підвищення зносостійкості шарнірного з'єднання черпаковой ланцюга земснаряда забезпечується різнорідними матеріалами контактуючих поверхонь. Для втулок потрібні високоміцні низьколеговані вуглецеві стали типу 60С2А, 65га з твердістю поверхні 50-55 HRC. Для пальців необхідна сталь 110Г13 з мікролегуванням карбидообразующих елементами і бором після поверхневого зміцнення деформаційними методами до 60-62 HRC при збереженні високої ударної в'язкості в осьовій зоні деталей.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Булгаков Володимир Павлович, Уксусов Сергій Семенович, Цапко Людмила Андріївна


CRITERIA OF THE CHOICE OF THE MATERIAL FOR HINGED CONNECTIONS OF DREDGING SCOOPS

Increase of wear resistance of the hinged connection of dredging scoop is provided with diverse materials of contacting surfaces. For plugs high-strength low-alloy carbonaceous steel of type 60С2А, 65га with hardness of the surface 50-55 HRC is required. For fingers steel 110Г13 with microalloying by carbide formers and boron after superficial hardening by deformation methods till 60-62 HRC at preservation of high impact strength in an axial zone of details is necessary.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Вісник Астраханського державного технічного університету. Серія: Морська техніка і технологія
    Наукова стаття на тему 'Критерії вибору матеріалу для шарнірних з'єднань Черпаків земснаряда'

    Текст наукової роботи на тему «Критерії вибору матеріалу для шарнірних з'єднань Черпаків земснаряда»

    ?Короткі НАУКОВІ ПОВІДОМЛЕННЯ

    УДК 669.018.4: 621.828

    В. П. Булгаков, С. С. Уксусов, Л. А. Цапко

    КРИТЕРІЇ ВИБОРУ МАТЕРІАЛУ ДЛЯ шарнірних з'єднань Черпак Земснаряд

    V. P. Bulgakov, S. S. Uksusov, L. A. Tsapko

    CRITERIA OF THE CHOICE OF THE MATERIAL FOR HINGED CONNECTIONS OF DREDGING SCOOPS

    Підвищення зносостійкості шарнірного з'єднання черпаковой ланцюга земснаряда забезпечується різнорідними матеріалами контактуючих поверхонь. Для втулок потрібні високоміцні низьколеговані вуглецеві стали типу 60С2А, 65га з твердістю поверхні 50-55 HRC. Для пальців необхідна сталь 110Г13 з мікролегуванням карбидообразующих елементами і бором після поверхневого зміцнення деформаційними методами до 60-62 HRC при збереженні високої ударної в'язкості в осьовій зоні деталей.

    Ключові слова: ударно-абразивний знос, деформація, зносостійкість, черпаковая ланцюг, низьколегована сталь, високомарганцовістой сталь.

    Increase of wear resistance of the hinged connection of dredging scoop is provided with diverse materials of contacting surfaces. For plugs high-strength low-alloy carbonaceous steel of type 60С2А,

    65га with hardness of the surface 50-55 HRC is required. For fingers steel 110Г13 with microalloying by carbide formers and boron after superficial hardening by deformation methods till 60-62 HRC

    at preservation of high impact strength in an axial zone of details is necessary.

    Key words: impact and abrasive deterioration, deformation, wear resistance, scoop chain, low-alloy steel, high-manganese steel.

    Основним пристроєм днопоглиблювального земснаряда є черпаковая ланцюг. Черпаки в ланцюзі закріплені за допомогою чотирьох пальців з втулками, запресованими в отвори кронштейнів. Шарнірні з'єднання пальців і втулок мають зазори, в які проникають абразивні частинки. За один цикл переміщення черпака з грунтом шарнірне з'єднання відчуває різного роду динамічні навантаження. Протягом однієї навігації зношуються два комплекти черпаковая пальців і втулок.

    Основні види зношування пальців: абразивний, ударно-абразивну і видавлювання металу з контактної поверхні. Для втулок основні види зношування: абразивне, ударно-абразивну і пластична деформація зони контакту з пальцем. Втулки і палець черпаковая ланки знаходяться в різних напружено-деформованих станах: втулка піддається напруженням стиснення і деформується уздовж осі обертання; зміцнення-наклеп відбувається в зоні контакту з пальцем. Палець піддається напруженням вигину і високому контактному тиску, що викликає підвищення міцності властивостей і зміщення поверхневих шарів за механізмом повзучості.

    Черпаковая деталі роблять з високоміцних термообробних сталей 40ХН2, 50ХГФ, 60С2, 30ХН3, 30ХН3М і марганцовістойсталі 110Г13. Відомості про зносостійкість цих матеріалів досить суперечливі. Необхідні системні дослідження з визначення критеріїв абразивно і ударно-абразивного зносу, щодо поліпшення технології отримання гарантованого рівня механічних і фізичних властивостей поверхні і внутрішніх шарів деталей. Не менш важливими заходами для підвищення довговічності є збільшення точності складання і захист ковзають деталей від проникнення абразивних частинок на контактні поверхні.

    Процеси зношування деталей черпаковой ланцюга можна представити як абразивні, ударно-абразивні, деформаційні і фізичні. Найбільш працездатною парою тертя є пара, що складається з різнорідних матеріалів або матеріалів з однаковим хімічним складом, але різними механічними властивостями (межа міцності і плинності, пластичність і ударна в'язкість).

    Експлуатаційні випробування показали, що оптимальним поєднанням контактуючих матеріалів є наступна пара тертя: палець зі сталі 110Г13 - втулка зі сталі 30ХГСА після термічної обробки: загартування при температурі від 900 ° С і низького відпустки при температурі 200 ° С [1]. Високі міцнісні властивості: межа міцності 1 700 МПа, межа плинності - 1 400 МПа, відносне подовження - 12% і ударна в'язкість - 60 МДж / м забезпечили мінімальний знос втулки. Знос пальців з марганцовістойсталі виявився значним в зв'язку зі слабким зміцненням при ударних навантаженнях.

    Фізичним критерієм підвищення зносостійкості цієї пари є ступінь когерентності контактують сталей. Параметри решітки для площин (111) аустенитной структури марганцовістойсталі і площин (110) для відпущеного мартенситу сталі 30ХГСА відрізняються на 1-2%, і при механічному впливі можливий перехід аустеніту в мартенсит. Це підвищує твердість металу і ускладнює руйнування поверхневих шарів контактуючих деталей.

    Механізм формування рельєфу при ударно-абразивному зношуванні стали з високою твердістю (58-62НЯС) передбачає утворення лунки і дроблення абразиву. При зіткненні виникають мікротріщини і викришування металу з поверхні. Наявність твердих і тендітних фаз (карбіди, бориди, нітриди) полегшує руйнування поверхні деталі.

    Аналіз мікрорельєфу поверхонь зношування різних сталей з різною твердістю дозволив зробити висновки принципового значення.

    1. Формування і відділення елементарної частинки зносу пов'язані з деформацією зсуву або зрізу. Об'єктивним критерієм зносостійкості стали при ударі є опір зрізу.

    2. Механізм зношування визначається механічними властивостями зношуються поверхонь. Пластичні й в'язкі стали зношуються в результаті розвитку полідеформаці-ційних процесів, тверді стали - в результаті крихкого викришування.

    Для всіх досліджених марок сталей при ударно-абразивному впливі величина зносу залежить від твердості контактуючих поверхонь. Після термічної обробки на максимальну твердість швидкість зношування вуглецевої сталі 45 зменшується в 2 рази, а стали У 8 - в 3,5 рази. Це пояснюється наклепом і структурними змінами в металі. Ступінь зміцнення (підвищення твердості) і глибина наклепу поверхневих шарів різні для різних вуглецевих сталей. Збільшення твердості для сталі У8 становить 30%, для стали 45 - 23%. Зміцнення від пластичної деформації високовуглецевої сталі посилює перетворення залишкового аустеніту (8-10%) в мартенсит. Рентгеноструктурний аналіз і вимірювання мікротвердості мартенситу показали, що підвищення міцності властивостей високомарганцовістой стали при ударному навантаженні є результатом зміцнення від пластичного деформування мартенситу і перетворення аустеніту в мартенсит [2].

    Заслуговує на увагу зв'язок між загальним характером зносостійкості вуглецевих сталей і зміною опору зрізу і відриву в залежності від вмісту в них вуглецю і структурного стану металу. Після будь-якого виду термообробки: відпалу, гарту і відпустки, зносостійкість доевтектоїдних і заевтектоідних сталей нижче, ніж у евтектоїдной.

    Для всіх міцності в загальній залежності зносостійкості простежується граничний перехід на кордоні крихкого - в'язкого руйнування. При переході від в'язкої зони руйнування до тендітної зносостійкість зростає поступово і знижується з підвищенням твердості металу. Вплив показників пластичності: відносного подовження, звуження і ударної в'язкості однотипно. В області низької пластичності при крихкому руйнуванні зносостійкість вище, ніж в області в'язкого руйнування. Надійним способом підвищення зносостійкості черпаковая деталей є зміцнення поверхневих шарів деталей в поєднанні з оптимальною пластичністю, що вельми складно отримати на вищенаведених марках стали. Оптимальні механічні властивості для високої зносостійкості втулок і пальців можна отримати на стали 110Г13 за технологією, яка враховує особливості механізмів зміцнення цього металу. Експлуатаційні властивості виливків зі сталі Гадфільда ​​визначаються її здатністю до наклепу, яка зростає з підвищенням пластичності.

    Висока зносостійкість стали 110Г13 в умовах стирання при динамічних і статичних навантаженнях пояснюється інтенсивним зміцненням металу. Ступінь зміцнення залежить від швидкості і величини деформації. При наклеп в площинах зсуву виникають вторинні фази, які є ефективними бар'єрами при русі дислокації. У аустените про-

    виходить g-a-перетворення, де a є пересиченим твердим розчином вуглецю в залозі -мелкодісперсним мартенситом, розташованим в площинах з найбільш щільною упаковкою атомів. Розподілом мартенситу в зерні аустеніту, на кордонах зерен і в площинах ковзання керують поверхнево-активні модифікатори як першого роду (розчинні в розплаві і твердому розчині - наприклад, бор), так і другого роду (нерозчинні в твердому розчині - карбидообразующие хром, титан, ніобій , нітриди). Якщо карбіди і нітриди підвищують міцнісні властивості стали, то бор і бориди гальмують повзучість.

    У зв'язку з тим, що в металі досить високий вміст вуглецю (близько 1,1%), оптимальна кількість карбидообразующих становить 3-4%. Ефективність бору як модифікатора для підвищення міцності властивостей і гальмування повзучості була перевірена на стали 35. При вмісті бору до 0,07% після термічної обробки твердість зросла до 52 HRC; зносостійкість втулок і пальців з борованої стали збільшилася в 2,5 рази [3].

    Повільна пластична деформація до 30% в стали 110Г13 призводить до структурних змін в аустеніт - дроблення блоків мозаїки, в результаті чого твердість зростає до 30-35 HRC. Подальше підвищення ступеня деформації викликає виділення дрібних карбідів і боридів, які блокують рух дислокації як по площинах базису, так і на кордонах зерен. При ступеня деформації 60% твердість зростає до 60-62 HRC [4]. Таку ж високу твердість можна отримає багаторазової деформацією або високою швидкістю деформації. В даному випадку глибина ефективного зносостійкого шару на поверхні знижується.

    Підвищення зносостійкості шарнірного з'єднання черпаковой ланцюга земснаряда забезпечується різнорідними матеріалами контактуючих поверхонь. Для втулок потрібні високоміцні, низьколеговані вуглецеві стали типу 60С2А, 65га з твердістю поверхні 50-55 HRC. Для пальців необхідна високомарганцовістой сталь з мікролегуванням карбидообразующих елементами після поверхневого зміцнення деформаційними методами до твердості 60-62 HRC.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Погодаев Л. І. Кузьмін А. А. Ерозія матеріалів і суднових технічних засобів в неоднорідних рідких і газоподібних середовищах. - СПб .: СПГУВК, 2004. - 378 с.

    2. Булгаков В. П., Уксусов С. С., Цапко Л. А. Підвищення довговічності вузла кріплення черпаків днопоглиблювального земснаряда // Укр. Астрахан. держ. техн. ун-ту. Сер .: Морська техніка і технологія. -2010. - № 2. - С. 7-8.

    3. Виноградов В. М., Сорокін Г. М., Албагачіев А. Ю. Зношування при ударі. - М .: Машинобудування, 1982. - 192 с.

    4. Богачев І. Н., Еголаев В. Ф. Структура і властивості залізо-марганцевих сплавів. - М .: Металургія, 1973. - 295 с.

    Стаття надійшла до редакції 5.12.2011 ІНФОРМАЦІЯ ПРО АВТОРІВ

    Булгаков Володимир Павлович - Астраханський державний технічний університет; д-р техн. наук, професор; професор кафедри «Технологія металів»; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Bulgakov Vladimir Pavlovich - Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Science, Professor; Professor of the Department "Metal Technology"; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Уксусов Сергій Семенович - Астраханський державний технічний університет; старший викладач кафедри «Технологія металів»; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Uksusov Sergey Semenovich - Astrakhan State Technical University; Senior Teacher of the Department "Metal Technology"; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Цапко Людмила Андріївна - Астраханський державний технічний університет; старший викладач кафедри «Технологія металів»; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Tsapko Lyudmila Andreevna - Astrakhan State Technical University; Senior Teacher of the Department "Metal Technology"; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..


    Ключові слова: УДАРНО-АБРАЗИВНИЙ ЗНОС /ДЕФОРМАЦІЯ /ЗНОСОСТІЙКІСТЬ /черпаковая ЦЕПЬ /низьколегованої сталі /високомарганцовістой СТАЛЬ /IMPACT AND ABRASIVE DETERIORATION /DEFORMATION /WEAR RESISTANCE /SCOOP CHAIN /LOW-ALLOY STEEL /HIGH-MANGANESE STEEL

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити