Анализ изнашивания и разработка экологически чистой технологии химико-термической упрочняющей обработки рабочих органов кормоприготовительных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Пучков, Сергей Владимирович

• Пучков, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пучков, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Анализ изнашивания и повреждаемости рабочих органов зернодробильных машин.

1.1. Устройство и работа машин для дробления зерна при приготовлении концентрированных кормов для животных.

1.2. Анализ отказов узлов и деталей машин для измельчения зерна.

1.3. Исследование изнашивания и повреждаемости молотков зернодробилок в условиях рядовой эксплуатации.

1.3.1. Результаты исследования изнашивания молотков зернодробилок.

1.3.2. Металлографический анализ рабочих органов зернодробильных машин.

1.3.3. Рентгеноструктурный анализ изношенных деталей.

1.4. Перспективы использования упрочняющей обработки для повышения долговечности рабочих органов зернодробилок.

Глава 2. Методика экспериментальных исследований.

2.1. Стали для исследования и технология упрочняющей обработки.

2.2. Методика исследования состава, структуры и физико-механических свойств диффузионных слоев.

2.3. Определение износостойкости и ударной вязкости нитроцементованных сталей.

2.4. Математическое планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных.

Глава 3. Исследование нитроцементации сталей для молотков зернодробилок в пастообразном карбюризаторе универсального действия.

3.1. Анализ реакций в насыщающих азотисто-углеродных средах и обоснование выбора компонентов карбюризатора.

3.2. Оптимизация состава азотисто-углеродного карбюризатора по кинетическим показателям.

3.3. Насыщающая способность аммиачно-железосинеродистого карбюризатора при различных режимах нитроцементации.

Глава 4. Исследование эксплуатационных свойств сталей для молотков зернодробилок, упрочненных нитроцементацией.

4.1. Анализ абразивной износостойкости и ударной вязкости материалов с гетерофазной структурой.

4.2. Экспериментальное исследование износостойкости и ударной вязкости нитроцементованных сталей для молотков зернодробилок.

4.2.1. Упрочнения сталей для молотков зернодробилок низкотемпературным цианированием.

4.2.2. Упрочнение стали для молотков зернодробилок нитроцеминтацией при средних температурах насыщения.

4.2.3. Результаты нитроцементации молотковых сталей при высокой температуре - 850°С.

4.2.4. Обсуждение результатов эксперимента.

4.3. Разработка технологических рекомендаций по упрочнению молотков зернодробильных машин.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ изнашивания и разработка экологически чистой технологии химико-термической упрочняющей обработки рабочих органов кормоприготовительных машин»

Обеспечение продовольственной безопасности России является, в настоящее время, главной задачей сельскохозяйственного производства и тех отраслей машиностроения, которые обслуживают сельское хозяйство. В этой связи ведущая роль отводится развитию животноводства, что особо подчеркивается в Президентской Программе развития сельского хозяйства. Развитие современного высокоэффективного животноводства немыслимо без его механизации, обеспечивающей внедрения прогрессивных технологических процессов заготовки, приготовления и раздачи кормов, а также ухода за животными.

Наиболее энергоемкой операцией в рабочих процессах приготовления кормов (комбикормов, полнорационных кормовых смесей, травяной муки и т.п.) является измельчение исходных компонентов. Измельчение зерна выполняется в подавляющем большинстве случаев дробилками молоткового типа (КДУ-2,0, ДБ-5, ДКМ-5 и др.). Эксплуатация этих машин показала, что при многих положительных качествах (универсальность, простота обслуживания, высокая производительность) они имеют ряд недостатков, наиболее существенным из которых является низкая долговечность рабочих органов -молотков.

Проблемой повышения долговечности и восстановления рабочих органов названных машин занималось большое количество исследователей, ими были предложены различные способы повышения долговечности молотков, которые можно условно разделить на следующие группы: организационные (рациональная организация рабочего процесса измельчения), конструкторские (оптимизация формы и размеров молотков и конструкции дробилки в целом) и технологические (разработка различных способов упрочнения молотков, таких как термообработка, химико-термическая обработка, наплавка, напыления и т.п.). Однако многолетняя практика эксплуатации кормод-робилок показала, что все предлагаемые до настоящего времени способы повышения износостойкости молотков не нашли широкого применения по причинам малой эффективности или не технологичности.

Такое неудовлетворительное состояние дел с надежностью кормопри-готовительных машин во многом связано с недостатком объективных данных о характере и закономерностях изнашивания и повреждаемости их деталей в процессе эксплуатации. В частности, до настоящего времени совершенно не изучены вопросы, связанные с изменением структуры и свойств материалов молотков дробилок, вызванное действием на них перерабатываемой зерновой массы. При отсутствии таких данных нет возможности сформулировать требования к структуре молотков и разработать эффективный метод их упрочнения.

Одним из прогрессивных и экономичных методов повышения износостойкости стальных изделий является их поверхностное упрочнение нитро-цементацией. Однако, влияние нитроцементации на комплекс свойств, благоприятных для повышения долговечности зернодробильных молотков, изучено недостаточно - нет ясности о взаимосвязи степени насыщения стали азотом и углеродом с абразивной износостойкостью и ударной вязкостью нитроцементованных слоев, не ясна роль структуры и фазового состава этих слоев в определении уровня износостойкости и ударной вязкости сталей различных классов.

Изучение этих и некоторых других вопросов, связанных с износостойкостью молотков и надежностью кормоприготовительных машин, весьма актуально. Работы в этом направлении могут иметь важное народнохозяйственное значение в плане повышения надежности сельскохозяйственной техники.

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Пучков, Сергей Владимирович

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Проведен анализ изнашивания и повреждаемости молотков зернодробилок в условиях рядовой эксплуатации, в результате которого установлено, что упрочнение молотков закалкой недостаточно эффективно для работы в среде, содержащей абразивные частицы. Молотки быстро изнашиваются, что ведет к снижению производительности работы и удушению качества дробления зерна (к снижению его питательной ценности).

2. Предложен метод упрочнения молотков зернодробилок нитроцементацией, обеспечивающий образование в диффузионных слоях твердых карбонитридных фаз, сопротивляющихся действию абразива.

3. Разработан состав пастообразного карбюризатора, содержащий сажу, аммиачную селитру, желтую кровяную соль и углекислый барий, обеспечивающий насыщение стали азотом и углеродом в широком диапазоне температур. Оптимизировано содержание компонентов в пасте, обеспечивающего максимальную скорость нитроцементации.

4. Исследована насыщающая способность карбюризатора при различных температурах и на различных температурах и на различных сталях и установлены закономерности формирования структуры диффузионных слоев в зависимости от режимов нитроцементации и легирования упрочняемых сталей.

5. Исследовано влияние режимов нитроцементации на абразивную износостойкость и ударную вязкость сталей для молотков зернодробилок. Установлены режимы нитроцементации, обеспечивающие удовлетворительное сочетание названных свойств и максимально возможную долговечность деталей, работающих в абразивных средах с динамическими нагрузками.

6. Разработаны технологические рекомендации для упрочнения молотков из сталей 40 и 30 ХГСА нитроцементацией, обеспечивающего повышение их долговечности более чем в 4 раза.

7. Показана экологическая безопасность нитроцементации стали с ис

-125пользованием высокоактивного пастообразного карбюризатора, который может обеспечить требуемое насыщение стали упрочняющими элементами при минимальном расходе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пучков, Сергей Владимирович, 2007 год

1. Переверзев В.М. Диффузионная карбидизация стали.- Воронеж ВГУ. 977.-92с.

2. Переверзев В.М., Колмыков В.И., Воротников В.А. Влияние карбидов на стойкость цементованных слоев к изнашиванию в кварцевом абразиве // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. №4.-С.45-47.

3. Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины 6-е изд.,перераб. и доп.-М.: Агропромиздат. 1989.-527 с.

4. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные м мелиоративные машины М.: Колос. 1994.- 751 с.

5. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов -М.: Машиностроение. 1975.-312 с.

6. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание -М.: Наука. 1970.-252 с.

7. Хрущов М.М. Закономерности абразивного изнашивания В сб. изно-состойкость-М.: Наука. 1975.-С.5-27.

8. Основы расчета на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. До-бычин, B.C. Колебалов-М.: Машиностроение. 1977.-520с.

9. Трение, изнашивание и смазка. Справочник -В 2-х книгах /Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина.- М.: Машиностроение. 1979.-358 с.

10. Колмыков В.И., Переверзев В.М. Анализ процесса изнашивания буровых долот, упрочненных карбидной фазой //Повышение эффективности и качества использования недр КМА Воронеж: ВГУ. 1980.-С. 101-105

11. Гольдштейн М.М. Механические свойства грунтов.- М.: Стройиздат. 1973.-376с.

12. Ткачев В.Н. Износ рабочих органов почвообрабатывающих машин в эксплуатации // Повышение долговечности деталей машин и инструментов Ростов- на -Дону: НИИТМ. 1962.-С.27-31.

13. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел-М.: Металлургия .1971.- 264с.

14. Гурланд Д.Ж. Разрушение композитов с дисперсными частицами в металлической матрице / Композиционные материалы. Разрушение и усталость- Под ред. J1. Браутмана -М.: Мир. 1978.-С.58-105

15. Gurland J. observation on the frakture of cementite particles in a spheroidsed 1,05% С steel deformed at room temperature // Akta Met. 1972. 20.№5-P. 735-741.

16. Переверзев B.M., Бартеньев B.M. Влияние способа цементации на распределение закалочных остаточных напряжений в стали ХВГ7/ Химико-термическая обработка металлов и сплавов Минск: БТТИ. 1977.-Г.66-68 .

17. Stuart Н., Ridley N. Thermal expansion of some carbides and tesselated stresses // Jron and steel Jnst., 1970. 208. №12 P. 1089-1092

18. Anand L, Gurland J. Effect of internal boundaries on the yield strengthe of spheroidized steel // Met. Trans. 1976. Ф.7. №2- P.I9I-197.

19. Nakamura М., Gurland J. The fracture toughness of WC-Co two-phase alloys- a preliminary model // Met. Trans. 1980.A.11. №1.-P.141-146

20. Чернявский K.C., Травушкин Г.Г. Современные представления о связи структуры и прочности твердых сплавов WC -Со // Проблемы прочности. 1980. № 4.-С. 11-19.

21. Туманов В.И. Конюхова J1.A., Креймер Неэффективная поверхностная энергия и прочность хрупких сплавов WC — Со // Физика металлов и металловедение. 1974.38. № 4. С.843-849

22. Цементация хромистых сталей в пастообразном карбюризаторе /Переверзев В.М. и др.// Прогрессивные методы химико-термической обработки — М.: Машиностроение. 1979.-С.82-88.

23. Переверзев В.М., Колмыков В.И., Репина Л.Д. Упрочнение материала бурового инструмента и деталей геологоразведочного оборудования нитроцементацией //Повышение эффективности разработки и использования недр КМА -Воронеж: ВГУ. 1980.-С. 101-105.

24. Переверзев В.М., Колмыков В.И., Воротников В.А. О возможности упрочнения бурового инструмента и деталей горных машин диффузионной карбидизацией // Технология и техника разработки железорудных месторождений КМА-Воронеж : ВГУ. 1982.- С. 64-69.

25. Колмыков В.И., Переверзев В.М., Репина Л.Д. Эффективность диффузионной карбидизации шнековых буровых долот // Технология и техника разработки железорудных месторождений КМА,- Воронеж: ВГУ. 1982.- С. 73-77.

26. Влияние карбидов на структуру и твердость цементованных слоев // Научн.-техн. Региональная конф. «Материалы и упрочняющие технологии- 92» — Курск: КГТУ. 1992.-С.41-42.

27. Колмыков В.И., Переверзев В.М., Пивовар Н.А. Цементация хромистой нержавеющей стали в пастообразных карбюризаторах // Повышение эффективности использования и ремонта сельскохозяйственной техники- Курск: КГСХА. 1999.-С. 99-103.

28. Енин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. 4.1.- Свердловск: Металлургиздат. 1962- 167с.

29. Райцес В.Б. Технология химико-термической обработки на машиностроительных заводах -М.: Машиностроение. 1965.-c.97.

30. Взаимодействие окислов металлов с углеродом / В.П. Елютин, Ю.А. Павлов, В.П. Поляков и др// М.: Металлургия. 1976. -360 с.

31. Шубин Р.П., Гринберг М.Л. Нитроцементация деталей машин-М.: Машиностроение. 1975.-208 с.

32. Vtill F. A., Thild H.C. Predicting carbyrising data // Heat. Treat. Metalls. 1978.5. №3.-P.67-72.

33. Шапочкин В.И., Семенова JI.M. Исследование «темной составляющей» в нитроцементованных слоях // Изв. высш. учеб. заведений. Черная металлургия. 1985. №5.-С.125-129.

34. Перверзев В.М., Калмыков В.И. О природе повышенной склонности хромистых сталей к карбидообразованию при цементации // Известия АН СССР. Сер. Металлы. 1980.-С. 197-200.

35. Переверзев В.М. Колмыков В.И. Влияние легирующих элементов на карбидообразование в железе и стали в процессе цементации// Металловедение и термическая обработка металлов. 1981. №8.- С.11-14.

36. Мовчан В.И., Долженков И.Е., Мовчан А.В. Структура науглерожен-ных Fe-Ti и Fe-Ti- Сг — сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. №2.-С. 18-21.

37. Луника М.Н. Упрочнение поверхности .стали карбидами титана и хрома // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. № 2. -С. 18-21.

38. Гольдшминд X. Дж. Сплавы внедрения Т. 1. Пер. с англ./ Под ред. Н.Т. Чеботарева // М.: Мир. 1974.- 424 с.

39. Драпкин Б.М., Кисмач Г.М., Жабрев СБ. Устойчивость цементита в модифицированном чугуне // Металловедение и термическая обработка металлов. 1991. № П.-С. 38-39.

40. Гардин А.И. Электронографическое исследование структуры цементита//Кристаллография. 1962. Т. 7. №6. -с. 854-856.

41. Смещение точки Кюри карбида железа в сплавах железо-углерод и релаксационные эффекты / Н.Я. Рохманов, А.Ф. Сиренко, Д.Е. Капуткин и др.// Известия РАН Сер. Физическая. 1993. Т.57. №11. -С.40-44.

42. Розанов А.Н. Твердость цементита // Металловедение и термическая обработка. Вып. 1.- М.: Металлургиздат. 1954.-С. 149-155.

43. Таран Ю.Н., Новик В.И. Строение цементита белого чугуна//Литейное производство. 1967.№ 1.- С.34.-130

44. Фомичев А.И., Никитченко В.К. О пластической деформации цементита // Физика металлов и металловедение. 1971. Т. 31. №4.- С. 891-896.

45. Богачев И.Н., Ветрова Т.С. Пластическая деформация белого чугуна // Металловедение и термическая обработка металлов. 1973.№4.-С.58-59.

46. Богачев И.Н., Ветров Т.С. Исследование цементита в деформированном белом чугуне // Известия Вузов. Черная металлургия. 1975. №2.- С. 111-114.

47. Богачев И.Н., Ветрова Т.С. Исследование высокотемпературной деформации цементита // Проблемы металловедения и физики металлов. № 3.- М.: Металлургия. 1976.- С. 231-235.

48. Богачев И.Н., Ветрова Т.С Исследование пластичности белого чугуна // Металловедение и термическая обработка металлов. 1976. № 6.- С. 4042.

49. Таран Ю.Н. Новик В.И. О микротвердости цементита // Металловедение и термическая обработка металлов. 1971. №10.-С. 15-16

50. Химико- термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Под ред. JI.C. Ляховича М.: Металлургия. 1981.-424 с.

51. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / Под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта -М.: Машиностроение. 1980.- 783 с.

52. Минкевич А.Н. Химико- термическая обработка металлов и сплавов -М.: Машиностроение. 1965.-492с.

53. Волобуев А.И., Волобуев И.В. Фазовый состав слоя цементованной стали с ниобием // Вестник Харьковского политехнического институту-Харьков: ХПИ. 1974.№96.-С.23-26.

54. Гудремон Э. Специальные стали. Т.1.-М.: Металлургия. 1966.-736с.

55. Меськин B.C. Основы легирования стали-М.: Металлургия. 1964- 684 с.

56. Цуканов В.А. Легирование конструкционной стали марганцем М.: Металлургиздат. 1959.- 194с.

57. Балычев Ю.М., Ткаченко Ф.К. О влиянии марганца на рост аустенитно-го зерна // Известия вузов. Черная металлургия. 1978. №1.-С.5-8.

58. Мейер Г. Цементуемые стали// Металловедение и термическая обработка металлов. 1973 .№7.- С.5-8.

59. Мельников В.П. Абразивная износостойкость углеродистых и малолегированных сталей в различных структурных состояниях // Металловедение и термическая обработка металлов. 1976.№6.- С.45-46.

60. Bungardt V. К. Beitrag zum EinfluB des kohlen- stoffe, haltes auf Ge-fligeaufbau und Eigenschaften eines Schnellarbeitsstahl mit 6% W, 5% Mo, 4% Cr und 2% V // DEW-Fech. Ber. 1972. 12. №2.-S.l 11.

61. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: Справочник/ Под ред.акад. Н.Т. Гудцова.-М.: Металлургиздат. 1957. -1204 с.

62. Козловский И.С., Оловянников В.А., Зинченко В.М. Критерий оценки качества и основы рационального выбора цементуемых и нитроцемен-туемых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1981.ЖЗ.-С.2-9.

63. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография -М.: Металлургия. 1970.-375 с.

64. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов -М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1961.-863 с.

65. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов- М.: Машиностроение. 1981.-134 с.

66. Сорокин Г.М. Развитие методов испытания материалов на изнашивание абразивом //Заводская лаборатория. 1989. №9.-С.74-78.

67. Колмыков В.И., Томкович В.В., Переверзев В.М. Ускоренные испытания цементованных сталей на износ в кварцевом абразиве // Российская научн.-техн. Конф. «Материалы и упрочняющие технологии-94» -Курск: КГТУ.-С. 16-17.

68. Износостойкость и структура твердых наплавок /ММ. Хрущов и др. -М: Машиностроение. 1971.-95с.

69. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М: Легкая индустрия. 1974.-263с.

70. Кассандрова О.Н. Обработка результатов наблюдений-М.: Наука. 1970.-104 с.

71. Леонидова М.Н., Шварцман Л.А., Шульц Л.А. Физико-химические основы взаимодействия металлов с контролируемыми атмосферами-М.: Металлургия. 1980.7264 с.

72. Взаимодействие окислов металлов с углеродом /В.П. Елютин, Ю.А. Павлов, В.П. Поляков и др.- М.: Металлургия. 1966.-736 с.

73. Колмыков В.И. Повышение экологической частоты цементации стали совершенствованием технологии на основе термодинамических расчетов//Известия КГТУ.№4. 1999.-С.6-10.

74. Прженосил Б. Нитроцементация. -М.: Машиностроение. 1969.-212 с.

75. Повышение износостойкости плунжерных пар нит-роцементацией /

76. B.М. Переверзев, М.Д. Овчаренко, А.А. Толстой и др.// Тракторы и сельхозмашины. 1977.№ 10.-C.37-3 8.

77. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. -М.: Металлургия. 1983 .-525с.

78. Jindal P. G . Gurland J. On relation of hardness and microstructure of tempered and spheroidized carbon steels //Met .Trans. 1974. 5. №7.-3. 16491653.

79. Гольдштейн М.И. Дисперсионное упрочнение конструкционных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1975. №11.1. C.50-58

80. Hirsch Р. В. Humphries F. J. Physics of strength and plasticiy (A. Argon, ed) //MYT Press, Cambridge, Massachusetts. 1969.-P. 189-216.

81. К вопросу о применимости правила аддитивности при определении свойств некоторых конструкционных сталей / Стародубцев К.Ф. и др.// Известия вузов. Черная металлургия. 1977. №1.-С15—153

82. Переверзев В.М., Колмыков В,И. Влияние режимов цементации и последующей закалки на склонность к разрушению стали ХВГ // Металловедение и термическая обработка металлов. 1979. № 1 .-С. 16-18.

83. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости ,-М.:Металлургия. 1977.-359с.

84. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении -Киев: Техника. 1976.-292 с.

85. Попов B.C., Брыков Н.Н., Дмитриченко Н.С. Износостойкость пресс-форм огнеупорного производства- М.: Металлургия. 1971.-157 с.

86. Мак Лин Д. Механические свойства металлов М.: Металлургия. 1965. 432 с.

87. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения -М.: Металлургия. 1977.- 359 с.

88. Крагельский И.В. и др. Трение и износ -М.: Машиностроение. 1968.480 с.

89. Новиков И.И. Дефекты кристаллической решетки металлов —М.: Металлургия . 1968.- 188с.

90. Коноводов В.В., Лемишков А.Д., Малышко А.А. Повышение износостойкости рабочих органов кормодробильных машин / В сб. Технологии восстановления и упрочнения деталей машин Краснодар: КГАУ, ВНИИТУ - ВИД «Ремдеталь». 2000. - С.20 - 26