и значительного линейного расширения).

Рисунок 2 Микротвердость бил углеразмольной мельницы ТОО «Power Beton»

Микротвердость на рис. 2 показана в правом верхнем углу и составляет от 584,6 до 576,4 НУ, что соответствует упрочнению наклепом (см. выше).

Нами предлагается производить выбивку высокомарганцевых отливок из форм только после того, как температура наиболее нагретых сечений понизится до 400 °С. Установлено, что определение

оптимальной продолжительности выдержки в форме бил углеразмольной мельницы с целью их выбивки при температуре 400 °С позволило снизить брак по трещинам более чем в три раза. Снимки разбракованных бил показаны на рис. .3. Снимки получены на электронном микроскопе MIRA 3.

KM HV 70 0 »V WD K M mm |_

Vm«MUi|i> оим <o»>

SEW WAG f 1ft к» Ovtrtm>d'vl Willi!

MIRA) TCKAN

Perioral»«« In ПЛПО«(иК<

Рисунок 3 СЭМ - изображение бил при разрешении 10 и 5 нм Элементный состав стали 110Г13Л представлен в табл. 2.

Элементный состав стали 110Г13Л ТОО «Power Beton»

Таблица 2

Элемент Процентное содержание в стали Элемент Процентное содержание в стали

C 0,9-1,4 P до 0,12

Si 0,8-1 Cr до 1

Mn 11,5-15 Cu до 0,3

Ni до 1 Fe ~ 83

S до 0,05

Несмотря на большое число работ, посвященных стали 110Г13Л, нет еще единой теории самоупрочнения ее при ударном нагружении. По мнению ряда авторов, большую роль в упрочнении стали 110Г13Л играет измельчение блоков и микронапряжения. Высокая вязкость аустенита наряду с достаточной прочностью и износоустойчивостью делает сталь 110ГЗЛ незаменимым материалом для деталей, работающих на износ и удар одновременно.

При абразивном износе, когда давление и, следовательно, наклеп отсутствуют, сталь 110Г13Л не имеет существенных преимуществ в отношении износоустойчивости перед другими сталями такой же твердости.

Износ стали Гадфилда, используемой на

ТЭЦ-3. Износ стали Гадфилда, используемой на ТЭЦ-3 происходит за 500-550 часов непрерывной работы. Степень износа показана на рис. 4.

Рисунок 4 Степень износа бил углеразмольной мельницы на ТЭЦ-3

Выбор типа углеразмольных мельниц определяется размолоспособностью топлива, выходом летучих веществ, требуемой тонкостью пыли. Мельницы классифицируют по нескольким направлениям:

- удар мелящих органов по частицам;

- истирание частиц между мелющими органами;

- комбинированный (удар + истирание).

На Карагандинской ТЭЦ-3 используется молотковая мельница, имеющая высокие экономические показатели, используемая в системах с прямым вдуванием топлива и может работать под давлением. В этих мельницах топливо измельчается главным образом при ударе молотков (бил), а частично также истирается между билами и корпусом мельницы. Основная проблема в работе углераз-мольных мельниц - это высокий абразивный износ бил, ресурс непрерывной работы которых в среднем составляет 500 часов.

В настоящей работе сделана попытка увеличения ресурса работы бил углеразмольных мельниц путем их механоактивации в галтовочном барабане с последующим нанесением покрытий из высокоэнтропийных сплавов.

Приготовление мишени CrNiTiZrCu для нанесения покрытий. Дляприготовлениямишени

Сг№Т12гСи брались микропорошки металлов и смешивались в эквиатомных пропорциях. Затем приготовленная смесь порошков помещалась в мелющий стакан планетарной шаровой мельницы изготовленный из карбида вольфрама и добавлялись мелющие тела (шары диаметром 5-10 мм) также изготовленные из карбида вольфрама, масса которых была равна 10-ти массам смеси порошков (рис. 5 а). После стакан наполняли бензином «Галоша», плотно закрывали крышку и включали планетарную шаровую мельницу (скорость вращения равна 500 об/мин., время работы 5 ч.). Полученный гомогенизированный состав затем сушился в вакууме и при помощи прессформы пресовался в плоский диск диаметром 100 мм и толщиной в 5 мм. Далее диск помещался в вакуумную термо печь и спекался в ней в течение 3 часов. Таким образом, изготовленная мишень Сг№ТйгСи (рис. 5 б) использовалась для дальнейшего магнетронного нанесения покрытий на установке ННВ 6. Микропорошки металлов смешивались и помещались в мелющий стакан планетарной шаровой мельницы (а), состав затем сушился в вакууме и при помощи пресс-формы прессовался в плоский диск диаметром 100 мм и толщиной в 5 мм (б)

а)

б)

Рисунок 5 Микропорошки металлов

Нанесение покрытий производилось на подготовленные билы углеразмольной мельницы. Вакуумная камера откачивалась до давления 0,003 Па затем включался ПИНК производился напуск Аг до давления 1 Па на подложку подавался отрицательный потенциал смещения 1000 В и в течении 10 мин. производилась очистка и нагрев поверхности

подложки. После давление аргона понижали до 0,1 Па и включался магнетрон. Смещение на подложке уменьшалось до 150 В ток магнетрона поддерживался постоянным 3 А. Подложка располагалась в камере на расстоянии 15 см, время напыления составляло 1 час. Билы углеразмольной мельницы с покрытием Сг№Т12гСи показаны на рис. 6.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рисунок 6 Било углеразмольной мельницы с покрытием CrNiTiZrCu

Свойства покрытий CrNiTiZrCu. Рисунок 7 и 8 показывают химический состав покрытий CrNiTiZrCu, ат. % в эквиатомных пропорциях на било углеразмольной мельницы (табл. 3).

1Ы.% m

ru Л!

ЛИ ■!

16* OJ

IM U

Hl IU

ЧЛ Ol

» ai

u ai

M ai

OJ ai

M ai

I • I • I » I •• « I I I • I « I • I » I • I « I • I • I « I

5 10 13 ив

Рисунок 7 - РФЭС CrNiTiZrCu в аргоне в 2 точках

Таблица 3

Элемент Cr Ni Ti Zr Cu

Номинальный 20 20 20 20 20

в аргоне 23,2 21,2 19,9 17,1 6,8

Рисунок 8 Микроструктура покрытия CrNiTiZrCu на било углеразмольной мельницы

при разрешении 20 /m

Результаты измерений микротвердости покрытий даны в табл. 4.

Микротвердость покрытия CrNiTiZrCu на било углеразмольной мельницы

Таблица 4

Микротвердость 1 2 3 4 5 6 7 8 Среднее

HV 839 909 964 842 967 853 921 902 906

В современной экспериментальной трибологии широко используются методологии кинетического контактного взаимодействия штырем или шариком с плоскостью. В частности, методические особенности и требования испытаний на износостойкость типа «штырь на диске» и «шар на плоскости изложены в международных стандартах. Однако данная методология не является эффективной для исследования износостойкости покрытий и подложки и определения толщины тонких покры-

тий. Для решения этих задач примененяют эффективный метод испытаний на микроабразивный износ путем воздействия вращающегося стального шарика на плоский образец с добавлением эмульсии, содержащей абразивные частицы (рис. 9). В месте контакта образуется кратер сферической формы - калотта, поэтому прибор для обеспечения такого вида испытаний получил название калоте-стер. Результаты исследований покрытий CrNiTiZrCu показаны в табл. 5.

Рисунок 9 Разработанный нами прибор для испытаний материалов и покрытий на

микроабразивный износ

Износостойкость покрытий CrNiTiZrCu на било углеразмольной мельницы

Таблица 5

Износ образца (масса в граммах) по 30 мин

До 15,14852 15,14857 15,14859 15,14856 Среднее 15,148566

После 15,14745 15,14763 15,14759 15,14759 Разность 0,000986

Таблица 5 показывает износостойкость покрытия CrNiTiZrCu ~ 3 10-4 г/мин, что отвечает износостойким покрытиям.

Коэффициенты трения измерялась на разработанной нами установке (табл. 6). Основной принцип работы установки для определения коэффициентов трения покоя и скольжения заключается в измерении силы трения покоя и скольжения

небольшого исследуемого образца материала, при перемещении его по поверхности подложки из другого материала с известным коэффициентом трения. Полученные мгновенные значения силы трения передаются программному обеспечению верхнего информационного уровня для их обработки.

Таблица 6

Коэффициенты трения покрытий CrNiTiZrCu по меди и алюминию

Покрытие по меди по алюминию

коэффициент трения погрешность коэффициент трения погрешность

CrNiTiZrCu 0,041 0,006 0,066 0,002

Сравнение работы бил углеразмольной мельницы до и после высокоэнтропийного покрытия CrNiTiZrCu. На одну мельницу дается 120 бил. Изготовленные билы с покрытием изображены на рис. 10.

Рисунок 10 Билы углеразмольной мельницы с покрытием CrNiTiZrCu

Беря в функции отклика Ф в нашей работе [24] коэффициент сухого трения и линеаризуя ее, получим следующую формулу:

A —

k = с. т . A . N kmp с Т AGo N.

Таким образом, нами получено уравнение, которое показывает нелинейную зависимость коэффициента трения от энергии Гиббса G0, от температуры Т, от концентрации числа электронов N и которое позволяет прогнозировать формирование высокоэнтропийных сплавов. Сравнение свойств бил без покрытия и с покрытием приведено в табл. 7 и на рис. 11.

где А - работа (энергия) разрушения, Т - температура, AG0 - энергия Гиббса, N - среднее число элементарных носителей разрушения, С - постоянная.

Таблица 7

Сравнение работы бил углеразмольной мельницы до и после высокоэнтропийного покрытия CrNiTiZrCu

Параметр Било без покрытия ТОО «Power Beton» Било с покрытием CrNiTiZrCu

Микротвердость, HV 580 906

Износостойкость, г/мин 0,4-10-4 3 10-4

Коэффициент трения 0,76 0,04

or

Рисунок 11 Билы углеразмольной мельницы с покрытием (после 1600 часов)

Выводы и предложения

Из таблицы 7 видно, что с покрытием:

- микротвердость увеличивается порядка в 1,6

раза;

- износостойкость увеличивается в 7,5 раз;

- коэффициент трения уменьшается почти в 20

раз!

Формула (*) показывает, что работа разрушения бил углеразмольной мельницы очень сильно (пропорционально) зависит от коэффициента трения покрытия. Износ стали Гадфилда, используемой на ТЭЦ-3 происходит за 500-550 часов непрерывной работы (см. выше). То есть, после высокоэнтропийного покрытия CrNiTiZrCu ресурс бил увеличивается углеразмольной мельницы почти в 3 раза (1600 часов), что экономически очень существенно.

Литература

1. Давыдов Н.Г., Благих Б.М., Бигеев А.М. К вопросу повышения качества отливок из высокомарганцевой стали 110Г13Л. - Томск: изд-во Томск. ун-та, 1972. - 138 с.

2. Давыдов Н.Г. Высокомарганцевая сталь. -М.: Металлургия, 1979. - 176 с.

3. Чуманов И.В., Порсев М.А. О влиянии химического состава металла на режим термической обработки отливок из стали марки 110Г13Л // Вестник Южно-Уральского гос. университета. 2012. № 39. -С. 59-63.

4. Mejra I., Bedolla-Jacuinde A., Pablo J.R. Sliding wear behavior of a high - Mn austenitic twinning induced plasticity (TWIP) steel microalloyed with Nb // Wear. 2013. V.1-2. - P 590-597.

5. Iglesias C., Sofyrzano G., Schulz B. Effect of low nitrogen content on work hardening and microstructural evolution in Hadfield steel // Materials characterization. 2009. V. 9. - P. 971-979.

6. Abbasi M., Kheirandish S., Kharrazi Y., Hejazi J. The fracture and plastic deformation of aluminum alloyed Hadfield steels // Materials Science and Engineering A. 2009. V. 513-514. - P. 72-76.

7. Park K.T., Jin K. G., Han S.H., Hwang S.W., Choi K., Lee C.S. Stacking fault energy and plastic deformation of fully austenitic high manganese steels: Effect of Al addition // Materials Science and Engineering A. 2010. V. 16-17. - P. 3651-3661.

8. Nasajpour A., Kokabi A.H., Davami P., Nikzad S. Effect of molybdenum on mechanical and abrasive wear properties of coating of as weld Hadfield steel with flux-cored gas tungsten arc welding // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 659. - P. 262-269.

9. Peng X., Zhu D., Hu Z., Yi W., Liu H., Wang M. Stacking fault energy and tensile deformation behavior of high-carbon twinninginduced plasticity steels: Effect of Cu addition // Materials and Design. 2013. V. 45. - P. 518-523.

10. Xiong R., Peng H., Wang S., Si H., Wen Y. Effect of stacking fault energy on work hardening behaviors in Fe-Mn-Si-C high manganese steels by varying silicon and carbon contents // Materials and Design. 2015. V. 85. - P. 707-714.

11. Gumus B., Bal B., Gerstein G., Canadinc D., Maier H.J., Guner F., Elmadagli M. Twinning activities in high-Mn austenitic steels under high-velocity com-pressive loading // Materials Science and Engineering A. 2015. V. 648. - P. 104-112.

12. Astafurova E.G., Tukeeva M.S., Zakharova G.G., Melnikov E.V., Maier H.J. The role of twinning on microstructure and mechanical response of severely deformed single crystals of high-manganese austenitic steel // Materials characterization. 2011. V.6. - P. 588592.

13. Astafurova E.G., Tukeeva M.S., Maier G.G., Melnikov E.V., Maier H.J., Microstructure and mechanical response of single-crystalline high-manganese austenitic steels under high-pressure torsion: The effect of stacking-fault energy // Materials Science and Engineering A. 2014. V. 604. P. 166-175.

14. Клевцов Г.В., Клевцова Н.А., Кукушкин С.С., Кожанова Н.В Влияние статического и циклического нагружений на мартенситные превращения аустенитной стали 110Г13Л // Фундаментальные исследования. 2004. № 5. - С. 96-101.

15. Yan W., Fang L., Zheng Z., Sun K., Xu Y. Effect of surface nanocrystallization on abrasive wear properties in Hadfield steel // Tribology International. 2009. V. 5. - P. 634-641.

16. Yan W., Fang L., Sun K., Xu Y. Thermodynamics of nanocrystilline formation in surface layer of Hadfield steel by shot peening // Materials Science and Engineering A. 2007. V. 445-446. - P. 392-397.

17. Volodin V.L., Zuev L.B., Volodin T.V., Gromov V.E. Structure, strength, and wear resistance of hadfield steel subjected to surface magnetic-pulse treatment // Steel in Translation. 2009. V. 42. - P. 629632.

18. Байжабагинова Г.А. Прочностные свойства стали 110Г13Л после электроконтактной обработки // Труды университета. 2007. № 4. - С. 26-28

19. Байжабагинова Г.А., Сейдинова Г.А., Муравьёв О.П. Изменение структуры стали 110Г13Л при электроконтактной обработке // Труды университета. 2010. № 1. - С. 21-23.

20. Yurov V., Guchenko S. Surface properties of high entropy alloy Ti-Cu-Al-Sn-Fe // The scientific heritage (Budapest, Hungary), 2019. - No 39. - P. 4857.

21. Yurov V., Guchenko S. Mechanical properties of high entropy alloys FeCoCrNiTaTiAl and FeCoCrNiTaTiZr // Sciences of Europe (Praha, Czech. Republic), 2019. - V. 2. - No 42. - P. 59-63.

22. Юров В.М., Гученко С.А. Антифрикционные свойства высокоэнтропийного покрытия Ti-NiZrCuCr // Современные наукоемкие технологии, 2019. - № 10. - С. 97-101.

23. Yurov V.M., Guchenko S.A. High entropy alloy properties CrNiTiZrCu // Scientific Light (Wroclaw, Poland), 2019. - V. 1. - No 28. - P. 20-26.

24. Юров В.М. Некоторые вопросы физики поверхности твердых тел // Вестник КарГУ. Физика. 2009. № 1(53). - С.45-54.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.