Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц

Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц

Изучалось изменение твердости поверхностного слоя шаров, которые используются в шаровых барабанных мельницах, как рабочее тело. Исследовалась динамика появления и развития микродефектов, областей разрушения. Определялись основные механизмы изменения структуры материала шаров. Рассматривалась зависим...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2015
Hauptverfasser: Клепиков, В.Ф., Прохоренко, Е.М., Литвиненко, В.В., Брюховецкий, В.В., Шатов, В.В., Шульгин, Н.А., Морозов, А.И.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2015
Schriftenreihe:Физическая инженерия поверхности
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108724
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц / В.Ф. Клепиков, Е.М. Прохоренко, В.В. Литвиненко, В.В. Брюховецкий, В.В. Шатов, Н.А. Шульгин, А.И. Морозов // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 250-258. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108724
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1087242025-02-10T00:38:37Z Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц Структурні особливості механізмів зносу та руйнування матеріалів кульок барабанних млинів Structural features of mechanisms of wear and destruction of materials of balls of drum mills Клепиков, В.Ф. Прохоренко, Е.М. Литвиненко, В.В. Брюховецкий, В.В. Шатов, В.В. Шульгин, Н.А. Морозов, А.И. Изучалось изменение твердости поверхностного слоя шаров, которые используются в шаровых барабанных мельницах, как рабочее тело. Исследовалась динамика появления и развития микродефектов, областей разрушения. Определялись основные механизмы изменения структуры материала шаров. Рассматривалась зависимость износа шара от накопления структурных изменений. Вивчалася зміна твердості поверхневого шару куль, які використовуються в кульових барабанних млинах, як робоче тіло. Досліджувалася динаміка появи і розвитку мікродефектів, областей руйнування. Визначалися основні механізми зміни структури матеріалу куль. Розглядалася залежність зносу кулі від накопичення структурних змін. A change was studied to hardness of superficial layer of balls which are used in ball drum mills, as a working body. The dynamics of appearance and development of microflaws was investigated, areas of destruction. The basic mechanisms of change of structure of material of balls were determined. Dependence of wear of ball was examined on the accumulation of structural changes. 2015 Article Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц / В.Ф. Клепиков, Е.М. Прохоренко, В.В. Литвиненко, В.В. Брюховецкий, В.В. Шатов, Н.А. Шульгин, А.И. Морозов // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 250-258. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108724 681.2, 621.311.18 ru Физическая инженерия поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Изучалось изменение твердости поверхностного слоя шаров, которые используются в шаровых барабанных мельницах, как рабочее тело. Исследовалась динамика появления и развития микродефектов, областей разрушения. Определялись основные механизмы изменения структуры материала шаров. Рассматривалась зависимость износа шара от накопления структурных изменений.
format Article
author Клепиков, В.Ф.
Прохоренко, Е.М.
Литвиненко, В.В.
Брюховецкий, В.В.
Шатов, В.В.
Шульгин, Н.А.
Морозов, А.И.
spellingShingle Клепиков, В.Ф.
Прохоренко, Е.М.
Литвиненко, В.В.
Брюховецкий, В.В.
Шатов, В.В.
Шульгин, Н.А.
Морозов, А.И.
Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
Физическая инженерия поверхности
author_facet Клепиков, В.Ф.
Прохоренко, Е.М.
Литвиненко, В.В.
Брюховецкий, В.В.
Шатов, В.В.
Шульгин, Н.А.
Морозов, А.И.
author_sort Клепиков, В.Ф.
title Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
title_short Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
title_full Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
title_fullStr Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
title_full_unstemmed Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
title_sort структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2015
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108724
citation_txt Структурные особенности механизмов износа и разрушения материалов шаров барабанных мельниц / В.Ф. Клепиков, Е.М. Прохоренко, В.В. Литвиненко, В.В. Брюховецкий, В.В. Шатов, Н.А. Шульгин, А.И. Морозов // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 250-258. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT klepikovvf strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT prohorenkoem strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT litvinenkovv strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT brûhoveckiivv strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT šatovvv strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT šulʹginna strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT morozovai strukturnyeosobennostimehanizmoviznosairazrušeniâmaterialovšarovbarabannyhmelʹnic
AT klepikovvf strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT prohorenkoem strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT litvinenkovv strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT brûhoveckiivv strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT šatovvv strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT šulʹginna strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT morozovai strukturníosoblivostímehanízmívznosutaruinuvannâmateríalívkulʹokbarabannihmlinív
AT klepikovvf structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
AT prohorenkoem structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
AT litvinenkovv structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
AT brûhoveckiivv structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
AT šatovvv structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
AT šulʹginna structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
AT morozovai structuralfeaturesofmechanismsofwearanddestructionofmaterialsofballsofdrummills
first_indexed 2025-12-02T05:29:44Z
last_indexed 2025-12-02T05:29:44Z
_version_ 1850373187159719936
fulltext СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ШАРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2250 © Клепиков В. Ф., Прохоренко Е. М., Литвиненко В. В., Брюховецкий В. В., Шатов В. В., Шульгин Н. А., Морозов А. И., 2015 250 УДК 681.2, 621.311.18 СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ШАРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ В. Ф. Клепиков1, Е. М. Прохоренко1, В. В. Литвиненко1, В. В. Брюховецкий1, В. В. Шатов1, Н. А. Шульгин2, А. И. Морозов3 1Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины, (Харьков), Украина, 2Национальный научный центр Харьковский физико-технический институт НАН Украины, (Харьков), Украина, 3Национальный университет гражданской защиты Украины,(Харьков) Поступила в редакцию 17.05.2015 Изучалось изменение твердости поверхностного слоя шаров, которые используются в шаро- вых барабанных мельницах, как рабочее тело. Исследовалась динамика появления и развития микродефектов, областей разрушения. Определялись основные механизмы изменения струк- туры материала шаров. Рассматривалась зависимость износа шара от накопления структур- ных изменений. Ключевые слова: твердость шаров, механизмы износа и разрушения материала шаров бара- банных мельниц, изменение структуры, система пылеприготовления. СТРУКТУРНІ ОСОБЛИВОСТІ МЕХАНІЗМІВ ЗНОСУ ТА РУЙНУВАННЯ МАТЕРІАЛІВ КУЛЬОК БАРАБАННИХ МЛИНІВ В. Ф. Клепіков, Є. М. Прохоренко, В. В. Литвиненко, В. В. Брюховецький, В. В. Шатов, М. А. Шульгін, А. І. Морозов Вивчалася зміна твердості поверхневого шару куль, які використовуються в кульових бара- банних млинах, як робоче тіло. Досліджувалася динаміка появи і розвитку мікродефектів, об- ластей руйнування. Визначалися основні механізми зміни структури матеріалу куль. Розгля- далася залежність зносу кулі від накопичення структурних змін. Ключові слова: твердість куль, механізми зносу і руйнування матеріалу куль барабанних млинів, зміна структури, система пилеприготування. STRUCTURAL FEATURES OF MECHANISMS OF WEAR AND DESTRUCTION OF MATERIALS OF BALLS OF DRUM MILLS V. F. Klepikov, E. M. Prokhorenko, V. V. Lytvynenko, V. V. Bryuhovetsky, V. V. Shatov, N. A. Shul’gin, A. I. Morozov A change was studied to hardness of superficial layer of balls which are used in ball drum mills, as a working body. The dynamics of appearance and development of microflaws was investigated, areas of destruction. The basic mechanisms of change of structure of material of balls were determined. Dependence of wear of ball was examined on the accumulation of structural changes. Keywords: hardness of balls, mechanisms of wear and destruction of material of balls of drum mills, change of structure, pulverizing system system. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время вопросам повышения эффективности функционирования ТЭС уделяется значительное внимание. Это свя- зано с несколькими основными причинами. Старение основных фондов — основная масса оборудования была изготовлена более 40 лет назад, соответственно необходима его замена ввиду физического износа. Су- щественно изменились принципы работы в соответствии с современными требовани- ями экономических показателей, экологии. В. Ф. КЛЕПИКОВ, Е. М. ПРОХОРЕНКО, В. В. ЛИТВИНЕНКО, В. В. БРЮХОВЕЦКИЙ, В. В. ШАТОВ, Н. А. ШУЛЬГИН, А. И. МОРОЗОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 251 1 J 8+ 7 R Видимое ФЭУ 6 5432 Значительно ухудшились структурные показатели топлива. Первоначально, боль- шинство ТЭС рассчитывалось под исполь- зование газа, мазута, высокоэнергетических углей. В настоящее время, ввиду по вы­ шающегося роста цен энергоносителей, преобладающим топливом есть низко ре­ акционные угли. Важным в этом вопросе есть повышение теплоотдачи топлива. Одним из направле- ний улучшения сгорания является качество приготавливаемой топливной смеси [1]. Для этого необходимо провести доработку и усо- вершенствование систем пылеприготовления [2, 3]. Система приготовления топлив- ной смеси состоит из нескольких блоков. Среди них важное место занимают шаровые барабанные мельницы (ШБМ). Шаровые барабанные мельницы бывают различные по размерам и модификации. Для примера, на Змиевской ТЭС, применяют одну ШБМ (типа Ш­50 или Ш­50А) на 100 МВт мощности. В ШБМ измельчают уголь до нужного разме- ра. Измельчение производится при помощи металлических шаров. Качество топливной смеси напрямую связано с повышением теплоотдачи, КПД котлов, количеством по- требляемого угля, «подсветочного» мазута, газа. Все это, в комплексе, дает рост произ- водства электрической и тепловой энергии, повышает экономические, экологические показатели работы энергогенерирующего комплекса. В процессе приготовления пылеугольной смеси происходит износ шаров. Уменьшение скорости износа шаров повышает эффективность размола угля, ка- чество пылеугольной смеси. Улучшение эксплуатационных характеристик шаров осу- ществляется за счет изменения структуры ма- териала, упрочнения поверхности. Для этого необходимо изучить все процессы, которые происходят в процессе эксплуатации. Целью данной работы есть исследование процессов разрушения материала шаров, изменения твердости шаров, которые применятся как рабочее тело в шаровых барабанных мельницах, в проце ссе эксплуатации. Изучение механизма износа. Определение изменения структуры материа- ла в зависимости от накопления усталостных нарушений. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА При изготовлении шаров шаровых барабанных мельниц, которые применяются для размола угля различных спецификаций, используются специальные углеродистые низколегированные стали 8ХФ, 9ХФМ, 8Х6НФТ, ХГС и т. д. [4]. При измерении микротвердости исполь- зовался твердомер ПМТ­3. Твердость изме- рялась по шкале Бриннеля. Работы проводились в следующей по- следовательности. Перед началом загрузки из массы шаров, случайным образом, извле- кался шар. Также, в процессе работы, про- водились выемки шаров через определенные промежутки времени. Последний шар брался для анализа после выгрузки ШБМ. Проце- дура измерения твердости для всех шаров была одинакова. Первоначально проводи- лось измерение твердости на поверхности в 14 точках. Из них 6 были точками на гра- нице телесного угла π/2, а 8 являлись среди- ной телесного угла π/2. Расположение точек показано на рис. 1, а. Данное количество точек измерения и их количество позволяет с высокой точностью просмотреть твердость на поверхности. На следующем этапе шары разрезались поперек. Толщина шайб была равной 1,2 мм. После этого, проводились из- мерения твердости по диаметральным лини- ям шайб с шагом 5 мм. Линии, по которым проводили обследования, расположены друг относительно друга, под углом 60 градусов. Фотография одной из шайб приведена на рис.1, б. Исследовали шары с начальным диаме- тром 40 мм. Твердость на поверхности нового шара находилась в интервале 9700–9720 МПа (970–972 кГ/мм2). Это равно твердости а б Рис. 1. Вид типовой шайбы, полученной из шара ша- ровой барабанной мельницы­б СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ШАРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2252 четвертого класса. В соответствии с требова- ниями ГОСТа, была проверена твердость на глубине равной половине радиуса. Значение ее было равно значению на поверхности. На следующих этапах исследовались шары, которые эксплуатировались. В ре- зультате стирания их диаметры стали 35 мм, 25 мм, 14 мм. При изучении шара диаметром 35 мм были обнаружены отклонения от сферич- ности. Найдено четыре выемки с углублени- ями 3–5 мм. Твердость на поверхности этого шара составляла значение 8100–8200 МПа (810–820 кГ/мм2). Она отличалась от ново- го шара на величину 1500 МПа или 15 % от первоначального значения. В области выработки значения твердости соответство- вали твердости на остальной поверхнос- ти. При изучении остальной поверхности были обнаружены две точки с пониженной твердостью: 6600 МПа и 6630 МПа. По- верхность в окрестности этих особых точек была просканирована с шагом 1 мм. Най- дено, что вокруг каждой из них находятся круговые области с пониженной твердостью. Для точки с твердостью 6600 МПа область имела диаметр 15 мм, для точки с твердос- тью 6630 МПа область имела диаметр 9 мм. В этих зонах, твердость увеличивается от центра к периферии. Графически это изме- нение представлено на рис. 2а, кривая 1, 2. Кривая 1 соответствует верхней особой зоне, кривая 2 — нижней особой зоне. Дальнейшее исследование провели по технологии описанной выше. Шар был раз- резан на шайбы и проведены измерения. На фотографии рис. 1б показаны линии, по которым проводили измерения твердости. Также отмечены и две области на поверхнос- ти, твердость которых была понижена. При проведении измерений внутрь, твердость увеличивается, и на глубине 5 мм равняется твердости нового шара. Зависимость измене- ния твердости в области аномалий по глубине представлена на графике на рис. 2б кривыми 1, 2. Кривая 1 соответствует верхней особой зоне, кривая 2 — нижней особой зоне. Выделенные на шайбе зоны имели вид эллиптического сегмента. В цен- тральной части которого, находится ядро с минимальными значениями твердости. Твердость увеличивается от центра к краям. Следует отметить, что вглубь твердость увеличивается скорее, чем по поверхности. Данная закономерность связана с тем, что твердость поверхностного слоя меньше чем на глубине. Это видно из сравнения графи- ков представленных на рис. 2а и рис. 2б. Максимальный размер центрального ядра эллиптического сегмента, с минимальным значением твердости в особой зоне, для шара диаметром 35 мм, составлял значение 2 мм. При изучении шара с диаметром 25 мм обнаружили, что твердость на поверхности имела значение 7500–7600 МПа. Областей, в которых были значительные выемки, было уже пять. При обследовании твердости по поверхности обнаружено четыре зоны с по- ниженной твердостью, значение которой изменялось от 6580 МПа до 6650 МПа. При сканировании по поверхности получили, что все области были кругами с диаметром пятна от 6 мм до 14 мм. Во всех этих кру- гах твердость была минимальной в центре и увеличивалась по радиусу к краям. Гра- фик ее изменения по поверхности представ- лен на рис. 2а, кривая 3. Для исследования 8500 НВ (МПа) 8000 7500 7000 6500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 (мм) R 4 3 2 1 а 10000 НВ (мм) 9500 9000 8500 8000 7500 7000 6500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 (мм)R 4 3 2 1 б Рис. 2. Графики изменения твердости шаров различ- ных размеров: а — по поверхности шара, б — вглубь шара В. Ф. КЛЕПИКОВ, Е. М. ПРОХОРЕНКО, В. В. ЛИТВИНЕНКО, В. В. БРЮХОВЕЦКИЙ, В. В. ШАТОВ, Н. А. ШУЛЬГИН, А. И. МОРОЗОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 253 характеристик изменения твердости по глуби- не, шар разрезали на шайбы и провели измере- ния в плоскости разреза. Как и в предыдущем случае, твердость увеличивалась вглубь шара и на глубине 7 мм была равна 9700 МПа, т. е. равна твердости нового шара. График изме- нения твердости в области особых точек по глубине представлен на рис. 2б, кривая 3. Проверка характеристик твердости, для шара диаметром 14 мм, после выгрузки из ШБМ, показала, что все вышеизложенные закономерности наблюдаются и в нем. Твердость на поверхности имела значение 7000–7100 МПа. Точек с ее пониженным значением, от 6550 МПа до 6650 МПа, было восемь. Области вокруг этих точек имели вид кругов с диаметром 6­13 мм. График измене- ния твердости по поверхности шара, от цен- тральной точки до края круга, представлен на рис. 2а, кривая 4. Измерения твердости вглубь были сделаны после порезки шара на шайбы. График ее изменения дан на рис. 2б, кривая 4. При исследовании шаров было рассмот­ рено состояние поверхности. На рис. 3а приведен вид поверхности нового шара. В за- висимости от скорости вращения мельницы различают два близких режима работы ШБМ: перетирание и разбивание. При низкой ско- рости шарики вместе с размалываемым материалом перекатываются, и проис- ходит перетирание. В процессе трения с измельчаемым материалом и другими ша- рами происходит истирание поверхностно- го слоя. Поверхность в этих областях имеет гладкий вид, без значительных шероховатос- тей (рис. 3б). При высокой скорости враще- ния ШБМ шары вместе с размалываемым материалом, за счет центробежной силы и ре- льефности внутренней поверхности ШБМ, поднимаются вверх и оттуда падают. В про- цессе эксплуатации происходит разрушение отдельных участков шара. На теле шарика образуется выемка (рис. 3в). Поверхность имеет значительные шероховатости. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ Для дальнейшего изучения микро струк­ турных характеристик материалов прово- дились фрактографические исследования. Из шаров с диаметрами 40, 35, 25 мм были изготовлены образцы, которые исследовались на разрывной машине. Они имели следую- щие размеры: длина 20 мм, ширина захвата 3,2 мм, ширина разрывной части 0,9 мм, тол- щина 0,4 мм. При изучении поверхности разрыва при- меняли электронный микроскоп РЭМ­100. а б в Рис. 3. Поверхности шаров ШБМ: а — исходного (Ø40 мм), б — средняя степень износа (Ø35 мм), в — высокая степень износа (Ø25 мм) Рис. 4. Общий вид образцов после испытания на разрывной машине СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ШАРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2254 На первом этапе исследовались образцы, изготовленные из исходного шара (первый тип). Образец этих тимплет представлен на рис. 4 (слева). Разрыв образцов происходил при напряжении 140,6 кГ/мм2. Разрыв нахо- дился посредине шейки образцов и располо- жен перпендикулярно оси. На рис. 5 представлено изображение по- верхности разрыва образцов первого типа. Рис. 5а увеличение ×120. Из рис. 5а видно, что толщина перешейка в точке разрыва равна толщине перешейка по всей длине. Это сви- детельствует, что при разрыве, в основном, отсутствовала пластическая деформация. В этой области имел место хрупкий разрыв. Однако на рисунке можно выделить несколь- ко различных механизма разрыва. В облас- тях обозначенных стрелками (1) обнаружены разрывы, где протекала пластическая дефор- мация. Видно вытягивание материала шара. Так как шар новый и не был в эксплуатации, то такие области могут возникать при на- рушении технологии изготовления. Стрел- ками (2), обозначены области, в которых произошел разрыв сколом. В нашем случае он произошел на последней стадии разрыва. Вся остальная поверхность разрыва сходна по своей структуре. Из фрактограмы можем определить, что произошел межзеренный излом. Плоскость разрыва плоская. Таким образом, при испытаниях на разрыв образцов вырезанных из исходного шара, было обна- ружено наличие таких основных механизма разрыва: межзеренный излом, вязкое разру- шение. Обнаруженные разрывы возникали на различных этапах воздействия разрывного напряжения и занимали разную площадь. Разрыв сколом — не более 5 % от всей площади. Вязкое разрушение — около 10 %. Межзеренный разрыв — 85 % площа- ди темплета. Макро уступ в правой части рис. 5а (3) и макро возвышение в левой части (4) образовались в результате ступен- чатого разрыва. Для более полного изучения поверхности разрыва, выполнили снимки области, выделенной прямоугольником об- ласти, с увеличением ×500 (рис. 5б). На рис. 5б приведены обозначения различных характерных особенностей. Стрелками с ин- дексом (2) обозначены области скола. Свиде- тельством этого является ручьевая структура узора поверхности разрыва. Так как разрыв сколом происходит при неравномерном при- ложении разрывного напряжения (сил плас- тической деформации), то площадь этой области незначительна. Остальная область на рисунке относится к межзеренному разру- шению. Разрыв проходил по зернам, размер которых 40–60 × 60–80 мкм. Максимальный размер 80–100 × 100–120 мкм. Фасетки меж- зеренного разрушения имеют ровную поверх- ность. Микрорельеф поверхности разрыва фасеточный с уступами. Разрыв имел форму провалов и горбов. Впадины или выпуклости зерен соответствуют репликам на противо- положной стороне разрывной поверхности. В процессе разрыва произошло разориенти- рование зерен. Подтверждением этого служит отсутствие выбранного направления фасеток. На поверхности некоторых фасеток наблюда- ем точки (5). Дополнительные исследования показали, что это заварившиеся полости. На рис. 5б стрелками (6) обозначены вторичные трещины вдоль границ зерен. Глубина тре- щин — 10 мкм. В процессе испытаний кроме межзеренного разрыва также реализовывался и разрыв по зернам. Вторичные трещины по зернам обозначены 4 2 3 1 а 2 6 5 7 б Рис. 5. Поверхность разрыва образцов первого типа: а — общий вид, с указателями особенностей, б — общий вид выделенной области с увеличением и от- меченными особенностями В. Ф. КЛЕПИКОВ, Е. М. ПРОХОРЕНКО, В. В. ЛИТВИНЕНКО, В. В. БРЮХОВЕЦКИЙ, В. В. ШАТОВ, Н. А. ШУЛЬГИН, А. И. МОРОЗОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 255 стрелками с указателями (7). Их глубина не превышала 5 мкм. На втором этапе исследовались образцы, изготовленные из шара, средней степени износа, который находился в эксплуатации. Образцы не содержали в себе мест, где были зоны с пониженной твердостью. На рис. 4 образец данного вида расположен справа. Сила пластической деформации имела зна- чение 119–122 кГ/мм2. Разрыв находился в средней части тела образца. Плоскость разрыва направлена под углом 60 градусов к оси образца. Как и в предыдущем случае вытягивания шейки образца нет. Присутствуют хрупкий и вязкий разрывы. Обнаружена только одна область, в которой разрыв происходил сколом (стрелка 1). Определить, что это скол позво- лили бороздки типа «ручей», которые хорошо различаются на рис. 6б. При разрушении образца второго типа изменилось соотношение между хрупким и вязким разрывами. Площадь поверхности вязкого разрыва увеличилась и сравнялась с площадью поверхности, на которой про- изошел хрупкий разрыв. Изучая поверхности, где произошло хруп- кое разрушение, наблюдаем наличие межзе- ренного разрыва. При этом зерна увеличились до значений 100–110 × 110–130 мкм. Отсут- ствуют значительные впадины и выпуклости. Проявились изменения в характеристиках разрывов. По сравнению с образцом первого типа, в пять раз стало меньше трещин между отдельными зернами (стрелка 3). Глубина межзеренных трещин не превышает 5 мкм. Отсутствует внутризеренный разрыв. Со- ответственно нет и внутризеренных трещин. Фасетки имеют плоскую и гладкую поверх- ность. На поверхности фасеток обнаружены микрополости. По сравнению с предыдущим случаем, их количество незначительно. На рис. 6б стрелками (6) показано несколько за- варившихся микрополостей. Структура пластического, вязкого раз­ рыва, сходна по всей области. Наблюдаем вытянутые границы ямок микрополостей. В правой центральной части рис. 6б на- блюдаем структуру характерную для вяз- кого разрыва, который осуществляется вытягиванием. Основой данного вязкого разрыва служат дислокации. Они образуют- ся в результате ударного воздействия, так как работа шаров состоит в измельчении мате- риала посредством перетирания или ударов. Любой удар сопровождается образованием отдельных дислокаций. Множественные ударные воздействия способствуют образова- нию множественных дислокаций. Их увели- чение сопровождается слиянием отдельных микродефектов. При разрыве образуются тя- нущиеся ямки. На всей поверхности вязкого разрыва образовались ямки, типичные для этого типа разрыва. Интересным является то, что общая поверхность вязкого разрыва состоит из нескольких поверхностей, отлича- ющихся по высоте расположения (стрелки 4). Разница в высоте между отдельными пло- щадками 5–10 мкм. Для объяснения данного эффекта рассмотрим структуру поверхности выделенной области. Все ямки образованы вытягиванием и имеют тянутые границы. Что характерно для вязкого разрыва. Границы ямок имеют скругленные края. В их откло- нении от вертикали нет преобладающего направления. Разброс ямок по поверхности, также не является организованным. Это сви- детельствует об однородности распределения 3 4512 а 6 4 1 5 б Рис. 6. Поверхность разрыва образца второго типа: а — общий вид, с отмеченными особенностями, б — общий вид выделенного участка, с отмеченными особенностями СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ШАРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2256 материала шара по его объему. Так как, со- седние ямки сходны, значит, сходны и усло- вия их образования. Следовательно, при вязком разрыве, каждая область уступа образовывалась при одинаковых условиях. В целом все уступы имеют мало отличий. Параметр, который фиксирован, есть напря- жение пластической деформации. Поэтому каждый уступ является сосредоточением одинаковых дефектов с одинаковой концен- трацией нарушений. Таким образом, процесс слияния дефектов происходит при достижении определенных концентраций. Их расположение имеет структурированный характер. На рис. 5б обнаружили особенность с характерной структурой (стрелка 5). Из [6] известно, что для низколегированных инструментальных сталей, из которых изготовлены шары, данная структура (Lips), образуется при разрыве упрочненных участков, образовавшихся в процессе изго- товления. При изучении этого участка на фракотограммах с большим увеличением (рис. 6б), видим наличие в структуре ма- териала шара нескольких аналогичных об- ластей. Таким образом, следы вкраплений таких участков остаются в шаре в процессе эксплуатации. На третьем этапе, изучались образцы, изготовленные из шара с высокой степенью износа. Образцы данного типа вырезались из шайбы, на которой была обнаружена об- ласть с пониженной твердостью (рис. 1б). Данный образец расположен посредине (рис. 4). Фрактограмма разрыва представлена на рис. 7. Разрыв произошел возле точки крепле- ния, в области пониженной твердости. Сила разрыва составляла значение 104–108 кГ/мм. Направление разрыва под углом 80 градусов к оси образца. Поверхность разрыва, изобра- женная на рис. 7а, состоит из хрупкого и вяз- кого разрывов. Основным механизмом был вязкий разрыв, посредством которого было разрушено свыше 60 % поверхности. В отличие от предыдущих случаев, геоме- трические размеры шейки в области разрыва образца отличаются от размеров тела образца. Сужение составляло 10–20 мкм. Увеличенное изображение сужения шейки приведено на рис. 7б. Это свидетельствует о наличии плас- тической деформации на участке одной из границ области разрыва. На всех остальных участках наблюдали хрупкое разрушение. 5 1 2 а б 5 1 2 в г Рис. 7. Разрыв на участках образцов третьего типа: а — общий вид с отмеченными особенностями, б — увеличение изображения участка с сужением шейки (длинная прямоугольная рамка на рис. 7а), в — уве- личение изображения участка образца (прямоуголь- ная рамка на рис. 7а, черная), г — область с полостя- ми (прямоугольная рамка на рис. 7в) В. Ф. КЛЕПИКОВ, Е. М. ПРОХОРЕНКО, В. В. ЛИТВИНЕНКО, В. В. БРЮХОВЕЦКИЙ, В. В. ШАТОВ, Н. А. ШУЛЬГИН, А. И. МОРОЗОВ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 257 При хрупком разрушении осущест- влялся межзеренный разрыв. В его об- ласти образовывались зерна 100–120 × 120–140 мкм. Отсутствует преимуществен- ное направление межзеренного разрыва. Все фасетки имеют различную ориентацию. Было обнаружено несколько небольших фрагментов межзеренных вторичных тре- щин. Их глубина не превышала 3 мкм. Не наблюдали внутризеренных разрывов. Также не наблюдали и трещин по телу зерен. Об- ласти хрупкого разрушения расположены по всей поверхности разрыва шейки образца. Основное разрушение образца произош- ло за счет вязкого разрыва. В зависимости от места расположения структура поверхнос- ти разрыва имеет незначительные отличия. Область, обозначенная 1 (на рис. 7в), тожде- ственна представленной на рис. 6в (стрел- ка 4, второй тип темплета). Следовательно, эта часть разрыва есть вязкое разрушение вытягиванием, и вся идеология соотносит- ся с рассуждениями приведенными выше. В этой области расположены три площадки, находящиеся на разной высоте. Ямки имели форму кратеров. Стенки вытянутые. Толщи- на стенок не превышала половины диаметра ямок. Основная площадь плоского разрыва (стрелка 2) отличается от области вы­ тягивания (стрелка1). Поверхность разрыва также расположена на нескольких плато. Т. е. накопление усталостных дефектов про- исходит в отдельных плоскостях. Предпо- лагаем, что на каждой из этих плоскостей степень насыщения дислокаций одинакова. Пластическая структура разрыва отлична от всех предыдущих случаев. Сами ямки имеют большой размер и плоское дно. Стенки между ямками широкие с плоскими вершинами. По- верхность этого разрыва имеет вид больших плоских уступов. Данная структура образова- лась при разрыве области со значительными усталостными напряжениями. Произошел вязкий усталостный отрыв, который возник под воздействием длительного циклическо- го воздействия. Об этом свидетельствуют вытянутые плоские поверхности фасеток квазискола. Данное утверждение полнос- тью согласуется с условиями эксплуатации шаров — постоянное ударное воздействие с силой различной интенсивности, нанесен- ное с различных углов. На рис. 7в было обнаружено несколько об- ластей с характерной формой разрыва (стрел- ка 5). По своему виду они близки к разрывам, приведенным на рис. 6в (стрелки 5). По аналогии можем предполагать [6], наличие в этой области упрочненных участков, При детальном изучении поверхности фасеток (рис. 7в) были обнаружены полос- ти. Они имели существенное отличие от полостей, найденных на разрыве образца исходного шара (рис. 5г). Известно, что на- личие различных неоднородностей, может стимулировать зарождение центров разруше- ния. Поэтому вопрос образования полостей и их влияния на скорость разрушения стоит остро. На фрактограмме, сделанной с боль- шим увеличением (рис. 7в) видим присут- ствие включений в средине некоторых пор. Исследования показали [6], что включения состоят из Cr2O3. Эти включения образова- лись при изготовлении материала шаров. В данном случае полости открывались во- круг включений. Открытия произошли под действием разрушающего напряжения и во время разрыва. Изучение места расположе- ния этих пор, отдельных деталей рельефа фасеток, их формы и структуры, дает воз- можность исключить определяющее влияние данного вида пор на зарождение разрушения. На основании проведенных исследова- ний можем сделать предположении о раз- витии нарушений в шаре. На первом этапе разрушение осуществляется за счет хрупкого разрыва. Затем, в результате нормальных уда- ров, появляются точечные области с наруше- ниями структуры материала. Их количество накопляется. Кроме нормальных ударов, про- исходит значительное количество соударений со всех направлений телесного угла π. В про- цессе эксплуатации происходит слияние дис- локаций и накопление микродефектов. Затем при определенной концентрации дефектов происходит интенсивное разрушение вне- шней части шара. ВЫВОДЫ 1. Получены значения распределения микротвердости шаров на их поверхнос- ти и внутри. Дана динамика изменения СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ШАРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2258 микпртвердости в процессе эксплуатации. Найдены напряжения пластической деформа- ции для образцов, изготовленных из разных частей. 2. Показано, что в процессе эксплуатации появляются дислокации, которые объ­ единяются и являются центрами разрушения. 3. На основании анализа поверхности разрыва изучены механизмы износа ма- териала. Выяснено, что микродефекты со сходными характеристиками располагаются по плоскостями. 4. Обнаружены неоднородности струк­ туры материала, которые возникли при изготовлении. ЛИТЕРАТУРА 1. Прохоренко Е. М., Клепиков В. Ф., Литви- ненко В. В., Хаймович П. А., Шульгин Н. А., Морозов А. И. Диагностика процесса из- носа материалов шаровых барабанных мельниц // Восточно европейский журнал передовых технологий. — 2014. — № 2(36). — С. 34–38. 2. Кесова Л. А. Влияние системы пылеприго- товления на топочный режим котла при вы- сококонцентрированной пылеподаче на го- релки // Енергетика та електрифікація: наук. ­вироб. журн. — 2009. — № 5. — С. 41–45. 3. Клепиков В. Ф., Аннопольский Д. А., Ба- бушкина С. И., Литвиненко В. В., Меля- кова Е. А., Прохоренко Е. М., Сагайдач- ный М. А. Перспективы использования радиационных методов очистки дымовых газов и диагностики оборудования для то- пливоподготовки // Компрессорное и энер- гетическое машиностроение. — 2014. — № 2(36). — С. 34–38. . 4. ГОСТ 7524­89. Шары стальные мелющие для шаровых мельниц // Введ. 1989­01­ 02. — М.: Изд­во стандартов, 1989. — 26 с. 5. Левит В. Т. Пылеприготовление на тепло- вых электростанциях — М.: Энергоатомиз- дат, 1991. — 384 с. 6. Феллоуз Дж. Фрактография и атлас фракто- грамм — М.: Металлургия, 1982. — 489 с. LITERATURA 1. Prohorenko E. M., Klepikov V. F., Litvi­ nenko V. V., Hajmovich P. A., Shul’gin N. A., Morozov A. I. Diagnostika processa iznosa ma terialov sharovyh barabannyh mel’nic // Vos tochno evropejskij zhurnal peredovyh tehnologij. — 2014. — No. 2(36). — P. 34–38. 2. Kesova L. A. Vliyanie sistemy pylepri­ gotovleniya na topochnyj rezhim kotla pri vysokokoncentrirovannoj pylepodache na gorelki // Energetika ta elektrifіkacіya: nauk. ­virob. zhurn. — 2009. — No. 5. — P. 41–45. 3. Klepikov V. F., Annopol’skij D. A., Babush­ kina S. I., Litvinenko V. V., Melyakova E. A., Prohorenko E. M., Sagajdachnyj M. A. Per ­ spektivy ispol’zovaniya radiacionnyh me­ todov ochistki dymovyh gazov i diagnostiki oborudovaniya dlya toplivopodgotovki // Kom pressornoe i energeticheskoe ma shi­ nostroenie. — 2014. — No. 2(36). — P. 34–38. 4. GOST 7524­89. Shary stal’nye melyuschie dlya sharovyh mel’nic // Vved. 1989­01­02. — M.: Izd­vo standartov, 1989. — 26 p. 5. Levit V. T. Pyleprigotovlenie na teplovyh elektrostanciyah — M.: Energoatomizdat, 1991. — 384 p. 6. Fellouz Dzh. Fraktografiya i atlas frakto­ gramm — M.: Metallurgiya, 1982. — 489 p.

Ähnliche Einträge