Архів / Archive

Головна » Статті » 2015_06_4-5_KamPodilsk » Секція/Section_2_2015_06_4-5

ПОРОШКИ ИЗ ОТХОДОВ ШЛИФОВАНИЯ БЕЛОГО ЧУГУНА

Михайлов А.Н., Петров М.Г., Шевченко А.В.,

Цыркин А.Т., Головятинская В.В.

Донецкий национальный технический университет

г. Донецк, г. Луганск, Украина

 

ПОРОШКИ ИЗ ОТХОДОВ ШЛИФОВАНИЯ

БЕЛОГО ЧУГУНА

 

Перспективной сырьевой базой для получения порошков, которые можно применять для изготовления деталей методами порошковой металлургии и нанесения покрытий газотермическими методами, являются шламовые отходы [1-5]. Их комплексная переработка позволяет минимизировать затраты сырья и энергоресурсов, затрачиваемых на производство порошков, улучшить экологическую обстановку вокруг предприятия. Кроме того, организуя переработку отходов непосредственно на том производстве, где они образуются, и,  варьируя режимы получения порошков в зависимости от вида отходов и требований к свойствам порошков, можно получать порошки с учетом условий их применения и имеющих широкий спектр физико-механических характеристик, включая оптимизацию химического и гранулометрического составов, формы частиц.

Технология получения порошка для газотермического напыления из отходов шлифования отбеленного слоя чугунных прокатных валков на Лутугинском научно-производственном валковом комбинате приведена  в работе [5].

Цель данной работы является изучение морфологии и структуры полученных порошков.

В качестве исходных материалов для получения порошков были использованы продукты обдирочного шлифования двухслойных центробежно-литых чугунных прокатных валков с твердостью отбеленного слоя по Шору 70-76. Химический состав отбеленного слоя: 2,8-3,1 % С; 0,5-0,7 % Si; 0,6-0,8 % Mn; 1,0-1,4 % Cr; 3-4 % Ni; 0,4- 0,6 % Мо; 0,05-0,08 % S; 0,1-0,2 % Р. Структура отбеленного слоя – мартенсит + вторичные карбиды + ледебурит (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Микроструктура отбеленного слоя прокатных валков:

мартенсит + вторичные карбиды + ледебурит, ´ 400

Металлографический анализ шлифов, вырезанных из бочек прокатных валков, показал, что содержание карбидной фазы в чугуне составляет 40-45 % по объему, микротвердость легированных карбидов железа – 9000-11000 МПа.

При обработке отбеленного слоя валков не используются смазочно-охлаждающие жидкости с минеральными добавками. Шлифование осуществляется с применением в качестве смазочно-охлаждающей жидкости 1 % водного раствора кальцинированной соды. Благодаря этому удалось максимально упростить технологию получения порошков.

Для получения порошков брались пробы шламов с четырех прокатных валков имеющих различную твердость (от 70 до 76 ед. по Шору).

Уточненный технологический процесс переработки шламов в порошки, по сравнению с описанным в работе  [5], состоял из следующих операций:

– сушка шламов при температуре 413…423К в течение 2-х часов;

– кратковременное (10...15 мин) измельчение высушенной массы в шаровой мельнице;

– циклонная очистка шламов от пылевидных фракций;

– рассев шламов на комплекте вибросит;

– магнитная сепарация шламов (удаление абразивных частиц);

– размагничивание металлических порошков.

Гранулометрический состав порошков, полученных из четырех разных проб шламов, после такой обработки, практически идентичен (рис. 2).

Рис. 2. Гранулометрический состав порошков из шламов, которые образуются при шлифовании валков разной твердости (по Шору):

а – 70 ед.; б –  72 ед.; в –74 ед.; г –76 ед. по Шору

 

Порошки на 75-85 мас. % состоят из частиц дисперсностью 100 и менее мкм. Такие порошки могут быть использованы в процессах порошковой металлургии без дополнительного измельчения. Для напыления рекомендуется использовать порошки с размерами частиц менее 50 мкм и минимальным разбросом размеров [6]. Поэтому  для получения качественного покрытия их необходимо дополнительно измельчать и рассеивать.

Морфологию частиц порошков изучали на измерительном микроскопе МБС-9 при увеличении ´90. Объектами исследований служили пробы порошков (четыре для каждой фракции) массой ~ 1,0 г. Размеры частиц в плане измеряли с помощью оптического микроскопа МИМ-7.

Металлические частицы в порошках дисперсностью 50 мкм имеют форму микропластин и микростружек толщиной 10-15 мкм с рваными краями и зазубринами с различным отношением длины к ширине (рис. 3, а). Длина частиц составляет 40-60 мкм, ширина – 20-40 мкм. Фактор формы (ГОСТ 25849 – 83), рассчитанный по соотношению lmax/lmin  равен 3. Согласно ГОСТа частицы такой формы относят к группе с угловатой формой с наличием острых углов и плоских граней. Известно [7], что образование покрытий при газотермическом напылении, наряду с другими факторами, зависит от формы частиц порошка и происходит за счет сцепления напыляемых частиц. Поэтому можно предположить, что форма частиц полученного порошка обеспечит получение качественного покрытия. 

Чугунные порошки фракции 50-100 мкм образованы частицами осколочной формы размером 55´60´50…100´85´95 мкм (рис. 3, б). Фактор формы составляет 2. Форма таких порошков классифицируется по ГОСТу как угловатая с наличием криволинейных поверхностей. Такая форма частиц порошка обеспечит получение плотных и прочных прессовок при изготовлении из него деталей методами порошковой металлургии [8].

 

                          

 

                                    а                                                                   б

Рис. 3. Морфология частиц в порошках из шламов:

а – фракция 50 мкм; б – фракция 50-100 мкм; ´ 90

 

Порошки фракции 50 мкм содержат частицы со структурой мартенсита и вторичного цементита, аналогичной структуре высокоуглеродистых заэвтектоидных сталей (рис. 4, а) [9]. Следовательно, концентрация углерода в порошках со структурой мартенсита и вторичного цементита не превышает 2,0 мас. %. Снижение содержания углерода в порошке по сравнению с его содержанием в чугуне приведет к повышению пластичности и обеспечит  получение газотермическим напылением качественного покрытия с высокой прочностью, твердостью и износостойкостью.

В порошках дисперсностью 50-100 мкм частицы имеют структуру ледебурита (крупные карбидные пластины, пронизанные тонкими мартенситными прослойками) и содержат 60-64 об. % карбидов (Fe,Me)3С и 36-40 об. % a - фазы (мартенсита) (рис. 4, б). Содержание углерода в ледебурите, а, стало быть, и в частицах составляет ~ 4,3 мас. %. Такие порошки, после дополнительной обработки, можно использовать для изготовления деталей методами порошковой металлургии [10].

 

               

 

                                     а                                                                  б

Рис. 4. Структура порошков из шлифовальных шламов

хромоникелевого валкового чугуна:

а - фракция 50 мкм (мартенсит + вторичный цементит);

б - фракция 50-100 мкм (ледебурит), ´400

 

Наличие в порошках хромоникелевого чугуна разнородных по структуре частиц и зависимость структуры частиц от дисперсности порошков обусловлены структурной гетерогенностью исходных литых чугунов и разным уровнем физико-механических свойств их отдельных структурных составляющих – мартенсита, вторичных и эвтектических карбидов. Как следствие, при шлифовании прокатных валков наблюдается избирательный характер разрушения отбеленного слоя и неравномерное перераспределение карбидных фаз между отдельными частицами. Участки с мартенситной матрицей и дисперсными вторичными карбидами разрушаются по механизму микрорезания. При этом образуются частицы в виде тонких пластин и микростружек (рис. 3, а) со структурой мартенсита и вторичных карбидов (рис. 4, а). Участки со структурой ледебурита выкрашиваются и дробятся на относительно крупные фрагменты. В результате этого образуются крупные частицы оскольчатой формы (рис. 3, б) с ледебуритной структурой (рис. 4, б).

Порошки, полученные переработкой шлифовальных шламов хромоникелевых валковых чугунов, содержащих 2,9-3,1 % C; 1,1-1,3 % Cr; 3-4 % Ni, представляют механическую смесь частиц различной структуры и химического состава. В порошках содержатся частицы двух типов:

1) дисперсностью 50 мкм со структурой мартенсита и вторичного цементита;

2) дисперсностью 50-100 мкм со структурой ледебурита.

Порошки первого типа рекомендуется применять для газотермического напыления, второго, после дополнительной обработки, для изготовления деталей методами порошковой  металлургии.

 

Список использованных источников

  1. Зозуля, В.Д. Применение шлифовальных металлоабра-зивных отходов в порошковой металлургии [Текст] / В.Д. Зозуля // Порошковая металлургия. – 1988. – № 3. – С. 95-99.
  2. Рябичева, Л.А. Технология получения порошка из шлифовального шлама стали 40Х10С2М и его технологические свойства [Текст] / Л.А. Рябичева, А.Т. Цыркин, Н.В. Белошицкий // Металлообработка. – № 1. – 2007. – С. 34–37.
  3. Борисов, Ю.С. Порошки для газотермического напыления из отходов металло-обработки: основы производства и перспективы применения [Текст] / Ю.С. Борисов, В.В. Кудинов – Порошковая металлургия, 1989. – № 10. – С. 25-30.
  4. Борович, Т.Л. Использование порошков из отходов различных производств для напыления покрытий / Т.Л.Борович, В.В.Кудинов, П.Ю.Пекшев // Новые методы напыления защитных покрытий : межв. научн. сборник. – Калинин : КГУ, 1983. – С. 76-82.
  5. Харламов, Ю.А. Порошки для газотермического напыления из отходов производства прокатных валков [Текст] / Ю.А.Харламов, А.В.Шевченко, С.А.Юдицкий // Автоматическая сварка. – 2001. – № 10.
  6. Зверев, А.И. Детонационное напыление покрытий [Текст] / А.И.Зверев, Е.А.Шаривкер, Е.А.Астахов. – Л. : Судостроение, 1979. – 232 с.
  7. Хасуи, А. Наплавка и напыление [Текст] / А.Хасуи, О.Моригаки – М.: Машиностроение, 1985. – 240 с.  
  8. Петров, М.Г. Формирование структуры и свойств порошковых материалов [Текст] / А.Т. Цыркин, А.Н.Михайлов, М.Г.Петров, В.В.Головятинская. – Донецк : ДонНТУ, 2013. – 162 с.
  9. Гольдштейн, М.И. Специальные стали [Текст] / М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – М.: Металлургия. – 1985. – 408 с.
  10. Мамедов, А.Т. Восстановительный отжиг чугунного порошка и его влияние на свойства спеченных антифрикционных материалов / А.Т. Мамедов, В.А. Мамедов, А.Г. Алиев // Порошковая металлургия, 2003. – № 3/4. – С.110-115.
Категорія: Секція/Section_2_2015_06_4-5 | Додав: clubsophus (2015-06-03)
Переглядів: 1243 | Рейтинг: 0.0/0
Переклад
Форма входу
Категорії розділу
Секція/Section_1_2015_06_4-5
Секція/Section_2_2015_06_4-5
Секція/Section_3_2015_06_4-5
Секція/Section_4_2015_06_4-5
Пошук
Наше опитування
Яка наукова інформація Вас найбільше цікавить?
Всього відповідей: 651
Інтернет-ресурси
Підписатися через RSS2Email

Новини клубу SOPHUS



Наукові спільноти
Статистика
free counters

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0