Прогнозирование структурно-фазового состава карбидосодержащих наплавленных износостойких слоев деталей газопромыслового оборудования

• Автор: Вышегородцева, Галина Ирековна
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Условия эксплуатации узлов газопромыслового оборудования, работающих в условиях газоабразивного изнашивания 1Л. Анализ методов повышения износостойкости криволинейных поверхностей газопромыслового оборудования, работающего в условиях газоабразивного изнашивания
1.2. Влияние структурно-фазового состава наплавленного металла на износостойкость в условиях газоабразивного изнашивания
1.3. Основные характеристики электродуговых наплавочных процессов, влияющие на износостойкость восстановленных поверхностей в условиях газоабразивного изнашивания
1.4. Анализ существующих методов прогнозирования структуры сплава по его химическому составу
Цель и задачи
Глава 2. Разработка методики прогнозирования структурнофазового состава сплавов, содержащих активные карбидообразующие элементы
2.1. Исследование процессов карбидообразования в износостойких сплавах с однокомпонентным легированием
2.1.1. Исследование процессов образования монокарбидов
2.1.2. Исследование процессов образования комплексных карбидов
2.2. Исследование процесса карбидообразования в сложнолегированных износостойких сплавах
2.3. Основные закономерности структурообразования в износостойких наплавленных слоях
2.4. Определение структурообразования матрицы наплавленных слоев
2.5. Оптимизация химического состава сплавов для деталей узлов газопромыслового оборудования, работающих в условиях газо-
! ! ;
абразивного изнашивания
2.6. Сопоставление результатов расчета структурно-фазового состава сплавов с результатами металлографических исследований
Выводы к главе
Глава 3. Экспериментальные исследования структурно-фазового состава и износостойкости карбидосодержащего наплавленного слоя в условиях газопромыслового изнашивания
3.1. Выбор материалов для испытаний на газоабразивное изнашивание
3.2. Исследование структурно-фазового состава наплавленных слоев
3.3. Выбор и обоснование метода и технических средств испытаний на износ при газоабразивном изнашивании
3.4. Исследование износостойкости макрокомпозиционных систем
3.5. Разработка диаграммы равной износостойкости в условиях газоабразивного изнашивания
Выводы по главе
Глава 4. Промышленная апробация результатов исследования
4.1. Оптимизация формы и свойств криволинейной поверхности, обеспечивающей наименьшие потери материала при газоабразивном изнашивании
4.2. Метод повышения долговечности деталей газопромыслового оборудования
4.3. Разработка рекомендаций по повышению долговечности поворотных участков трубопроводов
Выводы по главе
Основные выводы по работе Список использованной литературы Приложения

Введение
К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт в исследованиях по повышению износостойкости оборудования, подвергающегося воздействию на него абразивных частиц, движущихся вместе с потоком газа или жидкости. В особенности это касается трубопроводных систем для транспорта газа, технологических трубопроводов для отвода продукта от скважины, перекачки абразивосодержащих буровых растворов, в частности их изогнутых участков.
Существующие методы повышения износостойкости трубопроводов, в основном путем повышения прочности сталей, не вполне решают проблемы, так как этот способ сопровождается понижением вязкости металла, повышением опасности хрупкого разрушения конструкции. Выбор или разработка того или иного способа упрочнения должны определяться конкретными условиями в каждом рассматриваемом случае.
Основным препятствием для упрочнения изогнутых участков трубопроводов является то, что абразивные частицы при продвижении в них действуют на изнашиваемую поверхность под разными углами атаки по протяженности участка, а обеспечение равной износостойкости указанных поверхностей не возможно при использовании стали одного химического состава, а, следовательно, структурно-фазового состояния. Использование разных сталей для обеспечения требуемой структуры и свойств различных участков поверхности приводит к необходимости разработки методики прогнозирования структурно-фазового состава сплава в зависимости от ее химического состава.
Повышение износостойкости изогнутых участков путем нанесения (наплавки, напыление и др.) на поверхность износостойких покрытий переменного химического состава может повысить стойкость стенок.
В данной работе приводится попытка повышения стойкости криволинейных участков путем создания методами наплавки макрокомпозици-онной системы (МКС) - основной металл трубопровода (отвода) - упрочненный наплавкой слой, причем наплавка наносится с наружной стороны трубопровода. При этом, указанная макрокомпозиционная система является самонастраивающейся системой, при которой в процессе работы отво-
весовое отношение титана к углероду больше, чем 4 : 1, то избыток титана переходит в раствор, твердость после закалки получается низкая, но при отпуске она повышается вследствие выделения титанидов. При отношении меньшем 4 : 1 в раствор переходит избыточный углерод. Переводя весовое соотношение углерода и титана в соотношение атомов в сплаве получаем, что ккр для образования специального карбида "ПС равен 1,006 (кпЕР (Т1) = 1,17; кПЕР (С) = 4,65). Это практически полностью соответствует стехиометрическому составу карбида ПС. Расчет линии полного обособления специального карбида титана (табл. 2.2) и совмещение ее с изотермическим разрезом тройной диаграммы Ие - П - С при 700° С показывает хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных (рис. 2.2). На этом же рисунке приведены линии соответствующие весовому содержанию специального карбида ПС в области совместного выделения цементита и карбида титана.
При введении ниобия в железоуглеродистые сплавы вначале образуется карбид, которому приписываются формулы №>С и N6403. Обе формулы представляют границы стабильной области существования карбидной фазы, как и в случае ванадия. Двойные карбиды с железом в системе Ре - N6 - С не наблюдаются. Образование специальных карбидов ниобия характеризуется диапазоном ккр от 1 до 1,33. Увеличение содержания углерода в сплаве, приводящее к снижению кКР ниже 1, способствует выделению наряду с карбидом ниобия цементита. Избыток ниобия над углеродом в стали обеспечивает выделение наряду со специальным карбидом ниобия Ре3МЬ2. Аналогично специальным карбидам V и И карбид ниобия выделяется еще в аустенитной области и нерастворим при обычных температурах закалки. Из-за связывания углерода в специальный карбид про-каливаемость ниобийсодержащих сталей уменьшается. Исходя из атомарного соотношения N6 к С равного 1,33 была рассчитана линия полного обособления карбида №>4Сз (табл. 2.3). Нанесенные на изотермический разрез тройной диаграммы Ре-№>-С при температуре 675° С расчетные значения показывают хорошее совпадение с экспериментальными данными (рис. 2.3). Здесь же приведены линии весового количества карбида ниобия, выделяющегося в сплавах наряду с цементитом.