Крановые колеса

      Важной особенностью наплавленного металла такого типа является то, что термообработка, обычно проводимая для снятия внутренних напряжений после наплавки (600...650°С), обеспечивает выделение в аустените наплавленного металла дисперсных фаз, в результате чего он дестабилизируется и претерпевает мартенситные превращения при нагружении в процессе эксплуатации. Изменяя режим термообработки, можно в широких пределах регулировать деформационные мартенситные превращения. Исследования, выполненные в работе, показали, что в условиях трения скольжения при относительно невысоких скоростях (0,13 м/с) и отсутствии или небольшом разогреве трущихся поверхностей интенсивное деформационное мартенситное превращение играет существенную роль в повышении износостойкости. В случае испытаний с повышенной скоростью скольжения (0,98 м/с) интенсивность мартенситного превращения при трении снижается из-за повышения температуры рабочей поверхности. В этих условиях износостойкость наплавленного металла в большей степени определяется способностью к упрочнению самого аустенита.  
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                                       21

     Таблица 3.12 - Влияние углерода в наплавленном металле типа Х13АГ10МФС на количество мартенсита деформации и относительную износостойкость                                                                                                                                          

    Температура нагрева наплавленного металла при термообработке (450…650ºС), проводимой для уменьшения внутренних напряжений, неоднозначно влияет на его износостойкость. При испытаниях в условиях трения скольжения (относительно небольшие скорости), нагрев на 450ºС (1 ч) снижает износостойкость наплавленного металла приблизительно на 30%, а нагрев на 650ºС – повышает ее примерно на 40% по сравнению с закаленным состоянием. Это обусловлено тем, что в первом случае аустенит стабилизируется по отношению к деформационному мартенситному превращению, а во втором дестабилизируется в связи с выделением карбидов и карбонитридов. В последнем случае положительную роль играют дисперсные частицы фаз выделения. В условиях трения, не приводящего к значительному разогреву контактирующих поверхностей предварительная холодная пластическая деформация  повышает износостойкость наплавленного металла за счет активизации деформационного мартенситного превращения. Так,   после деформации на 10% износостойкость наплавленного металла I5X 13ЛГ10МФС увеличилась в два раза.

     Еще больший эффект дает комбинированная обработка, включающая холодную пластическую деформацию и последующий нагрев,                                                                                                                                           вызывающий дисперсионное  упрочнение образовавшегося мартенсита и аустенита. Износостойкость наплавленного металла в этом случае возрастает почти в три раза.

                                                                                                                              22

    В условиях трения, сопровождающегося значительным повышением температуры (более 450 °С), предварительная холодная деформация снижает износостойкость наплавленного металла. Это обусловлено переходом образовавшегося при деформации мартенсита  в аустенит, что снижает сопротивление металла пластической деформации. Наплавку разработанными порошковыми    лентами    сечением 20˟4 мм проводят под флюсами АН-348А, ОСЦ-45,  АИ 60 на следующем режиме: Iсв =600…650 А, vсв= 35 м/ч. При этом обеспечивается стабильное горение дуги, хорошее формирование наплавленного валика и отделимость шлаковой корки. Указанные материалы предназначены для износостойкой наплавки крановых колес, цапф сталеразливочных ковшей, долговечность которых существенно повышается.

     Применение хромомарганцевых наплавочных материалов целесообразно и для некоторых деталей, работающих при температурах 600…700°С, что зафиксировать при использовании порошковой проволоки  ПП-35ЖН,  обеспечивающей  получение наплавленного        металла        типа  10Х13Г12АФСЮР.

    Для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания, разработаны наплавочные материалы на основе Fe-Mn-Cr-V-C. Их особенностью является получение в структуре наплавленного металла метастабильного аустенита (в ряде случаев наряду с мартенситом), армированного карбидами хрома и ванадия. В них реализуется принцип самозакалки при нагружении. Примером может служить порошковая лента ПЛ-Нп-(300-400)Х(12-15)Г4С2Ф, предназначенная для замены более дорогой ленты ПЛ-АН-101 (300Х28НЗСЗГ2).

    Приведены результаты исследований по созданию хромомарганцевых наплавочных материалов для различных условий ударно-абразивного воздействия, которые характеризуются коэффициентом динамичности К_я 111, определяемым отношением твердости образца из стали 110Г13Л после

                                                                                                                               23

износа  в конкретных условиях изнашивания к его исходной твердости. Данная сталь способна накапливать энергию внешнего воздействия, упрочняясь при этом. Уровень упрочнения позволяет судить об                                                                                                                                                                                            интегральной интенсивности ударно-абразивного воздействия. Исследования были выполнены с использованием метода планирования эксперимента для различных значений К_д в интервале от 1,2 до 3,5. Содержание легирующих элементов в наплавленном металле варьировалось в следующих пределах, %: углерода 1...3, марганца 2... 6, хрома 6... 12. В ряде случаев дополнительно вводили ванадий.

    Показано, что при малых значениях коэффициента динамичности (Кд= 1,2... 1,4) в наплавленном металле содержание углерода должно составлять 2,0... 2,5, марганца 2...3 и хрома примерно 12 %, его структура должна быть преимущественно мартенситно-карбидной. Для указанных условий целесообразно использовать порошковые ленты ПЛ-Нп-230Х12Г2 и ПЛ-Нп-250Х10Г4ФЗ. С повышением коэффициента динамичности необходимо уменьшать содержание углерода и увеличивать количество марганца в наплавленном металле. Так, при К_а = 3,5 оптимальным является следующее содержание легированных элементов в наплавленном                                                                                                                                             металле, %: углерода 1,0... 1,7, марганца 5... 6 и хрома 12. При этом целесообразно применять порошковую ленту ПЛ-Нп-160Х12Г5. С возрастанием К_д в структуре наплавленного металла необходимо увеличивать количество остаточного аустенита и повышать его стабильность по отношению к деформационному мартенситному превращению. Установлено, что если после наплавки структура и фазовый состав наплавленного металла отличаются от оптимальных, то эффективным способом их регулирования является нормализация. Ее режимы следует выбирать с учетом интенсивности ударно-абразивного воздействия. При повышении К_а следует использовать более высокие температуры нагрева для нормализации с целью увеличения количества аустенита в структуре и степени его стабильности.

                                                                                                                              24

Наплавку  разработанными порошковыми лентами  сечением 20X4 мм следует производить  под флюсом АН-26 при следующих  режимах: /_св = 600... 650 А; 7_Д = = 28... 32 В; v_ca = 35 м/ч. Указанные ленты отличаются хорошими сварочно-технологическими характеристиками.

      Анализ приведенных данных показывает эффективность применения марганецсодержащих наплавочных материалов, обеспечивающих получение в структуре наплавленного металла метастабильного аустенита, армированного упрочняющими фазами, и реализацию эффекта самозакалки при нагружении. Важное значение мартенситного деформационного превращения заключается в том, что на его развитие расходуется большая часть энергии внешнего воздействия, а меньшая — идет на разрушение. При этом происходит не только упрочнение, но и релаксация микронапряжений, затрудняющая образование и развитие микротрещин. Мартенситным деформационным превращением можно управлять путем изменения химического состава наплавленного металла или режимов термообработки после наплавки, что позволяет при оптимизации его развития обеспечить наиболее высокий уровень износостойкости.                                                                                                                                               
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                               26 

              4 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КРАНОВЫХ КОЛЕС 

1. Предварительная термообработка заготовок крановых колес

     Целью предварительной термообработки поковок и отливок является снятие внутренних напряжений, смягчения стали для облегчения механической обработки, выравнивания зерна и подготовка структуры стали к окончательной термической обработки.

1) Литые  заготовки крановых колес (60ГЛ ) после отрезки литников и прибылей и очистки от формовочной земли и песка подвергаются отжигу при температуре 840±10°С с выдержкой 3,5-4 часа, охлаждение с печью 
до 300 С, а затем на выкаченной подине. Твердость после отжига < 229НВ. 
После отжига отливок производится обрубка и заварка дефектов.

2) Поковки крановых колес (М75, 65Г) после ковки замедленно охлаждаются в защищенном от сквозняков месте, или передаются сразу же в печь для последующего отжига. Отжиг заготовок колес производится при температуре 750-780°С с выдержкой 2,5-3 часа, охлаждение с печью до 300ºС, затем на выкаченной подине. Твердость после отжига НВ < 217.

3) Катанные  заготовки из стали 55, 60 предварительно термообработаны в состоянии поставки, и на комбинате подвергаются только упрочняющей термообработке [5].

2. Закалка  крановых колес 

1) Сорбитизация

     Крановые  колеса диаметром более 500 мм  подвергаются сорбитизации. На сорбитизацию колеса поступают после механической обработки с припуском по отверстию и ободу 5 мм на диаметр.

     Перед загрузкой колес в печь  производят установку опорных  роликов в сорбитизационной машине  по размеру обрабатываемых колес,  и устанавливается уровень воды, обеспечивающий погружение всей реборды и

                                                                                                                                26

половины  высота обода. Подготавливавяся спрейер  для дополнительного охлаждения.

Термообработку колес производят в печи в с выкатным подом. Загрузка производится по 4 - 5 штук с установкой в вертикальном положении на  расстоянии не менее 200 мм между торцами ступиц. Температура печи при загрузке не должна превышать 600°С. Нагрев до температуры 840-86О°С со скоростью не более 100°с в час. Выдержка при температуре закалки 2,5-3 часа в зависимости от максимального сечения колеса ( из расчета 1-2 мин. на I мм сечения).

     По истечении времени выдержки  подина печи выкатывается, колеса по одному снимаются краном и устанавливаются в сорбитизацианную машину на вращающийся приводной ролик. Ориентировочное время вращения в установке в зависимости от диаметра колеса приведена в таблице 4.13. Выдержку считать оконченной, если обод колеса начинает захватывать воду из ванной.  

Таблица 4.13 - Время вращения колеса в сорбитизационной машине в зависимости от диаметра.