blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-12-939-947blackmet-1517Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESЭФФЕКТИВНОСТЬ УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДЫМ СПЛАВОМ СМЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВEFFICIENCY OF HARDENING OF METALLURGICAL EQUIPMENT SPARE PARTS BY HARD ALLOYБыстровВ. А.BystrovV. А.

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr Sci (Eng), Assist. Professor, Professor of the Chair “Management and Branch Economy”

Novokuznetsk

Сибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation2018150120196112939947Copyright © Быстров В.А., 20192019Быстров В.А.Bystrov V.А.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1517

Для  упрочнения  быстроизнашивающихся  деталей,  работающих  при  высокотемпературных  видах  износа,  широко  применяются  композиционные материалы (КМ) на основе тугоплавких твердых сплавов, в качестве которых используются карбиды переходных металлов IV – VI групп А, определяющие физику высокотемпературного износа. Для этих целей используется спеченный твердый сплав типа  ТН 20  на  основе  (Ti,  Mo)C – Ni – Mo,  имеющий  кольцевую  структуру,  предотвращающую  образование  сложнолегированных  структур  на  границе раздела твердая частица – матрица. Благодаря минимальной растворимости спеченного твердого сплава типа ТН 20 в сплаве-связке на поверхности раздела твердая частица – матрица практически не выделяются сложнолегированные структурные фазы, вызывающие  охрупчивание  и  рост  остаточных  термических  напряжений  и  деформаций,  что  приводит  к  повышению  износостойкости  и  росту  срока  службы  упрочненных  деталей.  С  целью  повышения  эффективности  работы  металлургических  агрегатов  за  счет  упрочнения  сменных  деталей  композиционным  материалом  на  основе  спеченного  твердого  сплава  типа  ТН  20  с  использованием  электрошлаковой  наплавки  (ЭШН)  разработана  комплексная  программа  управления  эффективностью  упрочнения  деталей.  В  процессе  управления  наплавкой  твердым сплавом особое внимание уделено жаропрочности и высокотемпературной износостойкости КМ, которые определяются комплексом  свойств твердых частиц. Следовательно, сохранение высоких механических, теплофизических и энергетических характеристик карбидов  и  снижение  растворимости  твердых  частиц  в  матрице  КМ  при  наплавке  является  первоочередной  задачей  повышения  эффективности  в процессе упрочнения сменных деталей. Комплексная программа управления процессом ЭШН КМ основана на управляющих воздействиях,  направленных  на  предотвращение  образования  сложнолегированных  структур  на  поверхности  раздела  твердая  частица – матрица;  снижение термических напряжений и деформаций (приводящих к образованию трещин и выкрашиванию твердых частиц при абразивном  износе);  повышение  высокотемпературной  износостойкости.  Применение  разработанных  систем  управляющих  воздействий  на  процесс  упрочнения быстроизнашивающихся деталей металлургического оборудования позволило значительно увеличить срок службы сменных  деталей и повысить производительность металлургических агрегатов, что обеспечило получение определенного экономического эффекта.

Composite  materials  (CM)  are  widely  used  for  hardening  of  wearing parts operating at high temperature wear types. They are based  on  high-melting  hard  alloys,  as  which  are  used  carbides  of  transition  metals  of  IV – VI  groups A  determining  the  physics  of  high-temperature wear. For these purposes baked TiC of TN 20 type on the basis  of (Ti, Mo)C – Ni – Mo is used that has a ring structure preventing the  formation of complex alloyed structures on the bounda ry of solid particle-matrix. Due to the minimal solubility of the sintered hard alloy of  TN 20 type in the alloy-bond, at the interface of solid particle – matrix  practically does not stand out complex structural phases causing embrittlement and growth of residual thermal stresses and strains. It leads  to increased wear resistance and longer service life of hardened parts.  In order to increase the opera ting efficiency of metallurgical units due  to  hardening  of  spare  parts  with  a  composite  material  based  on  sintered hard alloy of the TN 20 type using electroslag surfacing (ESW),  a comprehensive program has been developed to control the efficiency  of hardening parts. In the management of hard alloy surfacing the special  attention  is  given  to  heat  and  high  temperature  wear  resistance  determined  by  the  set  of  CM  properties  of  solid  particles.  Therefore,  maintaining of high mechanical, thermal and energy characteristics of  carbides and decrease of the solubility of solid particles in a CM matrix  at surfacing is a priority for improving efficiency in hardening process  of spare parts. Integrated ESW management program for CM is based  on  effects,  aimed  to  prevent  the  formation  of  complex  alloyed  structures on surface of the solid section of particle-matrix; to reduce thermal stresses and deformations (leading to the cracks formation, chipping and deleting solid particles in abrasive wear) and to improve high  temperature wear resistance. Use of the developed control systems for  hardening  process  of  metallurgical  equipment  wearing  parts  has  significantly  increased  the  service  life  of  spare  parts  and  producti vity  of  the metallurgical units, which ensured a certain economic effect.

спеченный твердый сплавграница раздела твердая частица – матрицарастворимость твердых частицрелаксация напряженийbaked hard alloysection boundary of solid particle-matrixsolubility of solid particlesstress relaxationReferencesБыстров В.А., Верёвкин В.А., Селянин И.Ф. Электрошлаковые технологии упрочнения композиционными материалами деталей металлургического оборудования. Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. No 6. С. 28 – 32.Bystrov V.A., Verevkin V.I., Selyanin I.F. Electroslag technology of strengthening metallurgical equipment details with composite materials. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2005, no. 6, pp. 28–32. (In Russ.).Композиционные материалы: Справочник / Под общ. ред. В.В. Васильева, 2-е изд. – М.: Машиностроение, 2010. – 512 с.Kompozitsionnye materialy: Spravochnik [Composite Materials: Reference book]. Vasil’ev V.V. ed. Мoscow: Mashinostroenie, 2010, 512 p. (In Russ.).Быстров В.А., Борисова Т.Н. Роль твердых частиц КМ, работающих при высокотемпературном износе // В мире научных открытий. 2014. No 8(56). С. 22 – 41.Bystrov V.A., Borisova T.N. Role of СM solid particles, working at high temperature wear. V mire nauchnykh otkrytii. 2014, no. 8(56), pp. 22–41. (In Russ.).Быстров В.А., Трегубова О.Г. Термодинамическая совместимость твердых частиц с матрицей КМ // Доклады АН ВШ. 2015. No 4. С. 255 – 267.Bystrov V.A., Tregubova O.G. Thermodynamic compatibility of solid particles with CM matrix. Doklady AN VSh. 2015, no. 4, pp. 255–267. (In Russ.).Aboudi J., Arnold S., Bednarcyk B. Micromechanics of Composite Materials. – Elsevier, 2013. – 984 p.Aboudi J., Arnold S., Bednarcyk B. Micromechanics of Composite Materials. Elsevier, 2013, 984 p.Brebbia C.A., Klemm A. Materials Characterizations VI: Computational Methods and Experiments. – Southampton; Boston: WIT Press. Glasgow Caledonian University, 2013. – 364 p.Brebbia C.A., Klemm A. Materials Characterizations VI: Computational Methods and Experiments. Southampton; Boston: WIT Press. Glasgow Caledonian University, 2013, 364 p.Dvorak G. Micromechanics of Composite Materials. – Springer, 2013. – 442 p.Dvorak G. Micromechanics of Composite Materials. Springer, 2013, 442 p.Kozlowski M., Senkara J. Nickel alloy + TiC composite lagers made by oscillating electron beam // ASM Int. Eur.: Conference Weld and Join Science and Technology: Book Proc. Brussels, 2011. Р. 425 – 431.Kozlowski M., Senkara J. Nickel alloy + TiC composite lagers made by oscillating electron beam. ASM Int. Eur.: Conference Weld and Join Science and Technology: Book Proc. Brussels, 2011, pp. 425–431.Kivineva E.I., Olsom D.L., Matlock D.K. Particulate reinforced metal metrics composite (TiC) as a weld deposited // Welding J. 2009. No. 3. Р. 83 – 92.Kivineva E.I., Olsom D.L., Matlock D.K. Particulate reinforced metal metrics composite (TiC) as a weld deposited. Welding J. 2009, no. 3, pp. 83–92.Burggraf A.J., Winnubust A.J. Dense and porous nanostracted ceramics and composites (TiC) // Third Euro-Ceramics. 2013. Vol. 3. P. 561 – 576.Burggraf A.J., Winnubust A.J. Dense and porous nanostracted ceramics and composites (TiC). Third Euro­Ceramics. 2013, vol. 3, pp. 561–576.Трегубова О.Г., Грекова Н.Ю. Эффективность инноваций, повышающих производительность и качество металлопродукции за счет упрочнения сменных деталей. – В кн.: Научные изыскания в сфере социально-экономических и гуманитарных наук: Междисциплинарный подход и генезис знаний. – Самара: ООО «Офорт», 2017. С. 341 – 359.Grekova N.Yu., Tregubova O.G. Effectiveness of innovations that increase productivity and quality of metal products by spare parts hardening. In.: Nauchnye izyskaniya v sfere sotsial’no­ekonomicheskikh i gumanitarnykh nauk: Mezhdistsiplinarnyi podkhod i genezis znanii [Socio-economic and humanitarian research: Interdisciplinary approach and knowledge genesis]. Samara: “Ofort”, 2017, КМ-0417, pp. 341–359. (In Russ.).Большаков В.И., Андрианов И.В. Асимптотические методы расчета композиционных материалов с учетом внутренней структуры. Изд. 5. – Днепропетровск: Пороги, 2008. – 197 с.Bol’shakov V.I., Andrianov I.V. Asimptoticheskie metody rascheta kompozitsionnykh materialov s uchetom vnutrennei struktury [Asymp totic methods of composite materials design taking into account internal structure]. Dnepropetrovsk: Porogi, 2008, 197 p. (In Russ.).Быстров В.А., Грекова Н.Ю., Трегубова О.Г. Формирование рациональных программ управления ЭШП упрочнения деталей новыми КМ // Вестник СибГИУ. 2012. No 1. С. 60 – 65.Bystrov V.A., Grekova N.Yu., Tregubova O.G. Formation of rational management programs for ESW parts hardening using new CM. Vestnik SibGIU. 2012, no. 1, pp. 60–65. (In Russ.).Верёвкин В.А., Атавин Т.А. Оптимизация процесса ЭШЛ биметаллических валков холодной прокатки // Вестник РАЕН. 2008. No 10. С. 126 – 128.Verevkin V.A., Atavin T.A. Optimization of ESR process for cold rolling bimetallic rolls. Vestnik RAEN. 2008, no. 10, pp. 126–128. (In Russ.).Каракулов В.В., Смолин И.Ю. Численная методика прогнозирования эффективных механических свойств композитов при ударном нагружении с учетом эволюции структуры // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. Т. 4. No 24. С. 70 – 77.Karakulov V.V., Smolin I.Yu. Numerical method for predicting effective mechanical properties of composites under shock loading, considering structure evolution. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika. 2013, vol. 4, no. 24, pp. 70–77. (In Russ.).Whitehorse C.V. Applications in hard facing. “IIW Public Session and Metals Technology Conference”. – Sydney, 2011. 6.1/1 – 6.1/20.Whitehorse C.V. Applications in hard facing. IIW Public Session and Metals Technology Conference: Sydney, 2011. 6.1/1 – 6.1/20.Xidong Hui, Zhifu Wang, Benmao Sun. Study of high-temperature deformation of casting Fe-26Cr-14Ni /TiC (p) composite. – Instit. Of Materials Science, Shandong Univ. of Technology. Jinan. 2011. Vol. 19. No. 12. Р. 64 – 68.Xidong Hui, Zhifu Wang, Benmao Sun. Study of high-temperature deformation of casting Fe-26Cr-14Ni /TiC (p) composite. Instit. Of Materials Science, Shandong Univ. of Technology. Jinan. 2011, vol. 19, no. 12, pp. 64–68.Walker D.M., Smith R.M. Bor, receipt, structure and properties: Materials of the 4th International Symposium on forest. – M.: Nauka, 2014. P. 32 – 44.Walker D.M., Smith R.M. Bor, receipt, structure and properties. In: Materials of the 4th International Symposium on forest. Moscow: Nauka, 2014, pp. 32–44.Быстров В.А., Борисова Т.Н. Борирование твердых частиц КМ // В мире научных открытий. 2015. No 2(59). С. 22 – 42.Bystrov V.A., Borisova T.N. CM solids boriding. V mire nauchnykh otkrytii. 2015, no. 2(59), pp. 22–42. (In Russ.).Артемьев А.А. Разработка технологии ЭШН порошковой проволокой с упрочняющими частицами TiB2 : Автореф. дис. канд. техн. наук. – Волгоград, 2010. – 13 с.Artem’ev A.A. Razrabotka tekhnologii EShN poroshkovoi provolokoi s uprochnyayushchimi chastitsami TiB2 : Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk [Development of ESW technology using powder wire with TiB2 particles: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.]. Volgograd, 2010, 13 p. (In Russ.).Туманов А.В., Митин Б.С., Панов В.С. Исследование кинетики смачивания TiC и TiNC расплавами интерметаллидов никеля // Физическая химия. 2012. Т. 54. No 6. С. 1434 – 1437.Tumanov A.V., Mitin B.S., Panov V.S. Kinetics of wetting nickel intermetallic compounds by TiC and TiNC melts. Fizicheskaya khimiya. 2012, vol. 54, no. 6, pp. 1434–1437. (In Russ.).Современное предпринимательство / Под общ. ред. О.И. Кирикова. Кн. 18. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 320 с.Sovremennoe predprinimatel’stvo [Modern entrepreneurship]. Kirikov O.I. ed. Vol. 18. Voronezh: VGPU, 2007, 320 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.