CC BY
94
п ггтт^ г: гсштштгт
-3 (56), 2010
/дз
2010/ "tW
к. э. барановскми, в. м. Ильюшенко, э. ф. барановскни,
Г. П. КОРОТКИН, HTM HAH Беларуси
УДК 621.74:669.13
ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА РАБОТЫ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ИЗНОСОСТОЙКИХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ ОБОРУДОВАНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КИРПИЧА ИЗ ГЛИНЫ И ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ
The ways of working resource increase of the wear-resistant chromic cast irons details of equipment on production of brick of clay and centrifugal grinders are examined. The experimental wear-resistant cast iron as substitute of IChH28N2 is offered.
Детали агрегатов для производства кирпича из глины и центробежных измельчителей, работающие в условиях абразивного воздействия, в основном выходят из строя по причине износа. Изнашивание происходит вследствие взаимодействия с абразивными частицами.
Оборудование по изготовлению кирпича работает в контакте с керамической массой. Керамическая масса представляет собой пластичную массу, состоящую в основном из глины, в которую для связывания лишней влаги в качестве отощаю-щей добавки вводят кварцевый песок в количестве до 10%. Наличие этой добавки оказывает основное абразивное воздействие. Размер частиц песка 0,2-1,5 мм. В Республике Беларусь глина невысокого качества и для улучшения ее технологических свойств используют до 10% гранитного отсева с размером частиц до 5 мм, абразивность такой керамической массы очень велика. Детали оборудования подвергаются воздействию абразивных частиц при невысоких скоростях скольжения без ударных и динамических нагрузок. Наибольший износ испытывают детали шнекового пресса, где керамическая масса продавливается под большим давлением (3-10 МПа). Срок службы некоторых деталей составляет от 7 до 14 дней [1].
Центробежные измельчители являются наиболее эффективными машинами для тонкого помола сыпучих материалов, в которых реализуется высокоскоростное ударное воздействие. Крупность материалов перед измельчением составляет до 40 мм, а крупность измельченного продукта в зависимости от требований - от 15 до 0,02 мм. Скорость дробящегося материала - 65-120 м/с. Наиболее распространенные материалы для тонкого измельчения - мрамор (твердость 110 HV), известняк (135 HV), доломит (325 HV), стекло (500 HV), полевой шпат (600-750 HV), кремень (950 HV), кварцевый песок (800-1000 HV), кварцит (900-1280 HV). Более твердые, чем кварциты материалы измельчаются редко. Чаще всего материалом с наибольшей твердостью в измельчаемом продукте является кварцевый песок. Время эксплуатации деталей, наиболее подверженных износу, составляет 8-10 дней [2].
По существующей в настоящее время технологии большинство деталей оборудования по производству кирпича из глины и центробежных измельчителей из-
Барановский Э. Ф.
КороткинГЙПМ
л л /лггттг^ г: гл^ггтгл^ггггт
ЧЧ/ 3 (56), 2010-
готавливаются из конструкционных сталей с последующей наплавкой. Часть деталей, работающих в наиболее тяжелых условиях, изготавливается литыми из износостойких хромистых чугунов. Так, износостойкие детали оборудования по производству кирпича из глины фирма «Fawcett» (Англия) изготавливает из чугуна, содержащего Сг -28,4%, С -2,88%; фирма <^ее1е» (США) применяет чугун с содержанием Сг - 28%, а фирма «Вгаип» (ФРГ) использует сплав с содержанием Сг - 35,6% и С - 3,3%.
Быстроизнашиваемые детали центробежных дробилок изготавливаются филиалом фирмы «Ваг-тас» (Чехия) из чугуна, содержащего Сг - 29,4%, С - 3,82, № - 0,4%; фирмой «Metsо» (США) -Сг - 12%, С - 2,7, № - 1,3%; «Урал-Омега» (Россия) - Сг - 28%, № до 2%. Во всех случаях полный химический состав сплавов, режим их термообработки и технология литья не указываются.
В Республике Беларусь оборудование для производства кирпича из глины разрабатывает входящий в состав НИИСМ Научно-технический центр «Строммаш» (г. Могилев), а центробежные измельчители - НПО «Центр» (г. Минск), который является крупнейшим в СНГ производителем оборудования данного вида. Агрегаты этого оборудования, укомплектованные деталями с наплавкой или из ИЧХ производства заводов РБ (Х28Н2 в литом состоянии), не соответствуют современным требованиям как по срокам эксплуатации, так и по производительности оборудования, которая зависит от степени износа деталей.
Высокий ресурс работы аналогичного оборудования, изготавливаемого фирмами США, ФРГ, Англии и др., обеспечивается тем, что детали, подвергающиеся абразивному воздействию, изготавливают литьем из специальных сложнолегирован-ных хромистых чугунов. Химический состав чугунов и технология изготовления из них отливок являются «ноу-хау» этих фирм и данные о них в специальной литературе ограничены.
Исходя из изложенного выше, актуальной является задача по определению составов, разработке технологий литья и термообработки хромистых чугунов для деталей оборудования по изготовлению кирпича из глины и центробежных измельчителей.
В условиях эксплуатации в абразивных средах считается, что чем тверже металлическая основа и больше карбидов в чугуне, тем износостойкость такого материала выше [3]. Сплавы, предназначенные для этих целей, должны также удовлетворять следующим требованиям:
• материал должен содержать максимальное количество эвтектических карбидов (иметь эвтектический состав);
• ориентировка карбидов должна быть перпендикулярна поверхности износа (вдоль тригональ-ной оси карбиды хромистых чугунов имеют максимальную твердость);
• карбиды должны иметь минимальные размеры;
• легирование или термообработка должны обеспечивать максимальную твердость чугуна.
Из всего многообразия хромистых чугунов наибольший интерес для решения задачи по повышению ресурса работы машин для изготовления кирпича из глины и центробежных измельчителей представляют хромистые чугуны, которые наиболее часто используются при изготовлении деталей, работающих в условиях интенсивного взаимодействия с абразивными средами. Так, в РБ и странах СНГ большинство деталей, работающих в абразивных средах, изготавливается из чугуна Х28Н2 (Сг - 25-30%, № - 1,5-2%). Хро-момолибденовый чугун Х16М2 (Сг - 15-19%, Мо - 1-3%) обладает после закалки максимальной твердостью металлической матрицы. Комп-лекснолегированный никелем, молибденом и ванадием хромистый чугун 320Х18 (С - 3-3,4%, Сг -17-19%, Мо и V - 0,4-0,6%, № - до 0,8%) хорошо зарекомендовал себя для деталей почво-
Т а б л и ц а 1. Механические свойства и относительная износостойкость хромистых чугунов эвтектического состава
Марка чугуна Х28Н2 320Х18 Х16М3
Твердость в литом состоянии НЕС 52-53 57-58 60-61
Твердость в термообработанном состоянии (закалка) НЕС 61 65 67
Предел прочности при растяжении в литом состоянии, МПа 395 325 267
Предел прочности при растяжении в термообработанном состоянии (закалка), МПа 402 341 315
Ударная вязкость в литом состоянии КС, Дж/см2 11,4 10,5 6,4
Ударная вязкость в термообработанном состоянии (закалка) КС, Дж/см2 10,5 8,6 5,8
Коэффициент относительной износостойкости в литом состоянии* 1,0 2,2 5,0
Коэффициент относительной износостойкости в термообработанном состоянии (закалка) * 2,9 5,5 5,7
* Эталон - чугун Х28Н2 в литом состоянии.
гг^г: г: гшшгггта /дс
-3 (56),2010/ 411
Т а б л и ц а 2. Механические свойства и относительная износостойкость чугуна Х28Н2 и экспериментального износостойкого чугуна
Марка чугуна Твердость HRC Предел прочности при растяжении, МПа Ударная вязкость КС, Дж/см2 Коэффициент относительной износостойкости
Х28Н2: литое состояние 52-53 395 11,4 1
Экспериментальный износостойкий чугун: литое состояние 54-55 365 13,8 2,4
закалка 66 425 13,5 5,9
* Эталон - чугун Х28Н2 в литом состоянии.
обрабатывающей техники, дробеметных лопаток и т. д. [4].
Возможность использования хромистых чугу-нов в тех или иных условиях определяется не только их износостойкостью, но и механическими свойствами. Приведенные в справочной и научной литературе механические свойства хромистых чу-гунов относятся в основном к наиболее широко применяемым доэвтектическим чугунам. Сопоставление имеющихся данных затруднено тем, что образцы для испытаний отливали в формы из различных материалов, имели неодинаковые размеры и разные условия охлаждения при кристаллизации. Поэтому механические свойства и относительная износостойкость чугунов эвтектического состава Х28Н2, Х16М3, 320Х18 в литом и термо-обработанном состояниях были исследованы на образцах, отлитых в формы из ХТС при одинаковых условиях [5, 6]. Результаты исследований приведены в табл. 1.
В Республике Беларусь в настоящее время более 90% отливок из износостойких чугунов изготавливается из сплава Х28Н2. Замена этого чугуна для работы в абразивных средах без коррозионного воздействия более износостойким чугуном является актуальной. Следует отметить, что чугун Х28Н2 обладает высокими механическими свой-
ствами (прочностью при растяжении и ударной вязкостью) (табл. 1), поэтому использование сплавов Х16М3 и 320Х18 как заменителей Х28Н2 проблематично, так как эти чугуны имеют более низкие механические свойства и дорогие из-за высокого содержания легирующих элементов.
В ИТМ НАН Беларуси разработан экспериментальный эвтектический износостойкий хромистый чугун, содержащий 16-20% Cr, и экономнолегиро-ванный чугун (Mn, W, V, Ni, Mo). Причем соотношение и количество легирующих компонентов может варьироваться в зависимости от толщины отливок, необходимости в последующей термообработке, вида литья (песчаная, комбинированная формы, кокиль). Механические свойства и износостойкость разработанного чугуна и Х28Н2 приведены в табл. 2.
Разработанный экспериментальный чугун имеет более высокую износостойкость и механические свойства, чем самый распространенный в Беларуси и СНГ сплав Х28Н2.
Детали агрегатов для производства кирпича из глины и центробежных измельчителей, непосредственно контактирующие с абразивной средой, по своим размерам и массе можно условно разделить на три группы: к первой группе относятся мелкие детали толщиной до 50 мм и массой до 1,5 кг; ко
а б
Рис. 1. Образцы отливок 1-й группы (а) и их микроструктура (б)
na /^гггг^г ГШТ^ргготг
411/ 3 (56), 2010-
«б в
Рис. 2. Отливка 2-й группы (а) и ее микроструктура; б - полученная в песчаной части формы; в - полученная в металлической части формы
а б в
Рис. 3. Отливка 3-й группы (а) и ее макро- (б) и микроструктуры (в)
второй группе - детали толщиной 50-80 мм и массой до 10 кг; к третьей группе - детали толщиной более 80 мм и массой более 10 кг.
Для получения требуемой структуры и твердости детали первой группы можно изготавливать в песчаных формах (рис. 1), но необходима их последующая термообработка (закалка). Отбойные плиты центробежных мельниц из экспериментального чугуна были изготовлены в формах из ХТС, а затем закалены до 63-64 HRC. Такие отливки при размоле кварцевого стекла показали ресурс работы в 8-9 раз выше, чем такие же детали из сплава Х28Н2.
Для изготовления более крупных деталей второй группы использование песчаных форм не обеспечивает получение мелкой структуры и необходимой ориентации карбидов. Поэтому для таких деталей используется технология литья в комбинированные формы. Верхняя часть комбинированной формы изготавливается из ХТС, а для получения рабочей поверхности отливки используется металлическая плита. Часть отливки, затвердев-
шая на металлической плите, имеет твердость 5761 HRC, а твердость остальных поверхностей составляет 52-54 HRC. Структуры зон отливок, затвердевших в контакте с песчаной и металлической частями формы, показаны на рис. 2.
Получение требуемой структуры для деталей третьей группы возможно только методом литья в кокиль. В этом случае твердость всех поверхностей отливки составляет 58-61 HRC. Размер карбидов при литье в кокиль (2-8 мкм) в 3-4 раза меньше, чем при литье в песчаную форму. Отливки имеют строго направленную перпендикулярно граням мелкую структуру на глубину 20-25 мм. Микро- и макроструктуры отливки, изготовленной в кокиле, показаны на рис. 3.
В ИТМ НАН Беларуси из разработанного экспериментального эвтектического износостойкого чугуна освоено изготовление методом литья в ко-кили, песчаные и комбинированные формы деталей повышенной износостойкости для агрегатов по производству кирпича из глины и центробежных измельчителей.
Литература
1. Проблемы повышения износостойкости рабочих органов шнековых прессов для керамических изделий: Обзорная информация / В. В. Коротеев. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1989. Вып. 2.
АГГГГ^Г: ктшгтптгт /Д7
-3 (56), 2010 / "•#
2. Б о р о х а Э. Л., В о р о б ъ е в В. В., Г о р о б е ц А. В. Центробежные дробилки и мельницы ударного типа// Центробежная техника - высокие технологии: Материалы 3-й Междунар. науч.-техн. конф. Мн., 2008. С. 5-15.
3. Ц ы п и н И. И. Белые износостойкие чугуны. М.: Металлургия, 1983.
4. К о м а р о в О. С., Б а р а н о в с к и й К. Э., С у с и н а О. А. Повышение ресурса работы сменных деталей почвообрабатывающей техники // Новые материалы и технологии: Тез. докл. РНТК. Мн., 1994.
5. Б а р а н о в с к и й К. Э., И л ь ю ш е н к о В. М. Механические свойства хромистых чугунов эвтектического состава // Литье и металлургия. 2008. № 2. С. 23-24.
6. Б а р а н о в с к и й К. Э., И л ь ю ш е н к о В. М. Износостойкость хромистых чугунов эвтектического состава // Литье и металлургия. 2009. № 3. С. 159-161.
