Вдосконалення режимів алітування для забезпечення високої жаростійкості виробів із вуглецевих сталей.

Полная информационная поддержка
по диссертациям Украины

Подробная информация

Каталог диссертаций

Авторам

Отзывы

Служба поддержки

Я ищу:

Головна / Технічні науки / Металознавство та термічна обробка металів

Шимко Олексій Ігорович. Вдосконалення режимів алітування для забезпечення високої жаростійкості виробів із вуглецевих сталей. : Дис... канд. наук: 05.16.01 - 2008.

Анотація до роботи:

Шимко О.І. Удосконалення режимів алітування для забезпечення високої жаростійкості виробів із вуглецевих сталей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 - Металознавство та термічна обробка металів. - Приазовський державний технічний університет. - Маріуполь, 2008.

Дисертація присвячена вдосконаленню технології порошкового алітування листової низько вуглецевої сталі з метою розробки ресурсозберігаючої технології виробництва оснащення для хіміко-термічної обробки (ХТО) з високою експлуатаційною довговічністю. У дисертації розроблені принципи вибору матеріалу листових заготівок із низько вуглецевої сталі, підлягаючих алітуванню, з урахуванням забезпечення в них високої жаростійкості і мінімальної деформації. Ці властивості досягаються при однаковій глибині шару з обох боків по товщині листа, при цьому основний метал між алітованими шарами повинен придбавати після алітування евтектоїдну структуру.

Із застосуванням математичного планування експерименту досліджений вплив режиму алітування і параметрів термоциклювання, що імітує роботу оснащення ХТО, на структурно-фазові зміни в алітованому шарі. Запропонований енергозберігаючий підхід до вибору режиму алітування виробів, призначених для експлуатації в умовах багатократних теплозмін. Він полягає в скороченні часу насичення при забезпеченні в алітованому шарі фази Fe₂Al₅. Стан високої жаростійкості формується в процесі експлуатації за рахунок перерозподілу алюмінію і наростання глибини залягання фази FeAl при розсмоктуванні шару фази Fe₂Al₅. Наявність шару пластичної фази FeAl перед основним металом захищає останній від високотемпературного окислення навіть у разі наявності тріщин в шарах FeAl₂ і Fe₂Al₅.

Вперше показана можливість електродугового зварювання алітованих листів в атмосфері повітря з отриманням міцних і жаростійких зварних з'єднань. Встановлено, що при зварюванні алітованих листів відбувається насичення металу шва алюмінієм в результаті розчинення в ньому алюмінідів FeAl₂ і Fe₂Al₅. За результатами досліджень розроблена технологія виробництва оснащення ХТО з листової вуглецевої сталі з 0,10-0,15 % С, включаюча двостороннє подвійне алітування в порошковій суміші при 950 ^оС з витримкою 5 ч. Результати дисертації впроваджені у виробництво технологічного оснащення ХТО з отриманням реального економічного ефекту в розмірі понад 100 тис. грн.

1. У дисертаційній роботі дане теоретичне узагальнення і рішення науково-технічної задачі підвищення жаростійкості і загальної експлуатаційної довговічності оснащення ХТО, що дозволило розробити ресурсозберігаючу технологію її виробництва із застосуванням порошкового алітування і електродугового зварювання алітованих листів із низько вуглецевої сталі.

2. Одержані нові дані про формування і властивості шарів, отриманих на сталях 10 і Ст3 алітуванням в порошковій суміші, що містить 49 % Al, 49 % Al₂O₃ і 2 % NH₄Cl. Встановлено, що:

- алюмінід Fe₃Al виділяється у вигляді голок і сітки по межах зерен твердого розчину Al в -Fе при охолоджуванні після алітування;

- структура і однорідність агітованого шару, що виявляється в наявності або відсутності «язикоподібної» форми, істотно залежить від однорідності порошкової суміші і рівномірності газопостачання поверхні металу. Фаза Fe₂Al₅ утворюється в процесі алітування лише при безпосередньому контакті поверхні металу з насичуючою порошковою сумішшю;

- характерна «язикоподібна» будова фази Fe₂Al₅ виникає унаслідок переважного зростання зерен -твердого розчину в приповерхневих шарах сталі у напрямі дифузії алюмінію углиб виробу;

- фазовий перехід твердого розчину на базі FeAl з кубічними гратами в твердий розчин на базі FeAl₂ з моноклінними гратами супроводжується утворенням пір всередині шару FeAl₂ у зв'язку з різницею в питомих об'ємах фаз;

- багатократне алітування сталі Ст3 при 950 С сприяє збільшенню товщини алітованого шару за рахунок дифузії алюмінію углиб металу і самодифузії заліза на поверхню.

3. Для отримання мінімальної деформації і високої жаростійкості алітованих листів вони повинні мати однакову глибину шару з обох боків по товщині листу, а основний метал між алітованими шарами повинен придбати після алітірованія евтектоїдну структуру, сформовану за рахунок відтиснення алюмінієм вуглецю з поверхні.

4. Встановлено, що термоциклювання алітованих виробів, імітуюче роботу оснащення ХТО, приводить до істотного збільшення загальної ширини алітованого шару за рахунок підвищення глибини залягання фаз FeAl і FeAl₂ при розсмоктуванні шару Fe₂Al₅. Одержані регресійні залежності і діаграми, що відображають цей процес залежно від режиму алітування і параметрів термоциклювання.

5. Показано, що в ході термоциклювання у зв'язку з відмінностями в коефіцієнтах лінійного розширення на межах твердих розчинів FeAl і FeAl₂ зароджуються тріщини, які розповсюджуються до поверхні зразка через крихкі фази FeAl₂ і Fe₂Al₅. Наявність шару пластичної фази FeAl перед основним металом захищає останній від високотемпературного окислення навіть у разі наявності тріщин в шарах FeAl₂ і Fe₂Al₅.

6. Вперше запропоновано використовувати електродугове зварювання в атмосфері повітря при виготовленні і ремонті оснащення ХТО із застосуванням заздалегідь алітованих листів з низько вуглецевої сталі і показана можливість отримання бездефектних зварних з'єднань, що характеризуються високою жаростійкістю.

7. Встановлено, що в процесі зварювання алітованих листів відбувається насичення металу шва алюмінієм в результаті розчинення в ньому багатих алюмінієм фаз FeAl₂ і Fe₂Al₅. Висока жаростійкість зварного шва забезпечується отриманням в ньому структури, що перебуває на межі з основним металом з твердого розчину Al в -Fe, алюмініду Fe₃Al у вигляді голок і сітки по межах зерен, і твердого розчину на базі хімічного з'єднання FeAl, що володіє стійкістю до тріщиноутворення при теплозмінах.

8. Показана можливість зварювання алітованих листів з низько вуглецевої сталі з листовою сталлю Х25Н20С2 з отриманням жаростійких і досить міцних з'єднань, що дозволяє застосовувати алітовані листи при «латочном» ремонті реторт печей цементацій.

9. Запропонований новий енергозберігаючий підхід до вибору режиму алітірованія виробів, призначених для експлуатації в умовах багатократних теплозмін. Цей підхід полягає в скороченні тривалості насичення при забезпеченні в алітованому шарі твердого розчину на базі з'єднання Fe₂Al₅. Формування стану високої жаростійкості шару відбувається в процесі експлуатації за рахунок перерозподілу алюмінію в межах шару і наростання глибини залягання фази FeAl при розсмоктуванні шару фази Fe₂Al₅.

10. Розроблений технологічний процес виготовлення контейнерів ХТО з листової вуглецевої сталі з 0,10-0,15 % С товщиною 2,5-3 мм, включаючий подвійне алітування листів в порошковій суміші при 950 ^оС, їх гибку і подальше електродугове зварювання електродами УОНІ-13 в окислювальній атмосфері повітря. Тривалість витримки при алітуванні 5 ч.

11. Запропоновані технічні рішення впроваджені у виробництво контейнерів і ящиків для борування і цементації, ремонт і виготовлення реторт печей Ц-105 газової цементації на підприємстві ВАТ «НПП Оснащення» (м. Краматорськ). Одержаний реальний економічний ефект в розмірі понад 100 тис. грн.

Публікації автора:

1. Заблоцький В.К. Формування алітованого шару для захисту від окислення наплавленого інструменту із швидкоріжучих сталей / В.К. Заблоцький, М.Я. Бєлкін, О.І. Шимко // Надійність інструменту і оптимізація технологічних систем: Збірка наукових праць. - Краматорськ - Київ: ДДМА, вип.№15. - 2004. - С.103-107.

Особистий внесок здобувача: досліджені особливості формування алітованого шару при одноразовому і багатократному алітуванні.

2. Заблоцький В.К. Особливості впливу алітування на структуру і властивості сталі 10 / В.К. Заблоцький, О.І. Шимко // Восточно-європейський журнал передових технологій. - Х. - 2005. - 6. - С.33-36.

Особистий внесок здобувача: проведені дослідження, що стосуються утворення алітованого шару нижче А_С1, запропоновані механізми утворення пористої структури алітованого шару і утворення «язикоподібної» структури на межі шару з основним металом.

3. Заблоцький В.К. Внутрішні напруги в металевих виробах / В.К. Заблоцький, О.І. Шимко // Вісник ДДМА. - Краматорськ. - 2005. - 1. - С.104-108.

Особистий внесок здобувача: встановлені причини утворення розтягуючих напружень в металевих виробах, які в свою чергу є причинами утворення тріщин.

4. Заблоцький В.К. Про деякі особливості будови алітованого шарую / В.К. Заблоцький, М.Я. Бєлкін, О.І. Шимко [та ін.]// Вісник Приазовського державного технічного університету. - Маріуполь. - 2006. - 16. - С.101-104.

Особистий внесок здобувача: запропоновані послідовності формування фазового складу алітованих шарів при алітуванні в порошковому і газовому середовищах.

5. Заблоцький В.К. Оптимізація режимів алітування і особливості застосування алітованих заготівок для виготовлення різних виробів методом зварювання / В.К. Заблоцький, О.І. Шимко // Восточно-європейський журнал передових технологій. - Х. - 2007. - 3/1(27). - С.84-88.

Особистий внесок здобувача: встановлені умови, при яких відбувається насичення зварного шва алюмінієм під час зварювання алітованих листів, запропоновані нові шляхи використовування зварних алітованих заготівок із вуглецевої сталі в промисловості.

6. Заблоцький В.К., Шимко О.І. Структурно-фазові перетворення при алітуванні сталей в порошкових сумішах: 3-я Міжнародна науково-технічна конференція [Важке машинобудування, проблемі та перспективи розвитку], (Краматорськ, 2005г.) / ДДМА. - Краматорськ: ДДМА, 2005.