CC BY
18
Mayevskyy V.O., Masliy V.V., Myskiv Ye.M., Matsyshyn Ya.V. The Influence of the Angle of Log Rotation Concerning its Longitudinal Axis on the Lumber Volume Yield
The log models are created based on the results of log sawing into lumber in working conditions. The simulation of sawing for each log into lumber by through-and- through method with consideration of log rotation concerning its longitudinal axis was performed. It is determined that the angle of log rotation concerning its longitudinal axis can considerably influence lumber volume yield. The difference of limit values in the range of change for lumber volume yield of investigated variants was 1.52-23.58 %.
Keywords: angle of log rotation, sawing pattern, volume yield, lumber model, log model, simulation.
УДК 621.791 Ст. наук. ствроб. Г.В. Похмурська, д-р техн. наук;
астр. А.А. Войтович - НУ "Львюська полтехтка"
УДАРНО-АБРАЗИВНЕ ЗНОШУВАННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ШАР1В, НАПЛАВЛЕНИХ ПОРОШКОВИМИ ДРОТАМИ СИСТЕМИ FE^R-B-С
Наплавлення сплаыв на 0CH0Bi з^за широко використовують для захисту машинного обладнання, що працюе в умовах ударно-абразивного, абразивного зношування. Наплавлеш шари отримано з порошкового дроту 80Х20Р3Т двох виробнигав Велтек (ПД 1) та Торез (ПД 2). За результатами аналiзу мшроструктури визначено, що у наплав-лених шарах мшроструктура характеризуемся як дендритна, е рiзниця за розмiрами та однорщшстю твердих фаз. Зносостшюсть наплавлених шарiв з ПД 1 в 1,6-2 рази вища за ударно-абразивного навантаження. Встановлено, що за абразивного зношування наплавлеш шари з ПД 1 володшть в 1,5 раза вищою тривюстю, шж шари, наплавлеш з ПД 2.
Ключовi слова: зносостшюсть, ударно-абразивне навантаження, мшроструктура, порошковi дроти.
Вступ. Створення технологш захисту деталей машин вщ зношування i для вщновлення зношених елеменпв - актуальне завдання сучасного матерь алознавства, що спрямоване на продовження ресурсу елеменпв конструкцiй. Одним iз шляхiв його виртення е обгрунтування вибору матерiалiв, якi використовують у технолопчному процесi змiцнення чи вiдновлення, щоб зменши-ти технологiчнi затрати. Вiдновлення вихiдних розмiрiв деталей та змiцнення 1х поверхнi вiдбуваеться внаслiдок нанесення на поверхню металу шару, що ввд-рiзняеться вiд основи за мехашчними характеристиками. G багато матерiалiв для наплавлення, зокрема i порошковi дроти (ПД). Наплавленi шари з ПД на ос-новi Ni, Со, W дослiджено за рiзних умов абразивного зношування i показано !х ефективнiсть. Це високовартiснi матерiали, що мотивують створення дешевших систем, ят не поступаються за знососпйкктю [1, 2]. Для наплавлення вважа-ють перспективними сплави на основi залiза (системи C-Cr-B-Fe) [3, 4]. 1х вар-тiсть iстотно нижча, проте зносостiйкiсть залишаеться високою за рiзних умов зношування [5-8]. Матерiали цiеí системи наплавляють багатьма способами, зокрема шд шаром флюсу, в захисних газах, порошковим та лазерним наплав-ленням [9-12]. У мiкроструктурi наплавлених шарiв матерiалами системи C-Cr-B-Fe видшяють первиннi Fe/Cr карбщи твердiстю 1500 HV01 та карбобориди за-лiза Fe23(C, B)6, твердктю 1690 HV01 на фонi евтектично1 матрицi з твердiстю 1000 HV01 [13-15]. Однак на зносостiйкiсть наплавлених шар1в iстотно вплива-
ють тип, форма та розподш твердих фаз [16]. Мета ще! роботи - порiвняти за зносостiйкiстю поверхнi, наплавлеш ПД 80Х20Р3Т вiтчизняних виробникiв, за рiзних умов абразивного навантаження.
Методика проведення дослщження. На поверхню тдкладки зi сталi СтЗсп автоматичним методом наплавляли шар металу товщиною 6 мм, вико-риставши самозахисний порошковий дрiт (ПД) 80Х20Р3Т фiрм "Велтек" (нада-лi - ПД 1) та "Торез" (надаи - ПД 2). Основш характеристики наплавлення: струм 300 А, напруга 28 В, швидюсть подавання дроту 136 м/год. Наплавлеш шари шлiфували на плоскошифувальному верстатi. Мiкротвердiсть вишрюва-ли мiкротвердомiром ПМТ-3 iз навантаженням 200 г.
Рис. 1. Принципова схема установки для доЫдження абразивного зношування:
1) гумовий диск; 2) тсок; 3) емн1стъ для збирання абразиву; 4) зразок
Рис. 2. Принципова схема установки для до^дження зношування зразтв жорстко закр^еним абразивом:
1) зразок; 2) абразивний круг
Абразивне зношування незакршленим абразивом ощнено зпдно з ГОСТ 23.208-79 (рис. 1). Просушений кварцовий nicoK з розмiром часточок 200...1000 мкм безперервно подавали у зону контакту гумового диску i зразка. Швидюсть обертання диска становила 25 (м/с), а сила його притискання до зразка 2,4 кН. Для ощнювання зношування закр^еним абразивом (рис. 2) ви-користали абразивний круг СМ-2 на керамiчнiй зв'язщ. ЛЫйна швидкicть тертя при цьому становила 0,4 м/с, навантаження в зош лiнiйнoгo контакту 1,5 кН. Втрату маси зразкiв визначали з точшстю до 2*10-4 г на електроннш вазi.
Ударно-абразивне зношування ощнювали за сили удару 20 кН кульки 025 мм зi ^^i ШХ 15, яка падае на дослщжувану поверхню з частотою 40 с1. Крiм цього, в зону контакту подавали абразив (кар'ерний тсок, зернистють яко-го не виходила за межi 200.1000 мкм). Тривалють експерименту 1800 с. Для пoрiвняння oцiнили також ударне зношування без використання абразиву. Три-валicть експерименту 3600 с. Мжроструктуру наплавлених шарiв дocлiдили на електронному мiкрocкoni EVO 40 XVP.
Мжроструктура наплавлених шар1в. Мiкрocтруктура наплавлених шарiв мала типову морфологш, яка формуеться на поверхш niд час криcталiза-ц11 розплаву з направленим вiдведенням тепла. У наплавлених шарах, ПД 1 ден-дрити з осями 1-го, 2-го i навиъ 3-го порядюв (рис. 3, Б), тoдi як в шарах, наплавлених ПД 2 - дендрити 1- i 2-го порядюв (рис. 3, Б). У мiкрocтруктурi шарiв,
наплавлених ПД 2, виявили велику кiлькiсть трщин, яю сформували своерщну структуру у виглядi мережi розтрiскування (рис. 3, А). На поверхш, наплавле-нш ПД 1, кiлькiсть трiщин незначна. До складу наплавлених шарiв входять ту-гоплавкi елементи Cr та B, якi видтяються у виглядi карбоборидiв та боридiв.
Рис. 3. Мжроструктура наплавлених шарi ПД 80Х20Р3Т обох виробнитв
За результатами хишчного анаизу шарiв, наплавлених ПД 1, з'ясовано, що в його мiкроструктурi переважають карбобориди залiза та карбщи хрому. Вмiсть Сг у карбоборидах досягае 39 мас. %, а В - 9 мас. % (рис. 4, А). У шарах, наплавлених ПД 2, вмют Сг у карбоборидах становить 35 мас. %, а В -16 мас. % (рис. 4, Б).
Це свщчить, що у першому випадку утворюються дендрити 1-го порядку БеСгВ та дрiбнi включення БеСгВ2, тодi як в другому - дендрити 1-го порядку БеСгВг iз дрiбними включеннями Бе3С [17]. Металева матриця обох наплавлених шарiв мiстить Сг до 19 мас. %, що забезпечуе ш високу корозшну трив-кiсть. Нерiвномiрнiсть мiкроструктури впливае на розподт мiкротвердостi по наплавлених шарах.
На рис. 5 представлено розподт мкротвердосп по поверхш наплавлених шарiв iз ПД1, ПД2. У наплавлених шарах iз ПД 1 присутш фази iз твердю-тю до 800 ИУол, однак переважають структуры складовi, в яких мiкротвердiсть становить вiд 500 до 600 ИУ01. Можна припустити, що це фази БеСгВ2, але точ-ний вимiр неможливий через дисперсний розмiр структури. Посилаючись на те, що у наплавленому шарi iз ПД 2 карбобориди БеСгВ2 бшьшого розмiру, тодi значення 1хньо'1 мкротвердосл становить до 720 ИУ01. Варто зауважити, що мкротвердють з рис. 4 ПД 1 е бшьш рiвномiрною, що означае кращу гомоген-нiсть розташування твердих часточок у наплавленому шарг
Рис. 4. Хiмiчний склад наплавлених шарiв
^ 800
\А Я А
VI 1 /\ А \ / \ / \ А К 1 И А <1
Ц\ /Ч \/ \ / х А >А <
д X г \\ 1 + А / \ 1 т / 1 \ А1 АV
1 к 1 \ \ \ 4
Рис. 5. Розподт мiкротвердостi по поверхм наплавлених шарiв iз ПД1, ПД 2
Мехашзм руйнування. Дослщження поверхонь п1сля випробування на ударно-абразивне зношування виявили, що др1бн1 частинки п1ску тверд1стю (784... 1080) НУ п1д час удару об поверхню закр1плюються у матриц м1ж твердими
включениями. Оскшьки др1бнодисперсш часточки тску мають високу твердгсть, тому тд час удару вони проникають в глибину наплавленого шару, руйнуючи при цьому поверхневий наплавлений шар. Ц дшянки визначено темним кольором на рис. 6. Хiмiчний склад спектра 1 (рис. 6; А, Б) становить близько до 48 мас. % О та 52 мас. % Це тдтверджуе проникання пiску, що сприяе руйнуванню наплавленого матерiалу. Руйнування спричиняють також поверхиевi трщини, що виникли п1д час наплавлення. Особливостi пошкодження поверхневих шарiв, наплавлених ПД 80Х20Р3Т обох виробниюв, внаслщок ударного зношування, показано на рис. 6. Мехашзм руйнування наплавлених шарiв iз ПД 1 вiдповiдаe бшьш пластичному, як видно iз рис. 6 А. Свiтлi дшянки е згладженими. У наплавлених шарах iз ПД 2 присутнiй шший механiзм руйнування, оскшьки на свгтлих дшянках е реб-ристiсть, що вщповщае крихкому руйнуванню (див. рис. 6, Б).
Рис. 6. Поверхт наплавлених (ПД 1 А), (ПД 2 Б) шарiв тсля ударно-абразивного
зношування
Оцшка зносостшкосп ваговим методом виявила, що внаслщок ударно-абразивного зношування втрата маси за наплавлення ПД 1 зменшуеться у 1,4...2 рази, порiвняно з отриманою за наплавлення ПД 2. Отже, за рiвномiрно-го розташування осей дендрипв, що вiдповiдають фазам з високою твердютю (наплавлення ПД 1), ударно-абразивне зношування наплавленого металу мен-ше, шж за наявностi тiльки осей дендрипв 1-го i 2-го порядюв (наплавлення ПД 2). Пiдвищенню зносостшкосп сприяе також рiвномiрна мiкротвердiсть струк-турних фаз (наплавлення ПД 1) 550 ЫУ1. Висока твердiсть структурних складо-вих (наплавлення ПД 2) 720 ЫУ1 сприяе викришуванню матерiалу, цим самим швидшому руйнуванню.
Результати випробування на абразивну зносостiйкiсть за рiзних схем зношування наведено в табл.
Наплавлення ПД 80Х20Р3Т Втрати маси тд час зношування, 10 г Середня твер-дють наплавлених шарiв, ЫУ0,2 (кг/мм2)
закршле-ним абразивом не закрш-леним абразивом ударно-аб-разивним ударом шарика
ПД 1 53 73 31 22 620
ПД 2 85 75 20 41 920
Сталь ШХ15 (ЫЯС 60) 220 150 - - -
Встановлено, що зносостiйкiсть наплавлених шарш i3 ПД 1 за зношуван-ня за^пленим абразивом в 1,6 раза вища, нiж з ПД 2. У разi зношування не закрiпленим абразивом знососпйккть шарiв, наплавлених обома ПД, була практично однаковою з втратою маси (73... 75)^ 10-4 г.
Висновки. Дослiджено мiкроструктуру наплавлених шарiв iз ПД 80Х20Р3Т виробництва двох фiрм - "Велтек" та "Торез". Виявлено вiдмiннiсть структури наплавлених шарiв, отриманих з 1х використанням. Якщо, в разi ви-користання ПД фiрми "Велтек" переважае структура з однордао розподалени-ми дендритами 1-3-го порядив, то у структурi з ПД фiрми "Торез" менш одно-рiдно розподiленi дендрити 1-го i 2-го порядюв. За складом ос дендритiв 1-го порядку в наплавленому шарi з використанням ПД фiрми "Велтек" вщповда-ють фазi FeCrB, а дрiбнiшi - включениям FeCrB2, тодi як з використанням ПД фiрми "Торез" - FeCrB2 та Fe3C.
Встановлено, що зносостiйкiсть шарiв, наплавлених обома ПД, вища, шж прототипу (високомiцна сталь ШХ15). Зносостшккть шарiв, наплавлених обома ПД, за випробуванням не закрiпленим абразивом, практично, не змь нюеться. За зношування за^пленим абразивом, ударним чи ударно-абразив-ним способом зносостiйкiсть шару, наплавленого iз ПД фiрми "Велтек" вщ 1,5 до 2,0 разш вища, шж наплавленого ПД 80Х20Р3Т фiрми "Торез". Це пояс-нюеться рiвномiрним розподшом фаз з високою твердктю в шарi, наплавленому ПД фiрми "Велтек".
Лiтература
1. Pelleg J. Reactions in the matrix and interface of the Fe-SiC metal matrix composite system / Pelleg J // Mater Sci Eng. - 1999. - Pp. 269. - Pp. 225-41.
2. Badisch E. Abrasive wear of high speed steels: influence of abrasive particles and primary carbides on wear resistance / E. Badisch, C. Mitterer // Tribol Int. - 2003. - № 36. - Pp. 765-70.
3. Siva K. Optimization of weld bead geometry in plasma transferred arc hardfaced austenitic stainless steel plates using genetic algorithm / K. Siva, N. Murugan, R. Logesh // Int J Adv Manuf Technol.
- 2009. - № 41. - Pp. 24-30.
4. Francucci G. Abrasion resistance of ductile iron austempered by the two step process // G. Francucci, J. Sikora, R. Dommarco // Mater Sci Eng A. - 2008. - № 485. - Pp. 46-54.
5. Kassim S.R. Equivalent hardness concept and two-body abrasion of iron-base alloys / S.R. Kassim // Wear. - 2000. - № 243. - Pp. 92-100.
6. Bressan J.D. Influence of hardness on the wear resistance of 17-4 PH stainless steel evaluated by the pin-on-disc testing / J.D. Bressan, D.P. Baros, A. Sokolwski, R.A. Mesquita, C.A. Barbosa // J Mater Process Technol. - 2008. - № 205. - Pp. 9-353.
7. Celik O. High temperature abrasive wear behavior of an as-cast ductile iron / O. Celik, H. Ah-latci, E.S. Kayali, H. Cimenoglu // Wear. - 2005. - № 258. - Pp. 189-93.
8. Shan-Ping Lu. Microstructure and wear property of Fe-Mn-Cr-Mo-V alloy cladding by submerged arc welding / Shan-Ping Lu, Oh-Yang Kwon, Tae-Bum Kim, Kwon-Hu Kim // Journal of Materials Processing Technology. - 2004. - № 147. - Pp. 191-196.
9. Liyanage T. Microstructures and abrasive wear performance of PTAW deposited Ni-WC overlays using different Ni-alloy chemistries / T. Liyanage, G. Fisher, A. Gerlich // Wear. - 2012. - № 274275. - Pp. 345- 354.
10. Katsich C. Erosive wear of hardfaced Fe-Cr-C alloys at elevated temperature / C. Katsich, E. Badisch, M. Roy, G.R. Heath // Wear. - 2009. - № 267. - Pp. 1856-1864.
11. Amushahi M. Characterization of boride-rich hardfacing on carbon steel by arc spray and GMAW processes / M. Amushahi, F. Ashrafizadeh, M. Shamanian // Surface & Coatings Technology.
- 2010. - № 204. - Pp. 2723-2728.
12. Badisch E. Wear behaviour of hardfaced Fe-Cr-C alloy and austenitic steel under 2-body and 3-body conditions at elevated temperature / E. Badisch, C. Katsich, H. Winkelmann, F. Franek // Tribo-logy International. - 2010. - № 43. - Pp. 1234-1244.
13. KirchgaBner M. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact / M. KirchgaBner, E. Badisch, F. Franek // Wear. - 2008. - № 265. - Pp. 772-779.
14. Yuksel N. Wear behavior-hardness - microstructure relation of Fe-Cr-C and Fe-Cr-C-B based hardfacing alloys / N. Yuksel, S. Sahin // Materials and Design. - 2014. - № 58. - Pp. 491-498.
15. Buchely M. The effect of microstructure on abrasive wear of hardfacing alloys / M. Buchely, J. Gutierrez, L. Leon, A. Toro // Wear. - 2005. - № 259. - Pp. 52-61.
16. Лившиц Л.С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей) / Л.С. Лившиц. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1979. - 253 с.
17. Добровольский А.Г. Абразивная износостойкость материалов : справ. пособ. / А.Г. Добровольский, П.И. Кошеленко. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1982. - 352 с.
Похмурская Г.В., Войтович А.А. Ударно-абразивный износ поверхностных слоев, наплавленных порошковой проволокой системы С-Сг-B-Fe
Наплавка сплавов на основе железа широко используется для защиты машинного оборудования, работающего в условиях ударно-абразивного, абразивного износа. Наплавленные слои получены из порошковой проволоки 80Х20Р3Т двух производителей Велтек (ПД 1) и Торез (ПД 2). По результатам анализа микроструктуры определено, что в наплавленных слоях микроструктура характеризуется как дендритная, присутствует разница по размерам и однородности твердых фаз. Износостойкость наплавленных слоев из ПД 1 в 1,6-2 раза выше при ударно-абразивной нагрузке. Установлено, что при абразивном износе наплавленные слои из ПД 1 имеют прочность в 1,5 раза выше, чем слои, наплавленные из ПД 2.
Ключевые слова: порошковая проволока, наплавки, износостойкость, ударные нагрузки, дендритная структура.
Pokhmurska G. V., Voitovych A.A. Impact-abrasive Wear of Surface Layers Weld with Cored Wire of C-Cr-B-Fe System
Iron-based hardfacing alloys are widely used to protect machinery equipment exposed either to pure abrasion or to a combination of abrasion and impact-abrasion. Hardfaced layers were obtained by core wire, 80Cr20B3Ti chemical composition, the two manufacturers Torez and Veltec. Based on the analysis of the microstructure, the difference in Cr amount in primary carbides was obtained. The tests of wear showed difference in wear resistance at wear types. Wear resistance of deposited layers with core wire Veltec was 1.6- 2 times higher at impact-abrasive load. Durability of deposited layers with core wire Veltec is increased by homogeneity and less size solid phase structures. The average hardness solid phase was 550 HV1.
Keywords: wear resistance, deposited layers, core wire, impact, iron-based.
УДК66.094.942 Доц. Ю.Р. Мельник1, канд. техн. наук; доц. С.Р. Мельник1, д-р техн. наук; астр. З.Ю. Палюх1; лаборант О. С. Надала2
ПЕРЕРОБЛЕННЯ РОСЛИННИХ ОЛ1Й ШЛЯХОМ IX АЛКОГОЛ1ЗУ 1ЗОПРОП1ЛОВИМ СПИРТОМ
Наведено результати алкоголiзу соняшниково! та ршаково! олш iзопропiловим спиртом. Дослщжено вплив природи каталiзатора - катюшту КУ-2-8 iз iммобiлiзовани-ми юнами металiв - на стушнь перетворення рослинно! оли. За результатами хроматог-рафiчного аналiзу та визначення оптично! густини реакцшно! сумiшi оцшено можли-вють переб^у щ^чних реакцш у присутност зазначених каталiзаторiв. Зроблено вис-новок про вплив на переб^ реакцй алкогешзу рослинних олш iзопропiловим спиртом природи юну металу, iммобiлiзованого на поверхш катюшту, i виду олй. Отримаш ре-
1 НУ " Львгвська полггехнка";
2 Академш сухопутних вшськ iM. гетьмана Петра Сагайдачного
