Разработка электроискровой технологии упрочнения прокатных валков из белого чугуна

• Автор: Доронин, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 215 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Условия работы и износ поверхности прокатных валков из белого чугуна

1.1.1 Общие требования, предъявляемые к валкам прокатных станов

1.1.2 Причины выхода из строя валков прокатных станов. Ремонт валков

1.1.3 Состав валковых белых чугунов

1.2 Особенности упрочнения чугунов с использованием высокоэнергетических источников мгновенного нагрева

1.2.1 Опыт и перспективные методы упрочнения чугунных валков

1.2.2 Физические особенности упрочнения чугунов с использованием высокоэнергетических источников мгновенного нагрева

1.3 Метод электроискрового легирования

1.3.1 Современная модель процесса ЗИЛ. Формирование измененных поверхностных слоев на катоде
1.3.2 Состав, структура и свойства легированного слоя
1.3.3 Опыт применения метода ЗИЛ в металлургии
1.4 Электродные материалы
1.5 Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ И МАТЕРИАЛЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Материалы и оборудование нанесения электроискровых покрытий
2.2 Методики исследования кинетики формирования, структуры, фазового и химического состава получаемых покрытий
2.3 Методика проведения производственных испытаний
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исследование массопереноса электродных материалов при обработке подложек из белого чугуна
3.2 Исследование шероховатости сформированных покрытий
3.3 Рентгеноструктурное исследование фазового состава сформированных покрытий
3.4 Исследование структуры и свойств сформированных покрытий
3.5 Определение элементного состава сформированных покрытий
3.6 Термодинамический анализ микрометаллургического процесса при электроискровом легировании белого чугуна с использованием электродного материала СТИМ-40НА
3.7 Исследование распределения углерода по толщине покрытия
3.8 Аналитическая оценка влияния обезуглероживания зоны термического влияния на привес катода
3.9 Исследование влияния электроискровой обработки с использованием электродов марки СТИМ-40НА на структуру подложек из износостойкого чугуна
3.10 Исследование износостойкости образцов с электроискровыми покрытиями
3.11 Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ
4.1 Механизм нанесения электроискровых покрытий на поверхность круглого калибра
4.2 Оценка стойкости покрытия на поверхности прокатных валков
4.3 Конструирование технологической оснастки для упрочнения поверхности калибров
4.3.1 Проектирование технологической оснастки
4.3.2 Конструирование технологической оснастки
4.3.3 Анализ влияния вибрации электрода на параметры технологических импульсов при ЭИЛ
4.3.4 Моделирование температурного воздействия на механизмы технологической оснастки
4.3.5 Производственные испытания опытного образца многоэлектродной оснастки
4.4 Отработка технологии контроля толщины покрытия в процессе его нанесения и эксплуатации валков
4.4.1 Постановка задач метода контроля толщины упрочняющих электроискровых покрытий
4.4.2 Гравиметрический анализ обработки образцов для исследования методом магнитной памяти
4.4.3 Замеры параметров поверхности образцов методом магнитной памяти
4.4.4 Определение толщины электроискровых покрытий
4.4.5 Сопоставление результатов замеров выполненных гравиметрическим, микроскопическим и магнитным методами
4.5 Выводы по четвертой главе
ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ БЕЛОГО ЧУГУНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ МАРКИ СТИМ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт испытаний вкладыша роликового направляющего буровой штанги, прошедшего поверхностное упрочнение электроискровой обработкой. ЗАО
«Ресурс»
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт испытаний ротора универсального дезинтегратора, прошедшего поверхностное электроискровое упрочнение с применением электродного материала СТИМ-
40НА ЗАО "ОЗНГМ"
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт испытания стойкости калибра №1 комплекта валков №№ 21102 и 21108 чистовой клети стана 350 ОАО«ОЭМК» с поверхностью, упрочненной методом электроискрового легирования с применением электродного материала СТИМ-40НА

ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационная стойкость прокатных валков является одним из определяющих факторов экономической эффективности прокатного производства. Подавляющее большинство валков сортопрокатных станов сегодня изготавливается из белых износостойких чугунов основными достоинствами которых являются: высокая технологичность, сравнительная дешевизна, обрабатываемость резанием, пригодность для литья и др.. В связи с этим, белые чугуны находят широкое применение в качестве материала для производства деталей промышленного оборудования, расходуемого ремонтопригодного (в производственных условиях) инструмента, такого как валки, волоки, лопатки дробеметов, ролики и.т.п. [1, 2, 3, 4]. Применение традиционных методов термической и химико-термической обработки для упрочнения рабочей поверхности, ввиду неизбежного отпуска и преобразования исходной ледебуритной структуры белого чугуна, не позволяет добиться заметного повышения эксплуатационной стойкости валков. Применение твердых сплавов обеспечивает повышение стойкости инструмента и стабилизирует износ, но в значительной степени усложняет процесс и оборудование, используемое для подготовки и ремонта валков [5, 6, 7].
В условиях модернизации существующих технологических процессов для повышения эксплуатационной стойкости инструмента особенно эффективно использовать технологий, позволяющие создавать новые композитные материалы, в основе которых лежат традиционные сплавы на основе железа, а эксплуатационные характеристики обеспечиваются за счет создания поверхностных слоев со специальными составом и свойствами [8-19]. Особую актуальность для крупногабаритных изделий из белых чугунов приобретает применение методов поверхностной обработки с использованием высокоэнергетических источников мгновенного нагрева, которые выгодно отличаются независимостью от масштабного фактора, возможностью

обрабатывающих устройств с дисковым электродом. Современное оборудование позволяет наносить покрытия в ручном, в механизированном (обрабатывающее устройство крепится в суппорте токарного станка, а обрабатываемая деталь в патроне) [21, 81-83], а также в автоматизированном режиме [84-86].
Возможности метода далеко не исчерпаны и должны повышаться по мере создания принципиально новых электродных материалов [87-92] и нового оборудования.
1.4 Электродные материалы
В научной литературе и периодике отсутствует систематическое описание процессов, происходящих при электроискровом легировании белых чугунов. По-видимому, это связано с тем, что чугун применяется в качестве материала электродов и считается достаточно износостойким. Однако прогресс в разработке новых электродных материалов и совершенствование технологического оборудования может позволить качественно улучшить эксплуатационные характеристики изделий из белых чугунов.
Выбор состава и структуры электродных материалов - одна из важнейших задач разработки технологического процесса электроискрового легирования. На сегодняшний день существует широкая номенклатура электродных материалов, применяемых для электроискровой обработки железоуглеродистых сплавов, в том числе, чугунов. Несмотря на то, что в большинстве случаев выбор состава электродов осуществляется по принципу увеличения микротвердости основной структурной составляющей, практически всегда при ЭИЛ-упрочнении в покрытиях, кроме равновесных структур и фаз, образуются неравновесные, наблюдаемые при термической обработке [97, 99]. Поэтому однозначно определить эффект от использования твердого сплава без проведения натурных испытаний практически не возможно.