2.6 Визначення механічних властивостей жаростійких і жароміцних сталей за високих температур

Для визначення механічних властивостей сталей за високих температур спроектовано і виготовлено пристрій до розривної машини МР – 100, рис. 2.10.

1 – колона машини; 2 – затискний пристрій машини ; 3 – шарнір; 4 – кронштейн; 5 – підставка; 6 – станина машини; 7 – зразок; 8 – переносна піч

Рисунок 2.10 – Схема установки для визначення механічних властивостей жаростійких і жароміцних сталей за високих температур

Перед проведенням експерименту визначено температуру всередині зразка під час нагрівання (рис. 2.11, а) і основний параметр дослідження – залежність температури зразка від напруги і часу нагрівання. Установлено, що різниця між температурою робочої зони печі і температурою посередині зразка складає біля 50 °С. Результати досліджень показано на рис. 2.12.

а – схема градуювання: 1 – термопара; 2 – стружка хромоалюмінієвої сталі; 3 – зразок;

б – схема дослідження: 1 – зразок; 2 – спіраль; 3 – футеровка; 4 – кронштейн; 5 – термопара ХА

Рисунок 2.11 – Схеми градуювання (а) і випробовування зразка (б)

Експеримент проводили наступним чином: зразок установлювали в розривну машину і розміщали в печі. Для контролю температури всередину робочої зони печі встановлювали термопару. Відповідно до градуювального графіка та показань термопари при досягненні різниці температури в 50°С вимикали напругу на печі, вмикали розривну машину і реєстрували результати випробовувань.

Випробовуванням піддавали по три зразки від кожної проби жаростійкої чи жароміцної сталі.

Рисунок 2.12 – Залежність температури зразка від часу нагрівання

Дослідженнями встановлено, що за швидкого «вмикання-вимикання» температура падає до 10°С, що не суттєво впливає на результати дослідження.

2.7 Визначення параметрів термомеханічного оброблення хромоалюмінієвої сталі

Можливість і параметри термомеханічного оброблення зразків із сталі визначали осадженням зразків, нагрітих до різних температур, на установці, яку показано на рис. 2.13. Робота установки полягає в наступному: обертальний рух редуктора через вилку передається на ексцентрик, який піднімає вантаж масою 11 кг на висоту до 600 мм. Кожному оберту вала редуктора відповідає одне падіння вантажу на випробовуваний зразок.

Осадження зразка (зменшення висоти) визначали залежно від температури його нагрівання і кількості ударів. Висота досліджуваних зразків – 30 мм, діаметр – 20 мм. Температури зразків під час деформації знаходилися в діапазоні 1000…750°С за максимальний час деформації – 70 с.

1 – пускова кнопка; 2 – станина; 3 – нижній бойок; 4 – підставка для установки зразків; 5 – верхній бойок з вантажем; 6 – кронштейн для утримування вантажу; 7 – ексцентрик; 8 – вилка; 9 – лічильник ударів; 10 – черв’ячний редуктор; 11 – електродвигун

Рисунок 2.13 – Установка для визначення параметрів термомеханічного оброблення осадженням зразків

Рисунок 2.14 – Зразки для прокатування (великий) і дослідження осадки металу (середній за розміром) і окалиностійкості

2.8 Визначення зносостійкості сплавів в умовах гідроабразивного зносу

Для повного розуміння процесів зношування деталей у гідроабразивному середовищі і розроблення методики дослідження розглянемо методи визначення зносостійкості в умовах абразивного і ударно-абразивного зносу.

Розрізняють три головних різновиди абразивного зношування залежно від умов роботи деталі:

– абразивне зношування в нейтральному середовищі;

– зношування в абразивно-корозійних середовищах;

– ударно-абразивне зношування.

В умовах ударно-абразивного зношування доевтектичні чавуни з підвищеним вмістом вуглецю мають вищу зносостійкість, ніж евтектичні і тим більше заевтектичні. Переважним у гідроабразивних середовищах є абразивний знос матеріалу, а тому сплави, що мають високу зносостійкість в абразивних середовищах, можна успішно використовувати для виготовлення литих деталей, які працюють у гідроабразивних середовищах.

Оскільки деталі багерних насосів працюють в умовах гідроабразивного зносу, розроблена методика дослідження зносостійкості сплавів у максимально таких же умовах.

Вибір форми та розмірів зразків здійснювали з урахуванням таких умов:

– умови випробувань зразків мають моделювати реальні умови роботи деталей багерних насосів;

– зразки повинні мати оптимальні розміри та форми, зручні для їх кріплення під час випробовувань;

– зразки мають бути технологічними у виготовленні: нескладне виготовлення форм, оптимальне заливання і забезпечення щільності металу в місцях, які підпадають найвищій абразивній дії, та задовільне оброблювання на шліфувальних верстатах.

Вибрана форма зразка (рис. 2.15, а) дає можливість одержувати литі заготовки в нижній півформі та у вертикальному положенні. Це забезпечує максимальну щільність виливків у місцях, які найбільше піддаються зносу.

Для визначення твердості використовували зразки у вигляді паралелепіпеда розмірами 100×30×25 мм (рис. 2.15, б).

Виготовлення форм здійснювали з використанням формувальної суміші для чавунного литва: 80…85 % оборотної суміші, 10…15 % свіжого кварцового піску, 5…7 % вогнетривкої глини.

Вологість суміші не перевищувала 4,5…5,0 %, газопроникність – не менше 90…120 од. Півформи сушили в сушарці при температурі 200±10ºС протягом двох годин. Із сушарки півформи виймали перед збиранням і заливанням форм, тобто заливання металу здійснювали при температурі форм 40...50ºС.

Форми заливали при температурі рідкого чавуну 1400…1420°С. Після охолодження та вибивання форм зразки піддавали механічному обробленню з метою одержання однакових розмірів та чистоти поверхні.

А	б

Рисунок 2.15 – Зразки для дослідження зносостійкості сплавів у гідроабразивному середовищі (а) та твердості (б) до і після термічного оброблення

Методика визначення зносостійкості сплавів у гідроабразивному середовищі. Для дослідження зносостійкості сплавів у гідроабразивному середовищі спроектована установка на базі свердлильного верстата. Загальний вигляд установки показано на рис. 2.16. Для підтримування та фіксації зразків використовували спеціальну касету 11.

У касету одночасно можна поставити три або шість зразків.

Для фіксації зразків у касеті використовували кришку 3, яку прикріпляли до касети трьома гвинтами. За допомогою спеціальної гайки касету закріплювали на робочому валу 10 (див. рис. 2.16). Робочий вал насаджували на шпиндель верстата та фіксували гвинтом.

1 – верстак; 2 – основа; 3 – стояк; 4 – траверса; 5 – електродвигун; 6 – ручка фіксації траверси; 7 – клиноремінна передача; 8 – шпиндель; 9 – вузол кріплення робочого валу; 10 – робочий вал; 11 – касета; 12 – зразок; 13 – посудина з кришкою; 14 – шпильки кріплення посудини

Рисунок 2.16 – Установка для визначення зносостійкості матеріалів у гідроабразивному середовищі

Гідроабразивна суміш, яка уявляє собою суміш кар’єрного кварцового піску та води у відповідних пропорціях, заливається в посудину 13.

Після установлення робочого валу з касетою в посудину, останню закривали кришкою з гумовою прокладкою.

Глибину занурення касети із зразками в гідроабразивну суміш регулювали рукояткою 6. Електродвигун 5 має потужність 0,7 кВт та число обертів вала 1250 хв^–1.

Клиноремінна передача дає можливість регулювати кількість обертів робочого валу в такому діапазоні: n₁ = 385 хвˉ¹; n₂ = 1250 хвˉ¹; n₃ = 1540 хвˉ¹; n₄ = 1875 хвˉ¹; n₅ = 3375 хвˉ¹.

Перед визначенням оптимального режиму випробовувань зразків у гідроабразивному середовищі ставили такі завдання:

– забезпечити високу відтворюваність результатів;

– забезпечити достатню для оцінки величину зносу зразка за порівняно короткий час випробовувань;

– максимально здійснити стабільні умови випробовувань зразків у гідроабразивному середовищі.

Як абразивний матеріал для випробовувань використовували кар’єрний пісок, який має вищу, в порівнянні з річковим, абразивну дію через кутасту форму.

Для визначення оптимального режиму випробувань матеріалів у лабораторних умовах використовували зразки-еталони, які виготовляли із сплаву 280Х28Н2.

На підставі проведених методичних випробовувань з урахуванням можливостей установки рекомендовано такий режим та умови дослідження зносостійкості зразків у гідроабразивному середовищі:

– тривалість випробовування – 8 год;

– кількість обертів робочого вала – 1875 хвˉ¹;

– середній розмір абразиву – 0,2 мм;

– концентрація абразиву в пульпі – 30 % за об’ємом.

Такий режим випробовувань зразків сприяє достатньо високому їх зносу та задовільній відтворюваності результатів досліджень.