Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей

Исследованы особенности работы шнеков в условиях интенсивного абразивного износа в смешивающих и размольных агрегатах. Обобщены известные методы повышения износостойкости сменного инструмента и материалов с повышенной абразивной стойкостью. Установлено, что наряду с легированными сталями высокой изн...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2011
Автори: Посыпайко, И.Ю., Соценко, О.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2011
Назва видання:Металл и литье Украины
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104385
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей / И.Ю. Посыпайко, О.В. Соценко // Металл и литье Украины. — 2011. — № 1. — С. 32-35. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104385
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1043852025-02-23T18:27:35Z Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей Підвищення зносостійкості змінних деталей промислових змішувачів Increasing of industry mixers сhangeаble parts durability Посыпайко, И.Ю. Соценко, О.В. Исследованы особенности работы шнеков в условиях интенсивного абразивного износа в смешивающих и размольных агрегатах. Обобщены известные методы повышения износостойкости сменного инструмента и материалов с повышенной абразивной стойкостью. Установлено, что наряду с легированными сталями высокой износостойкостью характеризуются отбеленные, а также легированные чугуны бейнитного класса. Досліджено особливості роботи шнеків в умовах інтенсивного абразивного зносу в змішуючих і розмельних агрегатах. Узагальнено відомі методи підвищення зносостійкості змінного інструменту і матеріалів з підвищеною абразивною стійкістю. Встановлено, що разом із легованими сталями високою зносостійкістю характеризуються вибілені, а також леговані чавуни бейнітного класу. The pecularities of the screws work in conditions of intense abrasive wear in the mixing and grinding units are investigated. The known methods of improving the durability of changeable tools and materials with an abrasion resistant are summarized. It is found that in addition to alloy steels the bleached and alloy cast iron bainitic class are characterized by high wear resistance. 2011 Article Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей / И.Ю. Посыпайко, О.В. Соценко // Металл и литье Украины. — 2011. — № 1. — С. 32-35. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104385 669.15.26.74-196 ru Металл и литье Украины application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Исследованы особенности работы шнеков в условиях интенсивного абразивного износа в смешивающих и размольных агрегатах. Обобщены известные методы повышения износостойкости сменного инструмента и материалов с повышенной абразивной стойкостью. Установлено, что наряду с легированными сталями высокой износостойкостью характеризуются отбеленные, а также легированные чугуны бейнитного класса.
format Article
author Посыпайко, И.Ю.
Соценко, О.В.
spellingShingle Посыпайко, И.Ю.
Соценко, О.В.
Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
Металл и литье Украины
author_facet Посыпайко, И.Ю.
Соценко, О.В.
author_sort Посыпайко, И.Ю.
title Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
title_short Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
title_full Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
title_fullStr Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
title_full_unstemmed Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
title_sort повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate 2011
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104385
citation_txt Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей / И.Ю. Посыпайко, О.В. Соценко // Металл и литье Украины. — 2011. — № 1. — С. 32-35. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series Металл и литье Украины
work_keys_str_mv AT posypajkoiû povyšenieiznosostojkostismennyhdetalejpromyšlennyhsmesitelej
AT socenkoov povyšenieiznosostojkostismennyhdetalejpromyšlennyhsmesitelej
AT posypajkoiû pídviŝennâznosostíjkostízmínnihdetalejpromislovihzmíšuvačív
AT socenkoov pídviŝennâznosostíjkostízmínnihdetalejpromislovihzmíšuvačív
AT posypajkoiû increasingofindustrymixersshangeablepartsdurability
AT socenkoov increasingofindustrymixersshangeablepartsdurability
first_indexed 2025-11-24T10:11:33Z
last_indexed 2025-11-24T10:11:33Z
_version_ 1849666142192271360
fulltext 32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (212) ’2011 УДК 669.15.26.74-196 И. Ю. Посыпайко, О. В. Соценко Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск Повышение износостойкости сменных деталей промышленных смесителей Исследованы особенности работы шнеков в условиях интенсивного абразивного износа в смешивающих и раз- мольных агрегатах. Обобщены известные методы повышения износостойкости сменного инструмента и мате- риалов с повышенной абразивной стойкостью. Установлено, что наряду с легированными сталями высокой из- носостойкостью характеризуются отбеленные, а также легированные чугуны бейнитного класса. Ключевые слова: промышленные смесители, абразивная износостойкость, хромистый чугун, никелево- молибденовый чугун, бейнитная микроструктура, накладные плиты П остановка проблемы. Разработка и внедрение мероприятий по утилизации вторичных матери- альных ресурсов в сочетании с решением эко- логических задач относятся к числу актуальных проблем по повышению эффективности работы со- временных металлургических предприятий с со- блюдением природоохранных мероприятий. Одним из путей реализации этой проблемы является повы- шение абразивной износостойкости сменного инстру- мента промышленных смесителей, работающих в комплексах для переработки вторичного сырья (дис- персных отходов металлургического производства) методом брикетирования с последующим использо- ванием брикетов в доменном производстве. Анализ последних достижений и публикаций. Ре- шение проблемы должно предусматривать удешев- ление материала, использованного для изготовле- ния инструмента, а также повышение его эксплуа- тационных характеристик. Существуют различные методы повышения стойкости деталей машин, ра- ботающих в условиях абразивного износа. Один из наиболее распространенных методов – наплавка ра- бочих поверхностей деталей электродами. Наплавка является достаточно универсальным и экономичным способом для восстановления деталей машин и механизмов, придает им необходимую изно- состойкость. Целесообразность применения наплавоч- ных электродов обусловлена относительной простотой метода наплавки – ее можно выполнять во всех про- странственных положениях; таким образом, наплавка производится на детали со сложной геометрией. Вместе с тем, использование электродов имеет и свои недостатки: значительно выше стоимость их изготовления, чем, например, сварочная проволока, большие потери при наплавке, вынужденные пере- рывы в работе для их замены. Наплавочные электроды подбирают в зависимо- сти от вида износа, для защиты от которого они пред- назначены. Подбирать универсальные наплавочные электроды весьма проблематично, так как при увели- чении стойкости к абразивному износу уменьшается стойкость к ударам, и наоборот. Поэтому оптималь- ность выбора наплавочного электрода определяет- ся часто субъективно в зависимости от квалифика- ции специалиста и правильного определения усло- вий работы упрочняемых деталей. Кроме традиционных способов наплавки деталей электродами нашли применение методы плазмен- ной наплавки и технология изготовления стальных отливок с поверхностно-легированным износостой- ким слоем (ПЛС). Метод плазменной наплавки-напыления с при- менением порошкового композиционного материа- ла, обладающего особо высокой абразивной износо- стойкостью, состоит в нанесении на изнашиваемую поверхность деталей абразивостойкого покрытия из порошкового материала с использованием ручно- го или механизированного плазмотрона. Покрытие предназначено для нанесения на детали из углеро- дистых и легированных сталей, а также чугуна. Технология изготовления стальных отливок с поверхностно-легированным износостойким слоем, позволяющая экономить дорогостоящие и дефицит- ные материалы и обеспечивающая высокие эксплу- атационные характеристики изделия, заключается в получении отливок с поверхностно-легированным слоем (ПЛС). Твердость ПЛС – 43-46 ед. HRC. Ис- пытания на износостойкость, проведенные разны- ми методами (газоабразивным износом, истиранием с использованием контртела из стали У8), показали, что износ ПЛС уменьшается на 40-50 % [1]. Наплав- ка такого слоя в форме или, как его называют, по- верхностное легирование отливок значительно эко- номичней и производительней широко применяемых дугового и индукционного методов наплавки. Вторым направлением в обеспечении абразивной и ударно-абразивной износостойкости является ли- тье деталей и накладок к ним из легированных спла- вов и отбеленного чугуна. В последние годы в этом направлении проведены многочисленные исследова- ния и опубликованы отдельные монографии [2-10]. Высокохромистые чугуны с добавкой легирующих элементов успешно применяются для изготовления деталей или их армирующих элементов, накладок на лопасти смесителей, элементов конструкции багер- ных насосов и других, что обеспечивает их высокую 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (212) ’2011 износостойкость и долговечность. Такие сплавы могут одновременно иметь повышенную прочность, пла- стичность и износостойкость; характеризуются высо- кой степенью однородности структуры; хорошо сва- риваются со сталью обычными электродами. В работе [11] на основании исследования влияния технологических особенностей литья на качество де- талей из высокохромистых чугунов пришли к выводу о возможности замены чугуна марки ИЧ210Х33Н3СЛ маркой ИЧ210Х30Г3Л. Это позволяет не только сни- зить затраты на производство литых деталей насосов для ГОК, но и отказаться от использования таких доро- гостоящих легирующих элементов, как никель. Проблема повышения абразивостойкости высо- коуглеродо-хромистых (2,8 % С, 15 % Сr) сплавов в условиях значительных ударных нагружений (поряд- ка 1000 Дж) при взаимодействии с абразивными ма- териалами является весьма сложной и актуальной. Это связано с тем, что повышение износостойкости деталей мелющего оборудования, непосредственно контактирующих с горными породами, достигается за счет получения в структуре чугуна упрочняющей фа- зы (карбиды, нитриды, интерметаллоиды и другие), обладающей высокой микротвердостью, но наличие которой, в свою очередь, резко снижает пластические свойства сплава в целом [12]. Добиться повышения ударостойкости можно термической обработкой, ле- гированием и другими методами, обеспечивающи- ми увеличение пластичности вследствие изменения структурного состояния основы материала. Одна- ко указанные способы обычно приводят к снижению агрегатной твердости поверхностного слоя и, соот- ветственно, износостойкости рабочих тел [13]. Результаты исследования влияния карбидообра- зующих элементов (Mo, W, V, Mn) на кристаллиза- ционные параметры, физико-механические свойства и износостойкость низкоуглеродистого хромистого (6 % Cr) белого чугуна в литом состоянии показали, что твердость и износостойкость хромистого чугу- на увеличиваются при дополнительном легирова- нии Мо (до 3 %) и W (до 10 %). При легировании Mn до 5 % твердость и износостойкость также уве- личиваются. Несмотря на незначительное уменьше- ние твердости, износостойкость ванадиевого чугуна возрастает на 25 %. Воздушная закалка существенно повышает твердость и износостойкость легированно- го хромистого чугуна. Максимальную твердость и из- носостойкость хромистого чугуна наблюдали при (%) 1-2 Mn, 2,5 W, 0,5-1 Mo, 1-2 V. Низкотемпературный отпуск снижает твердость и износостойкость легиро- ванных хромистых чугунов [14]. Выделение нерешенных ранее отдельных задач общей проблемы. Проведенный анализ состояния во- проса свидетельствует о том, что универсальных ре- шений повышения абразивной износостойкости до настоящего времени не найдено. Это касается как ра- циональных способов защиты рабочих поверхностей деталей от абразивного износа – наплавка электро- дом или применение накладной арматуры (плит), – так и выбора состава материалов и сплавов при реа- лизации того или иного решения для конкретных усло- вий или агрегатов. Формулирование целей статьи. В работе пред- принята попытка дать анализ условий работы конкрет- ного промышленного смесителя, оценить реальную износостойкость его деталей в эксплуатации, а также рассмотреть возможные пути решения проблемы. Основные результаты исследования. В каче- стве промышленного объекта анализа был выбран бетоносмесительный комплекс КР-0110 производ- ства ООО «Завод „Строммаш”» (Украина, Чер- кассы). Комплекс предназначен в основном для приготовления бетонных смесей. Его основные характеристики: объем по загрузке 650 л; произво- дительность 10 м3/ч; частота вращения смеситель- ного вала 35,5 об/мин. Комплекс использовали для смешивания компонен- тов шихты и последующего брикетирования металлоот- ходов в брикеты 100х100х100 мм (рис. 1, в). В составе шихты использовали 70 % прокатной окалины, осталь- ное (18-20 %) – металлосодержащие отходы крупно- стью не более 10 мм, колошниковая пыль, шламы ме- таллургического производства, пыль очистительных устройств металлургических агрегатов. В качестве свя- зующего применяли цемент, известковую пыль и уско- рители твердения для бетонных растворов (10-12 %). Комплекс обеспечивает качественное перемеши- вание компонентов шихты для изготовления брике- тов. По техническим характеристикам он удовлетво- ряет требованиям производства, удобен в эксплуа- тации. Основная проблема – относительно короткий период эксплуатации деталей, подвергающихся ин- тенсивному абразивному износу – лопастей смесите- ля, что сильно снижает общий ресурс оборудования. Лопасть смесителя изготавливается из листового проката и состоит из двух наложенных одна на другую пластин из стали марки 30ХГСА толщиной 10 мм каж- дая. На лопасть наваривается износостойкая проволо- ка – термонит (рис. 1, а, б). Опыт эксплуатации пока- зал, что при наплавлении на лопасти износостойкого сплава происходит их коробление, и возникают откло- нения от геометрических размеров. Монтаж лопастей на смеситель усложняется, а так как установку лопа- стей осуществляют, как правило, в аварийных ситуаци- ях и при отсутствии запасных частей, это составляет а б в д Элементы конструкции смесителя (а, б, г) и готовые бри- кеты металлических отходов (в) Рис. 1. 34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (212) ’2011 значительную проблему. Наблюдения показали, что эксплуатационная стойкость наваренных лопастей в период интенсивной работы оборудования не превы- шает 2-3 недель. Износ лопастей в разных участках составляет 3-8 мм. Анализ условий работы комплекса показал, что в качестве альтернативы наплавке лопастей смесите- ля электродами может быть реализован вариант их защиты от абразивного износа в виде фрагментиро- ванных накладных плит (рис. 1, г). Подобные реше- ния реализует ряд западноевропейских специализи- рованных фирм. Выбор рационального сплава для литья подоб- ных накладных плит на основании приведенного вы- ше обзора литературных источников по проблеме мо- жет быть сделан в пользу высокохромистых чугунов. Тем не менее в специальной литературе, касающей- ся данного вопроса, недостаточно внимания уделяет- ся белым или отбеленным чугунам бейнитного класса на основе никеля и марганца или их сочетаний. В порядке поиска рационального сплава для на- кладных плит были исследованы образцы магние- вого высокопрочного чугуна, отлитые в массивный кокиль. Химический состав чугуна опытных образ- цов находился в пределах (%): 3,2-3,30 C; 0,6-1,0 Si; 0,35-0,40 Mn; 0,5-0,6 P; 0,01-0,02 S; 0,15-0,16 Cr; 3,70-4,80 Ni; 0,40-0,65 Mo; 0,17-0,18 Nb; 0,06-0,07 Mg; 0,01-0,02 Ce. Образцы с содержанием 3,70 % Ni имели цементито-бейнитную структуру в рабочей зоне пли- ты (рис. 2, а), а с удалением от этой зоны преоб- ладал верхний бейнит (рис. 2, б). В образцах с содер- жанием 4,80 % Ni и повышенным содержанием мо- либдена в соответствующих зонах структура была преимущественно цементито-бейнитная с преобла- данием нижнего бейнита и мартенсита (рис. 2, в, г). Твердость чугуна на расстоянии 5 мм от рабо- чей поверхности плиты-холодильника составляла 58-59 HRC. Характер микроструктуры опытных об- разцов и твердость их рабочего слоя вполне соот- ветствуют таким же характеристикам высокохро- мистых сплавов, обзор которых приведен выше. Особенность формирования структуры деталей, отлитых из белых комплекснолегированных чугу- нов в кокиль, состоит в том, что вследствие быстро- го охлаждения поверхностного пристеночного слоя в нем создается большое переохлаждение. В пере- охлажденном расплаве и стенке кокиля на активных центрах кристаллизации зарождаются и быстро ра- стут преимущественно в направлении теплоотвода дендриты первичного аустенита [16]. Дендриты, ра- стущие под малыми углами к поверхности формы, выклиниваются, а растущие нормально и под боль- шими углами – прорастают вглубь параллельно на- правлению максимального теплоотвода (рис. 3, а). В процессе эвтектической кристаллизации про- исходит одновременное выделение аустенита и це- ментита [16]. При этом достигается формирование в металле микроструктур (рис. 3, б), отвечающих принципу Шарпи: твердые элементы карбидной со- ставляющей с низким коэффициентом трения и ма- лой склонностью к задиру располагаются в пластич- ной матрице [8]. Бейнитная матрица не только обеспечивает на- дежное фиксирование карбидных блоков, но и сама имеет высокую износостойкость. Чугуны с бейнитной структурой практически не уступают по износостойко- сти чугунам мартенситного класса [17]. Так, если из- нос чугуна с перлитной структурой составляет 3,18 %, то при мартенситной и бейнитной структуре величина его не превышает 0,02 и 0,03 % соответственно. Выводы Проведен анализ условий работы бетоносме- сительного комплекса КР-0110, используемого для брикетирования металлоотходов. Установлено, что лопасти смесительного агрегата с наплавленным износостойким слоем не обеспечивают стабильной работы комплекса. Проведено исследование опытных образцов на- кладных абразивозащитных плит из никелево-молиб- денового чугуна. Чугун образцов может конкурировать а б в г Микроструктура опытных образцов Ni-Mo чугуна на- кладных плит (х500): цементит и верхний бейнит (а); верхний бей- нит (б); цементит, нижний бейнит и мартенсит (в); верхний бейнит и мартенсит (г) а б Микроструктура аустенито-карбидных колоний комплекс- нолегированного отбеленного чугуна в сечении параллельном на- правлению теплоотвода (а) и в поперечном сечении этих колоний (б) Рис. 3. Рис. 2. 35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (212) ’2011 с высокохромистыми чугунами по типу микрострук- туры, уровню твердости и абразивостойкости. Дальнейшие исследования предполагается вы- полнять на чугунах бейнитного класса с частичной или полной заменой дефицитного никеля марганцем с последующими испытаниями этих чугунов на абра- зивную стойкость в условиях, сопоставимых с про- мышленными. ЛИТЕРАТУРА 1. Крушенко Г. Г. , Талдыкин Ю. А., Усков И. В. Стальные отливки с поверхностно-легированным износостойким слоем // Литейн. пр-во. – 2000. – № З. – С. 21-22. 2. Капустин М. А., Шестаков И. А. Оптимизация химического состава износостойкого чугуна для литых мелющих ша- ров // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 1999. – № 2. – С. 32-33. 3. Сильман Г. И., Камынин В. В., Полухин М. С. Управление структурой и свойствами антифрикционных чугунов // Заготовительные производства в машиностроении. – 2006. – № 10. – С. 39-46. 4. Бобырь С. В., Большаков В. И. Марганцовистые чугуны как износостойкие конструкционные материалы // Техника машиностроения. – 2006. – № 2. – С. 28-31. 5. Цыпин И. И. Белые износостойкие чугуны: структура и свойства. – М.: Металлургия, 1983. – 176 c. 6. Поддубный А. Н., Романов Л. М. Износостойкие отливки из белых чугунов для металлургии и машиностроения. – Брянск: Придесенье, 1999. – 120 с. 7. Марукевич Е. И. Износостойкие сплавы. – М.: Машиностроение, 2005. – 428 с. 8. Жуков А. А. , Сильман Г. И., Фрольцов М. С. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов. – М.: Машиностроение, 1984. – 104 с., 2007. – 88 с. 9. Лагута В. И., Колесников В. А., Хинчагов Г. В. Повышение износостойкости высокомарганцевых чугунов за счет дополнительного легирования // Зб. наук. праць СНУ. – Луганськ. – 2001. – 107 с. 10. Афанасьев В. К., Кузнецова Е. В., Громов Г. Е. Применение водорода для повышения износостойкости чугуна // Изв. вузов. Чер. металлургия. – 2004. – № 4. – С. 66-67. 11. Влияние особенностей отливки на качество деталей из высокохромистых чугунов / Ю. А. Ем, О. П. Юшкевич, В. Т. Ка- линин и др. // Металл и литье Украины. – 2005. – № 5. – С. 36-39. 12. Попов В. С., Брыков Н. Н. Износостойкость сталей и сплавов. – Запорожье: ВПК «Запоріжжя», 1996. – 180 с. 13. Брыков Н. Н., Попов С. Н. Влияние структуры сплавов лопаток асфальтосмесительных установок на сопротивляе- мость изнашиванию // Строительные и дорожные машины. – 1991. – № 2. – С. 18-19 14. Синтез комплексно-легированных белых чугунов в литом и термообработанном состояниях / Х. Ри, Э. Х. Ри, А. С. Раб- зина и др. // Литейн. пр-во. – 2006. – № 7. – С. 2-4. 15. Сильман Г. И., Камынин В. В., Харитоненко С. А. Влияние кремния на структуру и свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2006. – № 6. – С. 38-41. 16. Котешов Н. П. Особенности формирования структуры при затвердевании чугунных прокатных валков // Теория и прак- тика металлургии. – 1999. – № 4. – С. 7-10. 17. Холл А. М. Никель в чугуне и стали. – М.: Металлургиздат, 1959. – 571 с. Посипайко І. Ю., Соценко О. В. Підвищення зносостійкості змінних деталей промислових змішувачів Анотація Ключові слова промислові змішувачі, абразивна зносостійкість, хромистий чавун, нікелево-молібде- новий чавун, бейнітна мікроструктура, накладні пліти Досліджено особливості роботи шнеків в умовах інтенсивного абразивного зносу в змішуючих і розмельних агрегатах. Узагальнено відомі методи підвищення зносостійкості змінного інструменту і матеріалів з підвищеною абразивною стійкістю. Встановлено, що разом із легованими сталями високою зносостійкістю характеризуються вибілені, а також леговані чавуни бейнітного класу. The pecularities of the screws work in conditions of intense abrasive wear in the mixing and grinding units are investiga-ted. The known methods of improving the durability of changeable tools and materials with an abrasion resistant are summa- rized. It is found that in addition to alloy steels the bleached and alloy cast iron bainitic class are characterized by high wear resistance. Posypaiko I., Sotsenko O. Increasing of industry mixers сhangeаble parts durabilitySummary Поступила 26.05.10 Keywords industrial mixers, abrasive wear resistance, chromic iron, nickel-molibdeium iron, bainitic micro- structure, overhead plate