Новые конструкционные материалы для повышения механических свойств дробящих плит ЩДС

Сталь 120Г8ФЛ внедрена на Макеевском металлургическом комбинате им. С. М. Кирова, а сталь 130Г8Л - в ОАО "МК "Азовсталь". Они имеют в 1,5-2 раза более высокую износостойкость, чем сталь 110Г13Л. Разработанные стали используют для изготовления колосников грохота, ножей съема агломерата, роликов разливочной машины и др. Необходимо расширение номенклатуры деталей, для которых целесо­образна замена стали 110Г13Л на более экономичные стали с пониженным содержанием марганца. Важно подчеркнуть, что выплавка таких сталей проводится по той же технологии, что и известной стали, и не представляет каких-либо трудностей. Пре­имуществом новых высокоуглеродистых метастабильных аустенитных сталей с пониженным содержанием марганца является возможность повышения у них при термообработке твердости, измельчения зерна, улучшенная обрабатываемость резанием.

Изучалась износостойкость сталей 130Г6ФЛ, 130Г8ФЛ и 130Г10ФЛ в условиях воздействия дроби, подаваемой сжатым воздухом. Стали были закалены с 1100 °С в воде и имели структуру метастабильного аустенита с небольшим количеством карбидов. Установлено, что при малом угле атаки (15°), когда дробь производит преимущественно абразивное воздействие на поверхность образцов, наибольшую износостойкость имеет сталь с 6 % марганца, а наименьшую – с 10 % (130Г6ФЛ – 1=1,6; 130Г8ФЛ – 1=1,3;

130Г10ФЛ – 1=1,1). Малая стабильность аустенита, обеспечивающая возможность образования мартенсита при сравнительно небольших деформациях, позволяет наиболее эффективно повысить сопротивление сталей разрушению. По мере увеличения концентрации марганца и повышения стабильности аустенита количество мартенсита деформации становится все меньше, что и определяет снижение износостойкости.

Напротив, при испытаниях, когда реализуется наиболее сильное ударное воздействие дроби (угол атаки 90°), исследованные стали в зависимости от содержания в них марганца и, соответственно, стабильности аустенита располагаются по износостойкости в ином, чем в предыдущем случае, порядке. Наибольший ее уровень имеет сталь 130Г10ФЛ с повышенной стабильностью аустенита (2=1,2), а наименьший – 130Г6ФЛ (2=0,6) со сравнительно низкой его стабильностью. Из этого следует, что для различных условий дробеструйного воздействия необходимо за счет изменения состава получить требуемую стабильность аустенита.

Высоколегированная сталь 110Г13Л

Химические свойства стали 110Г13Л Гадфильда

Химический состав стали 110Г13Л согласно ГОСТ 977-88:

C углерод 0,9-1,5%; Si кремний 0,3-1,00%; Mn марганец 11,5-15%;

Ni никель не более 1%; Cr хром не более 1%;

S сера не более 0,05%; P фосфор не более 0,12%

Аустенит - твердый раствор углерода в γ- железе стали 110Г13л при температуре 910 - 1392 ºС.

Атом углерода в решетке γ-железа стали 110Г13л располагается в центре элементарной ячейки.

Кристаллическая решетка γ- железа стали 110Г13л - гранецентрированный куб с периодом решетки а=0,3645 нм.

Модификация α- железо стали 110Г13л существует при температуре ниже 910 ºС и выше 1392 ºС.

Для интервала температур 1392 - 1539 ºС α- железо нередко в литературе обозначают δ - железо.

Кристаллическая решетка α- железо стали 110Г13л - объемноцентрированный куб с периодом решетки а=0,28600 нм.

Структура стали при термической обработке 110Г13Л Гадфильда

Структура стали 110Г13Л после литья - аустенит и избыточные карбиды (Mn, Fe)3C.

Данная структура стали приводит к изменению свойств – повышается вязкость и износостойкость.

При нагреве изделий до t =1070 - 1100 ºС избыточные карбиды растворяются в железе.

После этого литые изделия из стали 110Г13Л при температуре t=1100 ºС закаливают в воде.

Сталь 110Г13Л после закалки имеет аустенитную структуру.

Механические свойства стали 110Г13Л Гадфильда

Сталь 110Г13Л с такой структурой обладает следующими механическими свойствами:

предел прочности (временное сопротивление) σв = 800-900 Мпа;

условный предел текучести σ0,2 = 310-350 МПа;

относительное удлинение (пластичность) δ = 15-20 %;

относительное сужение ψ = 50-30 %;

начальная твердость в исходном состоянии 200 НВ - после воздействия холодной деформации 600 НВ;

модуль упругости Е=200000 Мпа; модуль сдвига G=78000 Мпа; плотность 7820 кг/м.куб.

Вывод

1. Сплавы с более низким, чем в стали 110Г13Л, содержанием марганца, имеющие структуру метастабильного аустенита, реализующие эффект самозакалки при нагружении, являются эффективными износостойкими материалами, способными заменить при абразивном и ударно-абразивном воздействии широко применяемую в промышленности сталь 110Г13Л.

2. В зависимости от требований к свойствам и условий эксплуатации экономнолегированных марганцем сталей необходимо выбором рационального состава и режима термообработки управлять их структурой, регулируя в ней количество метастабильного аустенита и развитие ДДМП, что позволяет существенно повысить их механические свойства и износостойкость.

Список литературы

1. Детали машин / О.А. Ряховский, А.В. Клыпин. – М.: Дрофа, 2002. – 288 с.

2. ГОСТ 27.002-89: Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения. Введ. 1989-01-07. М.: Изд-во стандартов, 1990.

3. Гребеник В.М., Цапко В.К. Надежность металлургического оборудования (оценка эксплуатационной надежности и долговечности): справочник. М.: Металлургия, 1989. 592 с.

4. Машиностроение. Энциклопедия. Детали машин. Конструкционная прочность. Трение, износ, смазка. Т IV-1 Д.Н. Решетов, А.П. Гусенков, Ю.Н. Дроздов и др.; под общ. ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1995. 864с., ил.

5. Машиностроение. Энциклопедия. Надежность машин. Т IV-3 В.В. Клюев, В.В. Болотин, Ф.Р. Соснин и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2003. 592 с , ил.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра машиностроения

Курсовой проект

По дисциплине: Новые конструкционные материалы

Тема:«Новые конструкционные материалы для изготовления рабочих органов элементов (дробящих плит) щековых дробилок»

Выполнил: студент гр. МММ-15 ___________ /Ерофеевсий А.А. /

Проверил: профессор __________ /Болобов В.И./

Санкт-Петербург

Аннотация

В курсовом проекте анализируются конструкционные материалы, которые могут быть использованными для изготовления дробящих плит щековой дробилки. Проводится анализ геометрии и критерии выхода из строя зубчатых передач изготовленных из разнообразных сплавов и подвергнутых различным видам упрочнения.