Повышение эксплуатационных свойств свинцовистых бронз направленным формированием структуры

• Автор: Мартюшев, Никита Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 175 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Свинцовистые бронзы. Диаграммы состояний, фазовые превращения и свойства
1.2. Диаграммы состояний, фазовые превращения и свойства в зависимости от ввода легирующих добавок
1.3. Влияние скорости охлаждения расплава на структуру и свойства свинцовистых бронз и сложнолегированных бронз со свинцом
1.4. Модифицирующее влияние обмазок литейной формы на структуру
и свойства свинцовистых бронз
1.5. Выводы
2. МА ТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор материала для исследований
2.2. Методика ведения плавки и заливки
2.3. Методики определения скорости охлаждения расплава
2.4. Проведение структурных исследований
2.4.1. Металлографические исследования
2.4.1.1. Количественный компьютерный анализ распределения включений свинцовой фазы
2.4.1.2. Методики травления шлифов для выявления дендритного строения и границ зерен
2.5. Рентгенофлуоресцентпый анализ (РФА)
2.6. Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
2.7. Определение механических характеристик
2.7.1. Измерение твердости и микротвердости
2.7.2. Определение прочности при растяжении и изгибе
2.7.3. Испытания на ударный изгиб
2.7.4. Измерение шероховатости поверхности и построение профилограмм
3. МОРФОЛОГИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ ЛЕГКОПЛАВКОЙ ФАЗЫ СВИНЦОВЫХ БРОНЗ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ЕЁ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА

3.1. Зависимости скорости охлаждения от температуры нагрева литейной формы
3.2. Угар свинца в исследуемых бронзах при ведении плавки, потери свинца в результате обратной ликвации
3.3. Влияние скорости охлаждения на морфологию свинцовых включений и свойства свинцовых бронз
3.3.1. Влияние скорости охлаждения на морфологию свинцовых включений и свойства различных марок свинцовых бронз
3.3.2. Влияние скорости охлаждения на морфологию включений
свинца и свойства бронзы БрСЮ при заливке в графитовые формы
3.3.3. Влияние скорости охлаждения на морфологию включений
свинца и свойства бронзы БрСЮ при заливке в чугунные формы
3.4. Выводы
4. ВЛИЯНИЕ ОБМАЗОК С УДП НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СВИНЦОВИСТЫХ БРОНЗ
4.1. Влияние применяемых обмазок на скорость охлаждения свинцовистых бронз
4.2. Влияние применяемых обмазок на микро и макроструктуру свинцовистых бронз
4.3. Влияние применяемых обмазок на механические свойства свинцовистых бронз
4.4. Выводы
5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗ I ОТОПЛЕН ИЯ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
5.1. Особенности выплавки свиицово - оловянных бронз
5.2. Оборудование и технологическая оснастка для получения бронзовых отливок
5.3. Маршрутная карта технологического процесса
5.4. Дефекты отливок при центробежном литье колец
5.5. Микроструктура отливок, морфология свинцовых включений
5.6. Промышленные испытания поршневых колец
5.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время в машиностроении большое количество деталей изготавливается из свинцово-оловянистых бронз. Большая часть этих деталей работает исключительно на износ. Однако существует ряд деталей, которые помимо хорошей износостойкости должны обладать достаточно высокими прочностными характеристиками (уплотнения и поршневые кольца, маслоплотные и экспандерные кольца). Большое количество таких деталей присутствует в компрессорах высокого давления по производству полиэтилена. Поршневые кольца в таких компрессорах работают под давлением этилена, достигающего в компрессоре 1-го каскада 120 МПа, но выходят из строя, в основном, не из-за износа, а из-за разрушения. Замена поршневых колец приводит к дополнительным затратам на замену колец и значительным потерям за счет простоя оборудования и снижения выпуска готовой продукции. Низкая стойкость поршневых колец, выполненных по заводской технологии на отечественных предприятиях, вынуждает предприятия закупать дорогостоящие импортные аналоги. Поэтому разработка импортозамещающих материалов и технологий, направленных на повышение стойкости данных деталей, является актуальной задачей.
В качества материала для изготовления колец используют литые нестандартные высокооловянистые бронзы со свинцом и никелем, применяющиеся в судостроении и автомобилестроении, хорошо известные своими высокими антифрикционными и механическими свойствами.
Свинец в таких бронзах значительно повышает антифрикционные свойства, но, обладая низкими прочностными характеристиками, образует концентраторы напряжения в теле отливки. Форма, размеры и распределение свинца в объеме отливки будут в значительной мере влиять на её механические свойства. Уже имеющиеся данные по исследованию структуры медных сплавов, содержащих свинцовую фазу, содержат много

бронзы дисперсность свинца более 0,05 мм, то при прекращении перемешивания быстро идет процесс коагуляции свинца. Поэтому авторами [28, 38] рекомендуется интенсивное перемешивание расплава перед
разливкой и заливка падающей струей расплава.
1.4. Модифицирующее влияние обмазок литейной формы на структуру и свойства свинцовистых бронз.
Одним из довольно современных способов изменения структуры и свойств поверхностных слоев материала является легирование из обмазок литейной формы. Применение обмазок формы в литейном производстве известно уже давно, однако основными целями их применения являются улучшение качества поверхности отливок, сохранение литейной формы и предотвращение её взаимодействия с заливаемым расплавленным металлом, устранение пригара отливок. Однако введение в состав обмазки специальных составов позволяет производить легирование поверхностных слоев отливки в местах её нанесения. Такой подход позволяет в ряде случаев значительно изменить свойства поверхности отливок, не изменяя свойств внутреннего слоя отливки. Как правило, для получения подобного эффекта поверхностного изменения свойств вводят дополнительную операцию (химико-термическую обработку, гальваническое и химическое осаждение покрытий и т. д.), но такая операция представляет собой дополнительную, самостоятельную операцию, связанную с потреблением энергии и времени, а так же, иногда, требующую специальной подготовки поверхности. Рассматриваемая методика лишена подобных недостатков.
При использовании данной технологии металл для создания слоя на поверхности формирующейся отливки поступает из специальной обмазки, которую наносят на поверхность формы перед заливкой. Рабочую смесь наносят так же, как и стандартные обмазки, используемые в металлических и песчано-глинистых формах [76].