CC BY
10УДК 621.785:669.017
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ НА ОПТИМИЗАЦИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
12 12 1
Д.С. Фильчаков , Б. Жавхалан , В.И. Мосоров , О. Галаа , Б.Д. Лыгденов
1 - Восточно-Сибирский государственный университет технологий и
управления (г. Улан-Удэ, Россия)
2 - Монгольский государственный университет науки и технологии
(Улан-Батор, Монголия) kandidattndc@mail.ru; у1товогоу@уа^ех.ги; 1у^епоу59@шай.ги
Оптимизация условий проведения технологических процессов является необходимой задачей планирования эксперимента. Планирование, проведение и обработка результатов многофакторного эксперимента даст модель объекта исследования и позволит принять наиболее оптимальные решения в случаях, когда математическое описание всей изучаемой системы не является реальной задачей [1-6].
В данной работе исследовались структура и свойства покрытий на основе М, Сг, В, Si на стали 35Л. Обмазка с порошковым составом на связующем жидком стекле, клее БФ - 2 и эпоксидной смоле наносилась на внутреннюю рабочую поверхность оболочковой формы. Заливка расплава производилась после предварительной сушки формы. Температура заливки расплава стали составляла 1520 0С - 1560 0С [10-15].
Были рассмотрены основные факторы, наиболее существенно влияющие на микротвердость стали: состояние исследуемого образца (микротвердость легированного слоя образцов стали исследовались в литом, нормализованном и закаленном состояниях); глубина слоя в мм., вид связующего материала. Число повторных экспериментов п=10.
Экспериментальная часть осуществлялась на базе лаборатории кафедры «Металловедение и ТОМ» ВСГУТУ г. Улан-Удэ, регистрация параметра оптимизации - микротвердомером ПМТ - 3. Результаты дюрометрических исследований приведены на рисунке 1.
Наилучшие результаты получены при использовании в качестве связующего эпоксидной смолы. Глубина слоя достигает 1,5 - 3 мм. Покрытие прочно сцеплено с основой, плотное без пор и раковин. Структура покрытия имеет дендритное строение и состоит из эвтектики с участием кремния, бора, никеля и зерен твердого раствора на основе никеля, легированного хромом, и др. [7-10].
Микротвердость слоя после нормализации с 900 0С превышает твердость стали в литом состоянии. Это объясняется уменьшением величины зерна и большей легированностью твердого раствора на основе аустенита. После закалки микротвердость, наоборот уменьшается, за счет устранения выделения
« [чайка I obrazovanie ВоГ^о Дкаа азование Большого Алтая» выпуск 1, 2017, страница 54 из 113
избыточных фаз на основе эвтектических боридов и карбидов при быстром охлаждений. Во всех случаях происходит увеличение твердости в зоне, граничащей с основным металлом, в результате процесса взаимодействия с железом и углеродом и образования боридов железа и карбидов высокой твердости.
14000 13500 13000 12500 12000 11500 11000 10500 10000 9500 9000 8500 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000
- - N \
- . - •
i
* • \
%
N \ 1
- - - N % 4
N 4.
4 4
H- 4- 4- 4- \ 4- 4 4- --
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5 3
Глубина слоя, мм
Закаленное состояние------Нормализованное состояние _ " Литое состояние
Рисунок 1. Зависимость микротвердости от расстояния до поверхности
Рисунок 2. Микролегированный слой на стали 35л
Рисунок 3. Микротвердость на границе микролегированного слоя с
основой стали 35л х 400
По полученным экспериментальным результатам [7-19] в программной среде Statistika была определена математическая модель зависимости микротвердости образца от состояния и глубины легированного слоя. В результате получена модель второго порядка:
Микротвердость = 283,3652*х*у-219,5957*у2
-2198,8512+2496,0532*х+1285,3072*у-589,0877*х2
Проверка модели на адекватность проведена по критерию Фишера.
Расчетное значение критерия Фишера определяется по формуле (1):
5 а
->2
'ад
5
{ у}
где дисперсия адекватности рассчитывается по формуле (2):
£лг2
5 2 -■
5ад —
Г
(2)
где f = N -(к + 1) = 8 - 4 = 4 - число степеней свободы. Дисперсия воспроизводимости определяется по формуле (3)
N п _
, ЕЕ (Уш - уп )2 5 ^ — _
°{у} " N (п-1) '
где N- количество экспериментов; уп - теоретическое значение параметра,
(3)
« чайка I obrazovanIe Во!'§о§о Дкаа >азование Большого Алтая» выпуск 1, 2017, страница 56 из 113
yn - экспериментальное значение параметра.
Результаты расчетов проверки модели на адекватность приведены в таблице.
Таблица 1 - Проверка адекватности модели.
Y -
Микротвердость
S|y}2 0
9 2 9 ад 0,2
FPAC4 0
РТАБЛ 6,39
Вывод FPAC4 < РтаБЛ модель адекватна
По рассчитанной модели построена поверхность отклика (рис.2)
100°
%
Î &
! ^
s id>
л
* о
Рисунок 4. Поверхность отклика зависимости микротвердости от состояния структуры и глубины слоя.
Из рисунка 1 видно, что в рассматриваемой области значений факторов микротвердость принимает одно экстремальное значение.
Выводы
1. По полученным экспериментальным результатам была определена математическая модель зависимости микротвердости образца от состояния структуры и глубины легированного слоя.
2. Проверка модели на адекватность проведенная по критерию Фишера показала положительный результат.
3. Данная математическая модель позволит принять наиболее рациональные решения оптимизации условий проведения технологических процессов.
Литература
1. Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов/ К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер // - М.: Мир, -1977. - 552 с.
2. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента/ Ю.П. Адлер // - М.: Металлургия, 1969. -230с.
3. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий/ Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский // - М.: Наука, 1976. -279 с.
4. Горский В.Г. Планирование промышленных экспериментов/ В.Г. Горский, Ю.П. Адлер, А.М. Талалай // - М.: Металлургия, 1974. -180с.
5. Назаров Н.Г. Планирование и обработка результатов/ Н.Г. Назаров // - М.: Изд-во стандартов, 2000. - С. 13-21.
6. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем/ И.Г. Зедгинидзе // — М.: Наука,1976. -390с.
7. Мосоров В.И. Упрочнение поверхности литой стали комплексным диффузионнымнасыщениемборомихромом/В.И.Мосоров,А.М.Гурьев,Б.Д.Лыгд енов,Д.С.Фильчаков// Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты), 2011. № 2.- С. 33-36.
8. Мосоров В.И. Исследование процесса борохромирования на стали 25л/ В.И. Мосоров, А.М. Гурьев, Д.С. Фильчаков, Б.Д. Лыгденов // -Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2011. № 6. - 80с.
9. Lygdenov B.D. Microalloying surface of steel products during the crystallization of castings/ B.D. Lygdenov, D.S. Fil'chakov, V.I. Mosorov, B.Kh. Sangadiev, Y. Jia // В сборнике: Effect of external influences on the strength and plasticity of metals and alloys Book of the International seminar articles. Edition in Chief: Professor Sc. D., Starostenkov M.D., 2015. - С. 121-122.
10. Лыгденов Б.Д. Упрочнение деталей агропромышленного оборудования/ Б.Д. Лыгденов, Д.С. Фильчаков// Евразийский союз ученых., 2015. № 4. - С. 2628.
« Nauka i obrazovanie Bol'sogo Altaa )азование Большого Алтая» выпуск 1, 2017, страница 58 из 113
11. Гурьев М.А. Упрочнение деталей машин и инструмента поверхностным легированием при производстве литых изделий/ М.А. Гурьев, Д.С. Фильчаков // Ползуновский альманах. 2011. № 4. - 142c.
12. Лыгденов Б.Д. Исследование поверхностного микролегирования стали сплавом NI-CR-B-SI в процессе кристаллизации отливок/ Б.Д. Лыгденов, Д.С. Фильчаков, А.А. Долгоров, М.А. Гурьев // Ползуновский альманах., 2008. № 3. - С. 45-46.
13. Гурьев М.А. Изготовление стальных и чугунных деталей с упрочненным поверхностным слоем литьем по газифицируемым моделям/ М.А. Гурьев, О.А. Власова, А.М. Гурьев, Д.С. Фильчаков, Н.Ю. Малькова // Ползуновский альманах., 2013. № 2. - С. 86-91.
14. Фильчаков Д.С. Исследование параметров зависимости глубины упрочненного слоя от химического состава металла при многокомпонентном микролегировании отливок/ Д.С. Фильчаков, М.А. Гурьев, А.Г. Иванов// В сборнике: Проблемы механики современных машин. Материалы V международной конференции., ответственный редактор В. С. Балбаров. 2012. -С. 197-200.
15. Лыгденов Б.Д. Упрочнение деталей агропромышленного оборудования, применяемых в климатических условиях Монголии/ Б.Д. Лыгденов, Д.С. Фильчаков, О. Галаа, Б. Жавхалан // Успехи современного естествознания., 2015. № 1-8. - С. 1345-1347.
16. Фильчаков Д.С. Исследование поверхностного микролегирования стали пастами, содержащими NI-CR-B-SI в процессе кристаллизации отливок/ Д.С. Фильчаков, В.А. Марков, А.М. Гурьев, В.И. Мосоров // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты)., 2011. № 2. - С. 37-39.
17. Фильчаков Д.С. Микролегирование поверхности стали многокомпонентной системой в процессе кристаллизации отливок/ Д.С. Фильчаков, В.А. Марков, А.М. Гурьев, В.И. Мосоров // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований., 2011. № 6. - 81с.
18. Бутуханов В.А.Исследование процесса диффузионного насыщения в смеси, содержащей оксид ванадия и алюминий/ Бутуханов В.А., Грешилов А.Д., Лыгденов Б.Д., Отхонсо Г.//Ползуновский вестник. 2012. № 1-1. С. 51-55.
19. Гурьев А.М. Циклическое тепловое воздействие при термической и химико-термической обработок инструментальных сталей/Гурьев А.М., Ворошнин Л.Г., Хараев Ю.П., Лыгденов Б.Д., Черных Е.В.//Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2. № 3. С. 37-45.
