Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів

НВ – твердість за методом Бринелля

НRС – твердість за методом Роквелла, шкала С

НRA – твердість за методом Роквелла, шкала А

ЗВВ – зворот власного виробництва

q – утрати маси в умовах високих температур

МПа – мегапаскаль

А – ампер – одиниця струму

В – вольт – одиниця напруги

кВт – кіловат – одиниця потужності

мас. ч. – масова частина

σ_В – тимчасовий опір розриванню

σ_Т – межа текучості

ВСТУП

У багатьох випадках під час виробництва литих деталей із жаростійких, жароміцних, корозійностійких і зносостійких сплавів виникає необхідність через процеси додаткового легування, мікролегування або модифікування покращити їх хоча б окремі властивості. Проте через брак як теоретичної, так і практичної інформації з цих питань не дає можливості в умовах виробництва використовувати на високому рівні ці процеси, а тому такі технології у виробничих умовах не відзначаються стабільністю і потребують постійного удосконалення. Це особливо стосується виготовлення виливків із сплавів на основі заліза спеціальними способами лиття.

Подальший розвиток теоретичних і технологічних принципів розроблення нових або удосконалення існуючих сплавів із спеціальними властивостями на основі заліза з використанням методів додаткового легування, мікролегування і модифікування та розроблення на їх основі високопродуктивних і ефективних технологій виготовлення жаростійких, жароміцних, корозійностійких і зносостійких литих деталей відповідального та особливо відповідального призначення високої якості різними способами лиття є проблемою вкрай актуальною.

Наприклад, спеціальні сплави, які використовують у теплоенергетиці для виготовлення литих деталей, які працюють в умовах високих температур, агресивних середовищ або інтенсивного абразивного та гідроабразивного зносу, вміщують у своєму складі значну кількість таких дорогих та дефіцитних елементів як нікель, молібден, мідь тощо.

У вітчизняній практиці на сьогодні накопичений значний досвід щодо використання недорогих як жаростійких, так и зносостійких матеріалів, що працюють у наведених умовах. До таких матеріалів можна віднести хромисті та хромонікелеві сталі, високохромисті та хромомарганцеві чавуни. Проте такі сплави мають відносно невисокі показники як жаростійкості та зносостійкості, так і механічних властивостей. Вони здатні утворювати тріщини у виливках у процесі їх тверднення або термічного оброблення, а тому потребують додаткового вивчення можливостей покращання цих характеристик процесами легування, мікролегування, модифікування або удосконаленими технологічними процесами виготовлення виливків спеціальними способами лиття та термічного оброблення.

Актуальність роботи полягає ще і в тому, що високі температури та агресивні середовища в котлоагрегатах теплових електростанцій, а також інтенсивний гідроабразивний знос литих деталей агрегатів систем гідрозоловидалення ТЕС наносить значну шкоду господарству, а витрати на заміну таких деталей обчислюються сотнями тисяч гривень за рік.

Отже задачі з’ясування причин, які сприяють швидкому руйнуванню литих жаростійких, жароміцних, корозійностійких та зносостійких деталей в умовах високих температур, агресивного середовища та інтенсивного зносу має дати відповідь щодо підвищення довговічності роботи машин через удосконалення технологій покращання спеціальних властивостей процесами додаткового легування, модифікування і мікролегування базових жаростійких, жароміцних і зносостійких сплавів на основі заліза та механізмів управляння цими процесами під час виготовлення виливків, у тому числі і спеціальними способами лиття. Це головне завдання цієї науково-дослідної роботи.

У роботі розглянуті питання, які пов’язані з покращанням експлуатаційних характеристик існуючих жаростійких і зносостійких сплавів на основі заліза та пошуком як нових матеріалів, що не вміщують у своєму складі дорогих та дефіцитних елементів. Особлива увага приділена і створенню нових формувальних і стрижневих сумішей для виготовлення виливків із спеціальними властивостями.

Узагальнення лабораторних досліджень жаростійкості сталей з хромом та алюмінієм, а також зносостійкості високолегованих чавунів в абразивному і гідроабразивному середовищах, дослідно-промислові випробування технологічних процесів виготовлення литих деталей насадок пальників котлоагрегатів і багерних насосів дали можливість рекомендувати як жаростійкий матеріал безнікелеві хромоалюмінієві сталі, які мають високий опір окисненню в умовах високих температур і агресивних середовищ, та як зносостійкий матеріал – хромомарганцеві чавуни, які мають підвищений опір зносу і задовільну оброблюваність на металорізальних верстатах після відповідних режимів термічного оброблення.

Робота виконана відповідно до технічного завдання на держбюджетну науково-дослідну роботу №2431п «Теоретичні і технологічні принципи розроблення новітніх сплавів із спеціальними властивостями для виробництва деталей різними способами лиття»

Номер державної реєстрації – 0111U002533; код КВНТД 1.211.16.04: УДК 621.745.55

Метою роботи є розроблення новітніх сплавів із спеціальними властивостями на основі заліза з високими жаростійкістю, жароміцністю, корозійною стійкістю і зносостійкістю, технологічних процесів виробництва із них литих деталей різних маси, геометрії, габаритних розмірів і товщини стінок сучасними способами лиття та розширення галузей використання цих матеріалів через процеси термомеханічного оброблення металів.

Об’єкт дослідження – Процеси виготовлення якісних виливків із спеціальних сталей різними способами лиття з використанням впливу технологічних факторів на властивості розплавів.

Предмет дослідження – хімічний склад, структура, ливарні, механічні та спеціальні властивості мікролегованих і модифікованих сплавів на основі заліза.

В роботі розглядаються такі питання:

– аналіз конкретних умов експлуатації жаростійких, жароміцних, корозійностійких і зносостійких деталей і матеріалів, які використовують для їх виготовлення;

– методики визначення ливарних, механічних і спеціальних властивостей жаростійких, жароміцних і корозійностійких сталей та зносостійкості високолегованих чавунів;

– визначення хімічного складу і вивчення структури та властивостей жаростійких сталей з хромом і алюмінієм та зносостійких хромомарганцевих чавунів;

– визначення окалиностійкості хромоалюмінієвих сталей та впливу їх хімічного складу на цю властивість;

– вплив легувальних елементів на властивості високолегованих зносостійких чавунів та визначення їх оптимального хімічного складу;

– вплив технологічних факторів на виплавляння високоякісної хромоалюмінієвої сталі різного хімічного складу;

– дослідження ефективності процесів мікролегування і модифікування спеціальних сплавів на основі заліза;

– дослідження термомеханічного оброблення хромоалюмінієвих сталей з метою розширення галузей їх використання;

– вибір і обґрунтування оптимального складу хромоалюмінієвих сталей для конкретних умов експлуатації виготовлених із них литих деталей різними способами лиття;

– визначення ефективності використання мікролегованих і модифікованих хромоалюмінієвих сталей для виготовлення литих деталей різних розмірів литтям у піщані та металеві форми, литтям за витоплюваними моделями та відцентровим литтям;

– розроблення технологічних процесів виробництва виливків різними способами лиття;

– лабораторні та дослідно-промислові випробовування технологічних процесів виготовлення виливків різними способами лиття.

Значна частина результатів досліджень апробовані в умовах ливарного цеху СО ПАТ «Донбасенерго» «Електроремонт», м. Донецьк (ДОДАТОК А).