СИНТЕЗ ТЕРМіТНИХ КАВіТАЦіЙНОСТіЙКИХ СТАЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ч

ПРЫМЛНДННЯ ФыЗЫКй И ММТЁРРИМЛПРЁДЁМИЁ

I-

В робот1 показано основт шляхи виршення проблеми отримання кавгтацшностшких сталей, розглянуто области використання термгтних кавгтащйностшких сталей. Синтезовано термтт стал1, проаналгзовано результати дослгдження гх мехатчних та службових властивостей

Ключовг слова: металлотермгчний синтез,

кавгтацшностшка сталь, властивостг

□-□

В работе показаны основные пути решения проблемы получения кавитационностойких сталей, рассмотрены области использования термитных кавитационностойких сталей. Синтезированы термитные стали, проанализированы результаты исследования их механических и служебных свойств Ключевые слова: металлотермический синтез, кавитационностойкая сталь, свойства

УДК 620.22; 669.017

СИНТЕЗ ТЕРМ1ТНИХ КАВ1ТАЦ1ЙНО-СТ1ЙКИХ СТАЛЕЙ

Ю. Ю. Жигуц

Доктор техшчних наук, професор Кафедра технологи машинобудування Ужгородський нацюнальний уыверситет вул. Пщпрна, 46, м. Ужгород, УкраТна, 88000 Контактний тел.: (0312) 67-17-00 E-mail: yuzhiguts@gmail.com

1. Вступ

Вщомо, що в промисловостi для виготовлен-ня лопаток турбiн й шших деталей, що працюють у рщинах при високих частотах обертання ротора розроблено окремий клас кавгтацшностшких сталей. Найчастше з цього класу використовують сталь 30Х10Г10, яка в1д^зняеться високими характеристиками в умовах кавиацшно! ерозп та iнших варiантiв мiкроударного зношування [1]. Використання ж металотермiчних методiв синтезу матерiалiв для отримання кавиацшностшко! сталi, дозволяе не тiльки виготовляти виливки, але i використовувати синтезо-ваний матерiал для термiтного зварювання, ремонту i в1дновлення розмiрiв зношених поверхонь [2, 3]. Крiм цього металотермiчнi методи мають цiлий ряд пере-ваг, а саме високу продуктившсть процесу, зручшсть й унiверсальнiсть оснащення, вщсуттсть потреби у потужних джерелах електроенергп та можливiсть !х застосування при термшовому отримуваннi сплаву (час синтезу тривае всього 30...60 секунд). Поеднання металотермiчного способу отримання сталi i вiдомi вже властивостi кавиацшностшко! сталi 30Х10Г10 поставило завдання - дослщити можливiсть отримання кавгтацшностшко! сталi металотермiчним способом iз застосуванням зручного дешевого обладнання, розро-блення вщповщного складу шихти, а також встанов-лення фiзико-механiчних i службових властивостей та особливостей синтезованого сплаву.

2. Матерiали i методика проведення експерименту

При взаемодц алюмiнiю з оксидами металiв ви-дiляеться багато тепла, внаслщок цього температура сумшЬреагента сягае 24000С. Найпоширенiший залiзоалюмiнiевий терми, який мiстить залiзну окалину або збагачену залiзну руду та порошок алюмшш

використовують для зварювання та при вщливанш сталевих i чавунних деталей. 1нколи до складу термиу вводять легуючi присадки i флюси [2-4]. Механiзм алюмiнотермiчноl взаемодц головним чином описаний у роботах [2, 3].

Для визначення маси металевого зливка на першо-му етап i дослщження провели мжроплавлення при мам шихти 250.300 г з р iзним процентним стввщношенням компоненпв у сумiшi. Iнiцiювання процесу горшня проводили спецiальним терминим сiрником. Використанi матерiали: сажа ацетиленова (техшчний вуглець ТУ 14-7-24-80), порошок алюмШевий ПА-3...ПА-4 ГОСТ 6058-73, просшне мливо алюмтево! стружки та ш Порошкову шихту просушували, перемiшували i розмiщували у внутрiшнiй камерi металотермiчного реактора. Здешевлювали собiвартiсть виготовлення шихти, замшивши алюмтевий порошок на мливо алюмШево! стружки. Корекц1я хiмiчного складу шихти виконувалася за результатами аналiзу синтезова-ного сплаву.

Юльюсть випробувань з урахуванням заданого сту-пеня точност та надiйностi оцiнки середнього значен-ня показника матерiалу 98-99 % склала 12 терминих плавлень.

3. Теоретична частина

Шсля встановлення складу металотермiчноl шихти за стехiометричними коефiцiентами хiмiчноl реакци та корекцп П коефшдентами засвоення, виконували розрахунок адiабатичноl температури горшня (Та) [4]. Головнi умови розрахунку - Та повинна бути вище температури плавлення (Тпл) продуктiв реакци i все тепло витрачаеться на нагрiвання шихти, тобто ентальпи вих1дних i кiнцевих продукпв однаковi.

При спрощенiй схемi розрахунку Та визначали без врахування точних значень теплоемностей, а тепло-

© Ю

вий ефект встановлювали при середнш TeMnepaTypi (наприклад, 2400 К). Змiною ж теплового ефекту, коли продукти реакцп знаходяться у рщкому стaнi, можна знехтувати.

При встановлених значеннях ентальпш продукту горшня Та розраховували за формулою:

Q - L -AH(TJ

(1)

№ з/п Охолодження тсля аустетзацп при 1100°С СТт б аш МПа

МПа о/ %

1 У вод1 700-1000 370-490 11-16 14-18 130-250

2 На пов1тр1 610-670 360-420 7-12 11-17 60-90

Таблиця 2

Вплив швидкосп охолодження пiсля аустежзаци на ударну в'язмсть, твердiсть та мiкроструктуру терм^ноТ сталi 30Х10Г10

№ з/п Охолодження з 1100°С ан, МПа НВ Структура

1 У вод1 15,7 230 Легований аустешт

2 У олив1 11,2 200

3 На пов1тр1 10,3 164 Легований аустешт+легований ферит+карб1ди

4 Разом з п1ччю 8,8 210

В умовах мжроударних, кaвiтaцiйних навантажень тepмiтнa сталь 30Х10Г10 наклепуеться значно бiльшe аустештно! стaлi Х18Н10 i тому вiдpiзняеться значно бшьшою зносостiйкiстю. Додаткове легування ще! стaлi нiкeлeм призводить до стабШзацп ayстeнiтy, зменшуе !!

схильнiсть до наклепування i зносостiикостi в умовах мжроударного впливу.

Першi ж дослщження показали, що термiтна сталь 30Х10Г10 мае задовшьну зварюванiсть. У зв'язку з тдвищенням И схильностi до наклепування И мехатчна обробка ускладнення i вимагае використан-ня твердосплавного рiзального iнструментy Встанов-лено також, що ця сталь мае високу рщкотекучкть, значно бшьшу нiж у лито! вуглецево! сталi (приблизно в два рази), що вказано у табл. 3.

де Q - теплота утворення продукту, L - теплота проо дукту реакцп.

Помилку, пов'язану iз екстраполящею, оцшювали у сто градумв.

Фази, що утворюються в результат мeтaлотepмiч-ного синтезу прогнозувалися за допомогою одного з мeтодiв геометрично! тepмодинaмiки - Жукова-Жи-гуца [5].

3. Експериментальна частина

Термiтна сталь 30Х10Г10 (аналог за хiмiчним складом промисловш) вiстила 0,26.0,44% С; 9,5...12% Сг; 7.11% Мп; 0,04% Si i 0,03% Р. При синтезi термино! леговано! сталi замкть ферохрому для п1двищення температури металотермiчно! реакцп та для покращен-ня шлаковщдшення використовували оксиди хрому (СГ2О3 та Сг06).

Пiсля синтезу термино! сталi вдалося досл1дити механiчнi властивост та мiкроструктуру термггно! сталi 30Х10Г10 тсля аустетзацп, якi вказанi в табл. 1 та 2.

Таблиця 1

Мехашчш властивост терм^но! сталi 30Х10Г10

Таблиця 3

Рщкотекучкть термiтноТ сталi 30Х10Г10

№ Температура Показник рщкотекучосл, мм

з/п рщко! сташ, °С 30Х10Г10 У8

1 1430 435 -

2 1450 520 -

3 1500 680 300

4 1550 760 570

Одночасно виявлено для не! пщвищену лшшну усадку (2-3%) та схильшсть до утворення гарячих тpiщин. Останне особливо суттево починае проявля-тися при збшьшеному вмiстi вуглецю, арки або фосфору.

Для пiдвищeння стшкосп фyтepiвки i форму-вальних мaтepiaлiв при плaвлeннi термино! стaлi 30Х10Г10 потpiбно використовувати лужне середови-ще фyтepiвки, що одночасно дозволяе запобяти зневу-глецьовуванню, зменшенню вмiстy марганцю i призводить до збшьшення вмiстy кpeмнiю.

4. Висновки

1. Встановлено мжроструктуру та мeхaнiчнi властивосп термино! стaлi 30Х10Г10.

2. Розроблено технологш синтезу термино! стaлi 30Х10Г10 та визначено хiмiчних склад шихти для синтезу вказано! стал!

3. Виявлeнi тeхнологiчнi влaстивостi стaлi та !! особливостi, а саме ливарт влaстивостi та вплив на структуру окремих легуючих eлeмeнтiв.

Литература

1. Богачев, И. Н. Кавитационное разрушение и кавитаци-онностойкие сплавы [Текст] : научное издание [Текст] / И.Н. Богачев. - М.: Металлургия, 1972. - 189 с.

2. Жигуц, Ю.Ю. Сплави, синтезоваш металотерм1ею i СВС-процесами (монограф1я) [Текст] / Жигуц Ю.Ю. -Ужгород: Гражда, 2008. - 276 с.

3. Жигуц, Ю. Ю. Синтез терм1тних суднобуд1вних старей [Текст] / Жигуц Ю. Ю., Чернега Д. Ф., Левдар Е. Е. // Materialy VII mezinarodni vedecko-prakticka konf. "Vedecky pokrok na prelomu tysyachalety". Dil 15. Technicke vedy: - Praha. Publishing House "Education and Science" s.r.o. - 2011. - C. 43-45.

Т =Т +

1 a 1 пл

C

4. Методика розрахунку складу екзотер!шчних шихт на ochobî TepMoxiMi4Horo анашзу [Текст] / Жигуц Ю., Широков В. // Машинознавство. - Львiв. - 2005. - №4. - С. 48-50.

5. Жигуц, Ю. Ю. Обчислення характеру фазових дiaгрaм i3 використанням методiв геометрично!' термодинaмiки [Текст] / Жигуц Ю. Ю. // Тези доп. мiжн. наук. конф. „Фiзикa конденсованих систем та прикладне мaтерiaлознaвство". Львiв: НУ „Львiвськa тоштехшка". 2007. - C. 16.

Abstract

The present paper the basic solutions to the problem of obtaining cavitation-resistant steels examined the use of thermite steels, the benefits of combining thermite steels with metallotermic methods of getting is showed. The advantages of metallotermic synthesis methods include: autonomy of processes, independence of energy sources, simplicity of equipment, high-performance process and easy transition from experimental research to industrial production. The need to developed the technology of synthesis thermite cavitation-resistant steels, as a result of aluminothermic reactions and establishment of technological features' of synthesis it all led. At the first phase of the study of chemical composition of the synthesized cavitation-resistant steels is determined. In continuation of studies microstructure, mechanical and technological tests were performed. Technological features of the synthesis process and the impact of components exothermic reaction were revealed. The result of comprehensive research was the development of fusion technology thermite cavitation-resistant steel "30Х10Г10", setting of the charge for the synthesis of the specified steel, revealing the microstructure and mechanical properties of thermite steel "30Х10Г10", the research of technological properties of steel, namely the casting of properties and effects on the structure of individual alloying elements.

Keywords: metallothermal synthesis, cavitation-resistant steels, properties

-□ □-

Аналгзуеться ефективний тдх1д до вибору адекватног фгзичног модели катлярно-пористого середовища на основа оргентованих волокни-стих наповнювачгв, що надалг використовуеться для про-гнозування технологгчних параметров одержання вироб1в з композиций епоксиполгмергв, зокрема, в процесах просочуван-ня

Ключовг слова: структура, модель, капгляр, пори, волокни-

стий наповнювач

□-□

Анализируется эффективный подход к выбору адекватной физической модели капиллярно-пористой среды на основе ориентированных волокнистых наполнителей, которая далее используется для прогнозирования технологических параметров получения изделий из композиций эпоксидных полимеров, в частности, в процессах пропитки

Ключевые слова: структура, модель, капилляр, поры, волокнистый наполнитель -□ □-

УДК 535.024: 620.168: 678.02: 678.5.059

Ф1ЗИЧНА МОДЕЛЬ СТРУКТУРИ КАП1ЛЯРНО-ПОРИСТОГО СЕРЕДОВИЩА НА ОСНОВ1 ОР1£НТОВАНИХ

ВОЛОКНИСТИХ НАПОВНЮВАЧ1В

О. £. Колосов

Доктор техшчних наук, професор* Контактний тел.: 067- 446-41-12, (044) 236-95-48 E-mail: a-kolosov@ukr.net; a-kolosov@i.ua В. I. С^вецький Кандидат техшчних наук, професор* Контактний тел.: (044) 454-92-77, 050-440-98-95 Л. А. Кричковська* Контактний тел.: (044) 236-95-48 О. П. Колосова Науковий ствроб^ник** Контактний тел.: (044) 236-95-48 *Кафедра хiмiчного, полiмерного та силкатного

машинобудування **Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни „КиТвський полЬехшчний шститут" пр. Перемоги 37, корпус 19, м. КиТв, УкраТна, 03056