Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Структурообразование и формирование свойств самофлюсующихся покрытий, обеспечивающих повышение износостойкости инструмента для производства керамических изделий

Диссертация: Структурообразование и формирование свойств самофлюсующихся покрытий, обеспечивающих повышение износостойкости инструмента для производства керамических изделий
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Керамические пустотелые изделия вследствие их разнообразия изготовляют разными технологическими приемами, но основные этапы их производства примерно одинаковы и состоят из добычи глины, подготовки массы для формования, формования изделия (сырца), сушки, обжига, сортировки обожженных изделий, упаковки и хранения на складе. Одной из важных операций производства пустотелых керамических изделий… Читать ещё >

Структурообразование и формирование свойств самофлюсующихся покрытий, обеспечивающих повышение износостойкости инструмента для производства керамических изделий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Состояние вопроса
    • 1. 1. Особенности эксплуатационного воздействия деформируемых сред на инструмент для производства пустотелых керамических изделий
    • 1. 2. Основные направления повышения эксплуатационной надежности инструмента
    • 1. 3. Анализ материалов для получения покрытий методом газопламенного нанесения с последующим оплавлением
  • 2. Материал и методика исследования
    • 2. 1. Материал и методика получения образцов
    • 2. 2. Методика металлографического анализа 32 2.3. Методика количественного анализа
    • 2. 4. Методика рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов
    • 2. 5. Методика определения твердости
    • 2. 6. Методика испытания на абразивную износостойкость
    • 2. 7. Методика проведения статистического анализа
  • 3. Результаты исследования структуры, свойств и технологических параметров нанесения покрытий системы N1 — Сг — В — Б! — С
    • 3. 1. Исследование структуры порошковых покрытий системы №-Сг-В-&-С
    • 3. 2. Исследование свойств порошковых покрытий системы №-Сг-В-&-С
      • 3. 2. 1. Дисперсионная оценка влияния толщины покрытия на свойства поверхности
      • 3. 2. 2. Исследование влияния толщины покрытия на свойства поверхности
  • 4. Влияние условий формирования покрытия на их структуру и свойства
    • 4. 1. Исследование влияния оплавления покрытий на их структуру и свойства
    • 4. 2. Влияние среды охлаждения на микроструктуру и эксплуатационные свойства покрытий системы № - Сг — В — Б! — С
  • 5. Разработка и внедрение технологии упрочнения формообразующего инструмента
    • 5. 1. Исследование однородности свойств по сечению нанесенного покрытия системы № - Сг — В — - С
    • 5. 2. Разработка технологии нанесения износостойких покрытий на формообразующий инструмент
    • 5. 3. Результаты промышленных испытаний

Интенсивный рост стройиндустрии предъявляет все более жесткие требования к качеству пустотелого кирпича и керамических камней. Промышленность выпускает строительную керамику в виде кирпича и стеновых камней различных видов, плиток для внутренней и наружной облицовки зданий, черепицы, санитарно — технических изделий. Для изготовления данного вида продукции применяют технологический инструмент, определяющий качественные показатели пустотелых изделий и производительность процесса формования керамической массы. Работа инструмента осуществляется в условиях взаимодействия с абразивными средами, в результате чего происходит разрушение поверхностного слоя элементов инструмента и, соответственно, выход из поля допусков геометрических размеров керамических изделий. В связи с этим возникает актуальная задача применения специальных мер, обеспечивающих существенное повышение износостойкости поверхности инструмента.

Обозначенная задача может быть успешно решена с помощью нанесения порошковых износостойких покрытий системы ЫьСг-В-Б^С, полученных методом газопламенного напыления с последующим оплавлением, причем структура и свойства покрытий из порошковых сплавов системы N1' - Сг — В — Б]' - С во многом будут определяться особенностями технологии их нанесения.

Целью диссертационной работы является исследование закономерностей структурообразования и формирования свойств порошковых газопламенных покрытий системы № - Сг — В — - С для повышения стойкости технологического инструмента для производства керамических изделий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать особенности формирования структуры при нанесении покрытий системы N1' - Сг — В — - С.

2. С целью определения наиболее рациональных конструктивных параметров покрытий исследовать:

— свойства покрытий (твердость, износостойкость, пористость);

— влияние охлаждения на микроструктуру и свойства покрытий;

— однородность свойств нанесенного слоя покрытий.

3. Разработать технологию нанесения износостойких покрытий формообразующего инструмента с целью увеличения его эксплуатационной надежности.* Научный соруководитель: к.т.н. Барышников М.П.

Кирпич и камни керамические (ГОСТ 530−80) предназначены для кладки наружных и внутренних стен, других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков. Кирпич выпускают полнотелым и пустотелым, а камни только пустотелыми. Наиболее типичный представитель керамического кирпича, выпускаемого заводом «Керамик» ЗАО «Строительный комплекс», представлен на рис. 1.1.

Керамические изделия изготавливаются из материала на основе глинистых материалов [1]. Химический состав (%) глинистых материалов колеблется в широких пределах [2, 3]: г.

Рис. 1.1. Пустотелый керамический кирпич.

БЮг. А120з Ре203 СаО.

45 — 80.

2−15.

0,5 — 2,5.

8−28.

М%0.0−4.

Ыа20иК20.1−5.

Основными элементами, входящими в состав глин, являются прочные абразивные вещества — БЮг и АЬОз [4]. Абразивная эффективность этих элементов очень велика и обусловлена достаточно высокой твердостью по Моосу, небольшими размерами — около 1−1,5 мм и острыми режущими гранями, расположенными хаотично по всей поверхности частицы [5].

Керамические пустотелые изделия вследствие их разнообразия изготовляют разными технологическими приемами, но основные этапы их производства примерно одинаковы и состоят из добычи глины, подготовки массы для формования, формования изделия (сырца), сушки, обжига, сортировки обожженных изделий, упаковки и хранения на складе [6, 7]. Одной из важных операций производства пустотелых керамических изделий является их формование. Формование производится ленточными, шнековыми горизонтальными прессами. Основной формообразующий инструмент, устанавливаемый в канале шнековых прессов — это пустотообразователь. В технологическом процессе производства керамического камня в условиях завода керамических изделий завода «Керамик» ЗАО «Строительный комплекс» используются несколько типов пустотообразователей, общий вид которых представлен на рис. 1.2. Пусто-тообразователи могут быть разнообразной конструкции и иметь относительно сложную конфигурацию деталей. В настоящее время все детали формообразующего инструмента в общепринятой технологии изготавливаются из стали У10-У12.

В процессе работы рабочие поверхности пустотообразователя испытывают царапающее действие твердых частиц керамической массы. Твердые частицы керамической массы имеют разную форму и неодинаково ориентированы своими острыми ребрами относительно изнашиваемой поверхности, поэтому не все они режут, некоторые лишь пластически деформируют более мягкий материал, оставляя следы в виде рисок.

Рис. 1.2. Пустотообразователи для формования керамического кирпича и камня.

В результате многократного передеформирования происходят разрушения поверхностного слоя. Твердые абразивные частицы не сцеплены в монолитное тело, а представляют собою непрочно связанную массу. При трении металла в такой среде отдельные твердые частицы перемещаются относительно друг друга. На металле могут возникать царапины, и при дальнейшей эксплуатации инструмента происходит частичное разрушение поверхностного слоя [8].

Таким образом, формообразующий инструмент в процессе работы подвергается интенсивному абразивному износу, поэтому срок службы такого инструмента не долог и составляет 3−5 суток.

6. Общие выводы по работе.

1. Детально исследована структура покрытий из сплавов системы N1 — СгВ — Б! — С, марок ПГ-12Н-01, ПГ-12Н-02 и ПР-Н77Х15СЗР2, полученных методом газопламенного напыления с последующим оплавлением. Получены качественные и количественные характеристики фазового состава и структурного состояния.

2. Показано, что основная фаза микроструктуры покрытий представляет собой у-твердый раствор Ре, 81 и Сг в никеле. В межзеренном пространстве в сплаве ПГ-12Н-01 располагается эвтектика цементитного типа у+М3(С, В), в сплавах ПГ-12Н-02 и ПР-Н77Х15СЗР2, кроме нее присутствуют: 1) разветвленная эвтектика на базе карбида хрома М2зС6- 2) высокодисперсная боридная эвтектика на базе боридов никеля (в основном №зВ).

3. Исследованы твердость, пористость, износостойкость рабочий поверхности покрытий в зависимости от толщины покрытия. Показано, что покрытия разной толщины из сплава ПГ-12Н-01 имеют практически одинаковую износостойкость. Покрытия из сплавов ПГ-12Н-02 и ПР-Н77Х15СЗР2 имеют наибольшую износостойкость при толщине не более 1,5 — 1,7 мм.

4. Исследовано влияние степени оплавления покрытий на структуру и свойства. Выявлено, что при увеличении степени оплавления происходит огрубление структуры. Количество упрочняющей составляющей при этом остается практически неизменным и составляет 39−48%, пористость снижается. Однако, двукратное оплавление приводит к существенному увеличению износостойкости (почти в два раза) только в сплаве ПГ-12Н-01.

5. Исследовано влияние среды охлаждения на микроструктуру и эксплуатационные свойства. Показано, что увеличение скорости охлаждения покрытий после оплавления приводит к увеличению относительная износостойкости за счет увеличения дисперсности выделяющихся фаз. Исключение составляет охлаждение покрытий в воде, при котором количество твердой составляющей уменьшается вследствие уменьшения скорости роста эвтектических колоний.

6. Исследована однородность свойств покрытий по сечению нанесенного слоя. Показано, что в покрытии марки ПР-Н77Х15СЗР2 по сравнению с покрытиями марок ПГ-12Н-01 и ПГ-12Н-02 наблюдается наиболее однородное распределение твердости и количества твердых составляющих. Полученные данные дают возможность прогнозировать поведение материала нанесенного покрытия в процессе изнашивания.

7. Даны рекомендации по рациональному выбору материала, толщины наносимых покрытий, условий охлаждения и оплавления покрытий, обеспечивающих высокую износостойкость. Разработана технология нанесения износостойких покрытий на формообразующий инструмент для производства керамических изделий. Экономический эффект в 2002 г. после внедрения технологии нанесения составил 500 тыс. рублей.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Н., Баженов Ю. М. Строительные материалы. М: Строительные материалы, 1986. — 687 с.
  2. И. X. Строительные материалы, изделия и конструкции. Справочник. М.: Высшая школа, 1990. — 495 с.
  3. ГОСТ 530 80. Кирпич и камни керамические. — М.: Издательство стандартов, 1981. — 25 с.
  4. ГОСТ 7484 78. Кирпич и камни керамические лицевые. — М.: Издательство стандартов, 1979.-21 с.
  5. А.Г. Строительные материалы. Красноярск, 1989. — 457 с.
  6. Berry W.C., Allen W.A. Hasset. Amer. Ceram. Soc. Bull. 1959, v. 38. № 8. — S. 393−400.
  7. Haase Th. Berichte der deutch. Keram. Gesellsch, 1960. Bd 37. — № 3. — S 97 -101.
  8. B.H., Лившиц Л. И., Левин С. М. Роль основы сплава в износостойких наплавленных поверхностей при ударно-абразивном изнашивании //Трение и износ. 1987. — т.8. — № 6. — С. 76 — 83.
  9. Ю. А. Геллер. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983 г. — 450 с.
  10. М.А., Сатель Э. А. Технологические способы повышения долговечности машин.- М.: Машиностроение, 1979. —438 с.
  11. Э.В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. -Киев.: Наук. Думка, 1982. 209 с.
  12. Д.Н. Триботехника.- М.: Машиностроение, 1989. — 328 с.
  13. Испытание материалов. Справочник. Под ред. X. Блюменауэра. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979. — 448 с.
  14. М.А. Справочник термиста ремонтной службы. -М.: Металлургия, 1981.- 647 с.
  15. М.А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. -М., Металлургия, 1971. 608 с.
  16. В.Н., Сорокин Г. М., Колокольников М. Г. Абразивное изнашивание. М., Машиностроение, 1990. 224 с.
  17. С.Я., Резницкий A.M. Наплавка металлов. М.: Машиностроение, 1982 г.-71 с.
  18. Ю.С., Горбатов И. Н. Получение и структура газотермических покрытий на основе Ni-Cr-B-Si сплавов // Порошковая металлургия. 1985. -№ 9. — С. 22−26.
  19. А. Техника напыления: Пер. с японского С. Л. Масленникова. — М: Машиностроение, 1975. -288 с.
  20. С .Я., Шварцер А. Я. Наплавка деталей металлургического оборудования. Справочник. Металлургия, 1981. — 160 с.
  21. А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М: Машиностроение, 1987. — 192 с.
  22. Хассуй А, Мориаки О. Наплавка и напыление: Пер. с японского Попова В. Н. под ред. Степина B.C. М: Машиностроение, 1985. — 240 с.
  23. В.В. Многоэлектродная наплавка. — М: Машиностроение, 1988. 144 с.
  24. В.И., Юрченко Ю. Д., Губарь Е. Я., Куликов A.C. Повышение износостойкости покрытий деталей, работающих в условиях трения без смазочного материала //Сварочное производство. 1991. — № 8. — С. 9 — 12.
  25. О.И., Фарбер В. М. Закономерности изменения свойств и структуры покрытий системы Ni-Cr-B-C-Si при плазменной оплавке и термической обработке. Интернет.
  26. Г. Е., Шевченко О. И., Гаврилова Т. М., Фарбер В. М. Структура, твёрдость и геометрические параметры валика, полученного плазменно-порошковой наплавкой порошком ПГ-С27. Интернет.
  27. Н. В., Протасевич В. А., Самодеева Т. И. Влияние лазерной обработки на структуру и триботехнические свойства плазменных покрытий из самофлюсующихся сплавов //Порошковая металлургия. 1988. -№ 1.-С. 11−15.
  28. В. М., Сероштан В. Т., Макарова С. А., Кочетков П. В. и Дроздова Г. В. Исследование структуры покрытий из самофлюсующихся сплавов, оплавленных энергией лазера //Порошковая металлургия. 1993. — № 5. — С. 88−92.
  29. П. А., Халлинг Я. А. Газотермические покрытия на порошковых материалах и напыленные порошковые покрытия //Порошковая Металлургия. № 8. — 1986. — С. 60 — 68.
  30. М.Д., Кулик А. Я., Захаров Н. И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизелей. Л.: Машиностроение. — 1977. — 168 с.
  31. И. Е., Ясинская О. Г. //Трение и износ. 1992. — том 13, № 2. -С. 342−351.
  32. Ю.С., Неуймин В. А., Тарасенко E.H. Влияние способа оплавления на абразивную износостойкость плазменных покрытий из самофлюсующегося никелевого сплава //Автоматическая сварка. — 1993. № 5. — С. 38 -43.
  33. Электрошлаковая сварка и наплавка. Справочник под редакцией академика Потока A.C. М.: Металлургия. 1988. — 340 с.
  34. К.Б., Ивашко В. С. Исследование процесса жидкофазного уплотнения пористых напыленных покрытий //Порошковая металлургия. — 1988. -№ 10.- С. 26 -34.
  35. М.А. Организация восстановления автомобильных деталей. М.: Транспорт, 1991. 176 с.
  36. В. А. Пекшев П.Ю. Современная техника газотермического нанесения покрытий. — М.: Металлургия, 1985. 367 с.
  37. В.Н., Бобров Г. Н., Дружинин JI.K. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1987. — 792 с.
  38. Упрочняющие и восстанавливающие покрытия. /Цун A.M., Гун Г. С., Кривощапов В. В. и др. Изд. Челябинск, 1991. — 160 с.
  39. Слоистые композиционные покрытия в метизной промышленности. Том 1. / Е. И. Кузнецов, М. В. Чукин, М. П. Барышников и др. Магнитогорск: ПМП «МиниТип», 1997. -96 с.
  40. Слоистые композиционные покрытия в метизной промышленности. Том 2. / Е. И. Кузнецов, М. В. Чукин, М. П. Барышников и др. — Магнитогорск: ПМП «МиниТип», 1997. -208 с.
  41. И. В. Гаврилов A.B. Получение и свойства никелевых сплавов из распыленных порошков. -М.: Металлургия, 1983. 163 с.
  42. Упрочняющие и восстанавливающие покрытия. / Г. С. Гун, В. В. Кривощапов, М. В. Чукин и др. Челябинск: Металлургия, челябинское отделение, 1991 г. 160 с.
  43. Дж. Р. Белл. Способы оплавления напыленных покрытий //Покрытия и обработка поверхности для защиты от коррозии и износа. М.: Металлургия, 1991.-С.81 -90.
  44. Е.В. Газотермическое напыление порошковых металлов. М: Машиностроение, 1974. — 297 с.
  45. И.Н. Современные наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений. К.: Наукова думка, 1970. — 238 с.
  46. П.А. Газотермическое покрытие порошковых материалов //Порошковая металлургия. 1986. — № 9. — С. 18−25.
  47. В.В., Иванов В. М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М: Машиностроение, 1981. 345 с.
  48. H.H., Сахнович В. Т. Газопламенное напыление порошковых металлов. — Минск, 1986. — 11 25 с.
  49. Н.В. Структура и фазовый состав жаропрочных никелевых сплавов для деталей реактивных двигателей. Вилс, 1970. — 129 с.
  50. П.А. Износостойкость порошковых материалов и покрытий.- Таллин: Валлус, 1988. 120 с.
  51. P.A. Порошковое металловедение. М.: Металлургия, 1985. -321 с.
  52. А.Я., Борисов Ю. С. Газотермическое напыление композиционных порошков. Л.: Машиностроение, 1995. — 199 с.
  53. В.И., Крылов И. В. О некоторых свойствах металлов //Физика и химия обработки металлов. 1987. — № 4. — С.154−155.
  54. А. Г. Газопламенное напыление порошковых металлов //Металловедение и термическая обработка металлов. 1988. — № 4. — С. 43.
  55. H.H., Жердин А. Г. Структура и свойства газопламенных покрытий из самофлюсующихся сплавов //Порошковая металлургия. — 1990. № 3. -С. 15−17.
  56. А.Н. Микроструктура никельхромборкремниевых сплавов, наплавленных с помощью лазерного излучения //Сварочное производство. — 1990.-№ 11.-С. 56.
  57. В. В. Калина М. М., Ушакова JI. Б., Бондарчук В. И. Изменение структуры износостойких самофлюсующихся покрытий на никелевой основе при термической обработке.
  58. Ю.С., Коржик В. Н., Ильенко А. Г. и др. Влияние ультразвуковой обработки на структуру и свойства аморфно кристаллических газотермических покрытий из никелевых сплавов //Автоматическая сварка. 1993. — № 3. -С. 63−69.
  59. П.Н. Износостойкость деталей строительных и дорожных машин. — М:. Машгиз. 1962. 280 с.
  60. Теоретическое исследование и практическое применение плазменных износостойких покрытий /Сб. статей. Свердловск: УНЦ АНСССР 1983, -88 с.
  61. М. А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1971. — 348 с.
  62. В.И., Юрченко Ю. Д., Куликов А. С. Износостойкость газотермических покрытий, работающих в условиях трения со смазкой //Трение и износ. 1992. -т.13.-№ 3.-С. 64−70.
  63. Н.В., Поляков С. П. Влияние режимов оплавления покрытий на их структуру // Защитные покрытия на металлах, выпуск 23. К.: Наукова думка, 1989.-С. 37−40.
  64. А.Г., Ковальчук JT.H. Коррозионная стойкость покрытий из самофлюсующихся сплавов в неорганических кислотах //Сварочное производство. 1990. — № 8. — С. 8 — 12.
  65. Г. Л. Буров Н.Г. Абрамович В. Г. Технология и оборудование газопламенной обработки металлов. — Л.: Машиностроение, 1978. — 277 с.
  66. Н.И. Методы испытания на абразивное изнашивание. Изд. АГ СССР, 1962.-215 с.
  67. ГОСТ 5639 82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. -М.: Издательство стандартов, 1994. — 23 с-
  68. ГОСТ 23 402 70. Стали и сплавы. Металлографические методы определения неметаллических включений. — М.: Издательство стандартов 1970. -24 с.
  69. М., Клемм X. Способы металлографического травления. Справочник. М.: Металлургия, 1988. — 148 с.
  70. С.С. Рентгенографический электронно оптический анализ. -М.: Металлургия, 1970. — 112 с.
  71. ГОСТ 23.208−79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные частицы (абразивные). М.: Издательство стандартов, 1984. — 24 с.
  72. В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высшая школа, 1977. 146 с.
  73. Рентгеноструктурный анализ у фазы износостойких сплавов на основе никеля //Порошковая металлургия. — 1987. — № 1. — С. 89 — 92.
  74. Н.В., Чукин М. В., Емелюшин А. Н., Зотов C.B. Износостойкие покрытия системы Ni-Cr-B-Si-C //Металлургия на пороге XXI века: достижения и прогнозы. Всеросийская науч. практическая конф. — Новокузнецк. -2000.-С. 247−251.
  75. Н.В., Чукин М. В., Барышников М. П., Зотов C.B. Структура и свойства износостойких покрытий из самофлюсующихся сплавов на основе никеля //Фазовые превращения в сталях. Труды школы — семинара. — Магнитогорск. Выпуск № 1. — 2001. — С. 240 — 248.
  76. М.В., Гун Г.С., Копцева Н. В., Зотов C.B. Модель дисперсно упрочненной пористой среды и ее эффективные свойства. //Фазовые превращения в сталях. Труды школы — семинара. — Магнитогорск. — Выпуск № 2. -2002.-С. 339−344.
  77. Н.В., Чукин М. В., Зотов C.B. Твердость, пористость и износостойкость системы Ni-Cr-B-Si-C //Новые материалы и технологии в машиностроении. Тез. докл. международн. науч. техн. конф. Тюмень: ТЮМГН-ГУ.-2000.-С. 107−111.
  78. Н.В., Зотов С. В., Чукин М. В., Барышников М. П. Влияние условий нанесения на структуру и свойства порошковых сплавов системы Ni — Сг — В Si — С //Современные технологии и материаловедение. — Магнитогорск: МГТУ. — 2003. — С. 34 — 38.
  79. О.И., Журавлев В. И., Фарбер В. М. Структура и фазовый состав покрытия H73X16C3P3, полученного плазменной наплавкой //Известия вузов. Черная металлургия. 1992. -№ 10. — С. 23−26.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!