О проекте по теме: АР09058350 «Разработка и внедрение технологии производства хромистых антифрикционных чугунов для деталей горно-шахтного оборудования» н.р. Щербакова Е.П.
Актуальность
Ряд деталей для горно-шахтного оборудования изготавливается из хромистых чугунов. Несмотря на значительные преимущества использования данных чугунов, они также имеют и свои недостатки – относительно плохие литейный свойства (низкую жидкотекучесть, высокую усадку), к тому же обработка резанием при изготовлении деталей из отливок затруднена
Цель проекта
Разработка и внедрение технологии производства деталей горно-шахтного оборудования из хромистых чугунов с оптимальным комплексом свойств в зависимости от условий эксплуатации деталей, который обеспечит увеличение срока службы в 1,5-2 раза.
Ожидаемые и достигнутые результаты
Был проведен анализ существующих технологий и современных способов производства сменных деталей грунтовых насосов. Сменные детали грунтовых насосов были определены в качестве объекта исследований, т.к. значительная часть изготавливается из хромистых чугунов и от них требуются высокие антифрикционные свойства. Показано, что основным трендом повышения эффективности работы горно-шахтного оборудования в настоящее время является повышение износостойкости и твердости материалов, идущих на изготовление крупных сменных деталей.. При этом количество работ, посвященных изучению материалов, идущих на изготовление мелких деталей, недостаточно. Между тем, именно мелкие детали являются «узким местом», т.к. выходят из строя чаще. Проведенный анализ и локальный мониторинг показал, что мелкие детали грунтовых насосов (втулки, валы и пр.) выходят из строя чаще, чем крупные (колесо, бронедиски), что снижает эффективность работы насоса. Мелкие детали, как правило, изготавливаются из антифрикционных материалов (чугунов), т.к. работают в местах сопряжения.
Были определены основные технологические параметры изготовления деталей грунтовых насосов и состава износостойкого сплава. Были определены состав износостойкого сплава. Были исследованы свойства разработанного сплава в лабораторных условиях.
Было установлено, что микролегирование титаном до 0,2 % приводит к значительному измельчению графитной фазы и некоторому увеличению ее количества, что способствует увеличению коэффициента скольжения. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили благоприятное воздействие микролегирования титаном на эксплуатационные свойства антифрикционного серого чугуна АЧС-2. Введение титана в состав слава АЧС-2 в количестве 0,2 % приводит к измельчению графитной фазы, что благоприятно сказывается на коэффициенте скольжения и твердости сплава.
Были исследованы свойства разработанного сплава в лабораторных условиях. Были получены микроструктуры сплава, данные о механических свойствах деталей.
Проведенный информационный анализ позволил предположить, что микролегирование некоторыми элементами позволит измельчить и сделать более однородной по размеру графитную фазу. С этой целью был проведен следующий эксперимент. В лабораторных условиях был выплавлен опытный сплав, по сравнению с составом классического чугуна АЧС -2 в опытном сплаве было увеличено содержание титана до 0,2 %, т.е. почти в 2 раза. Необходимое содержание титана обеспечивалось введением ферротитана марки FeT70.
| Рисунок – Способы литья, используемые при изготовлении деталей грунтовых насосов | |
 |
 |
|
а — анализ формы графитных включений
|
б — анализ длины графитных включений Рисунок – Пример использования Thixomet Pro |
Были определены основные технологические параметры изготовления деталей грунтовых насосов и состава износостойкого сплава. Были определены состав износостойкого сплава. Были исследованы свойства разработанного сплава в лабораторных условиях.
Было установлено, что микролегирование титаном до 0,2 % приводит к значительному измельчению графитной фазы и некоторому увеличению ее количества, что способствует увеличению коэффициента скольжения. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили благоприятное воздействие микролегирования титаном на эксплуатационные свойства антифрикционного серого чугуна АЧС-2. Введение титана в состав слава АЧС-2 в количестве 0,2 % приводит к измельчению графитной фазы, что благоприятно сказывается на коэффициенте скольжения и твердости сплава.
Были исследованы свойства разработанного сплава в лабораторных условиях. Были получены микроструктуры сплава, данные о механических свойствах деталей.
Проведенный информационный анализ позволил предположить, что микролегирование некоторыми элементами позволит измельчить и сделать более однородной по размеру графитную фазу. С этой целью был проведен следующий эксперимент. В лабораторных условиях был выплавлен опытный сплав, по сравнению с составом классического чугуна АЧС -2 в опытном сплаве было увеличено содержание титана до 0,2 %, т.е. почти в 2 раза. Необходимое содержание титана обеспечивалось введением ферротитана марки FeT70.
Присутствие титана должно способствовать измельчению графита и, таким образом, опосредованно влиять на механические свойства чугуна, в частности на коэффициент скольжения.
Сплав выплавлялся в индукционной печи УИП-25, разливку проводили в песчано-глинистую форму. Условия разливки не менялись в ходе эксперимента. После полного охлаждения подготавливали образцы для исследования микроструктуры и механических свойств. Шлифы готовили на металлографическом комплексе Strue, для металлографического анализа использовалось ПО Thixomet Pro, твердость определялась на твердомере Vilson. Коэффициент скольжения определяли на приборе COF-P01(M) при следующих характеристиках: сухое трение (без смазки), угол наклона – 150; угловая скорость – 100/s. В качестве образца сравнения использовался базовый сплав АЧС-2.
Результаты исследований микроструктуры показали, что средняя длина графитных включений в опытном сплаве составила 27 мкм. По сравнению с базовым сплавом АЧС-2 длина графитных включений уменьшилась в 4 раза. При этом площадь, занятая графитом, несколько увеличилась, примерно на 10 %, что свидетельствует об увеличении количества свободной графитной фазы. Коэффициент скольжения в опытном сплаве увеличился на 35 %, что говорит о его более высоких антифрикционных свойствах, при этом твердость опытного образца несколько увеличилась, примерно на 12 %.
Исследовательская группа
| 1 Щербакова Елена Петровна-
|
науч.рук, PhD, и.о. доцента каф. НТМ
ORCID 0000-0001-6678-6673 Researcher ID N-5639-2017 Scopus Author ID 55543103900 |
| 2 Достаева Ардак Мухамедиевна | PhD, и.о. доцента каф. НТМ
ORCID 0000-0002-1982-2368 Researcher ID AAB-9478-2020 Scopus Author ID 57160297400 |
| 3 Исагулова Диана Аристотелевна | PhD, доцент каф. НТМ
Scopus Author ID 55778253200 |
| 4 Адамова Гульден Хасеновна | докторант гр. МЕТД-21-1 кафедры НТМ |
| 5 Ковалёва Татьяна Викторовна | докторант гр. МЕТД-19-1 кафедры НТМ
Scopus Author ID 57211297553 |
| 6 Аубакиров Дастан Рахметоллаевич | докторант гр. МЕТД-19-1 кафедры НТМ
ORCID 0000-0003-4193-5956 Researcher ID X-1767-2019 Scopus Author ID 57194209750 |
| 7 Алина Арайлым Алтынбековна | докторант гр. МЕТД-20 кафедры НТМ
ORCID 0000-0003-3577-4914 Scopus Author ID 57218196165 |
Список публикаций
- Щербакова Е.П., Квон Св.С., Ковалёв П.В., Достаева А.М., Аубакиров Д.Р. Влияние легирования на параметры графитных включений и некоторые свойства серых чугунов // Труды университета, Караганда: Изд-во КарТУ. – 2022.
2 Ye.P. Chsherbakova, Sv.S. Kvon, A.M. Dostaeva, D.R. Aubakirov Studying the grafite phase in antifriction AChS – 2 cast iron // Metalurgija, Хорватия: Croatian Metallurgical Society. – 2022. — № 1 (61). – P. 200-202.
Информация для потенциальных пользователей
Полученные результаты могут быть реализованы в других технологиях литейного производства, использованы при разработке новых сплавов, при разработке новых режимов заливки и плавки. Полученные теоретические и практические результаты будут использованы в промышленности, при инженерных расчетах и в учебных целях.
О проекте по теме: AP09058352 «Разработка и внедрение нового жаропрочного сплава и технологии получения деталей для металлургического производства на его основе» . Научный сотрудник Аринова С.К.
Актуальность
Актуальность данной темы обусловлена необходимостью поиска новых составов жаропрочных сталей, оптимальных с позиций цена/качества. Иными словами, необходимо повысить жаропрочность существующих и используемых в настоящее время жаропрочных сталей при минимальном повышении их себестоимости. Проблема усугубляется тем, что в РК производство жаропрочных сталей практически не налажено. Следовательно, разработанный сплав не должен иметь слишком сложный состав, с тем, чтобы технология его производства и отливок из него могла быть адаптирована и внедрена на действующих предприятиях РК с учетом уровня развития основных средств.
Цель проекта
Создание новых усовершенствованных жаропрочных сплавов, а также технологий производства деталей на их основе с учетом существующих основных средств на территории Республики Казахстан (Карагандинской области).
Ожидаемые и достигнутые результаты
Проведено термодинамическое моделирование и построены фазовые диаграммы исследуемой системы на основе железо -хром-никель- л.э. на программе Thermo-Calc. По результатом которого, установлены концентрационные пределы основы исследуемой системы и легирующих элементов и выявлены предположительный фазовый состав. Установлено, что в процессе эксплуатации жаропрочных сталей происходит эволюция микроструктуры с трансформацией карбидной фазы и образованием G – фазы, которая негативно влияет на жаропрочность. Однако сбалансированный состав сплава позволяет подавить образование нежелательных фаз и прогнозировать процесс эволюции микроструктуры. По результатам проведенного анализа предложен новый состав жаропрочной стали на базе системы Fe-Cr-Ni с дополнительным легированием Nb. Проведены экспериментальные исследования по выплавке в лабораторных условиях сплава предложенного состава и проведены испытания его свойств. Полученные результаты показали перспективность выбранного направления совершенствования жаропрочных свойств.
Были разработаны режимы технологии выплавки деталей металлургического оборудования опытного жаропрочного сплава и был обоснован выбор метода литья для получения отливок из разработанного сплава.
Обоснован и выбран метод литья для получения отливок из разработанного сплава. В качестве сплава предлагается использовать сплав на основе стали 1Х18Н9Т, дополнительно легированной Nb.
В качестве метода литья предлагается использовать литье по газифицируемым моделям (ЛГМ). Разработан материал модели ЛГМ, его оптимальный состав для выбранного метода литья. Предлагается использовать смесь промышленного и литейного полистирола в определенном соотношении и определенной фракции.
Разработан режим технологии выплавки, включающий ультразвуковую обработку в процессе первичной кристаллизации.
 |
 |
Политермические разрезы диаграммы состояния системы Fe-Cr-Ni
 |
 |
Структура опытного сплава
Исследовательская группа
| 1.Аринова Сания Каскатаевна | науч.рук, PhD, преподаватель каф. НТМ
Scopus Author ID 57192206332 |
| 2. Аубакиров Дастан Рахметоллаевич | ст. преподаватель каф. НТМ
ORCID 0000-0003-4193-5956 Researcher ID X-1767-2019 Scopus ID 57194209750 |
| 3. Достаева Ардак Мухамедиевна | PhD, ст. преподаватель каф. НТМ
ORCID 0000-0002-1982-2368 Researcher ID AAB-9478-2020 Scopus Author ID 57160297400 |
| 4. Ковалева Татьяна Викторовна | магистр, докторант кафедры НТМ.
Scopus ID 57211297553 |
Список публикаций
- S.K. Аrinova, Sv.S. Kvon, V.Yu. Kulikov, М.М. Abdildina, A.E. Omarova Thermodynamic modeling and Analysis of the structure of the heat-resistant alloys of system Fe-Cr-Ni // Metalurgija, Хорватия: Croatian Metallurgical Society. — – 2022. — № 2 (62). – P. 341-343.
- Аринова С.К., Квон Св.С., Исагулова Д.А., Ковалёва Т.В., Аубакиров Д.Р. Перспективы использования и совершенствования жаропрочных сталей для производства деталей металлургического производства // Труды университета, Караганда: Изд-во КарТУ. – 2022. – № 1. – С. 41-45.
Информация для потенциальных пользователей
Полученные научные результаты могут быть применены при разработке новых производств и участков металлургического и литейного производств.