Підвищення зносостійкості повітряних фурм доменних печей електродуговим напиленням

       Дистанція напилення при електродуговій  металізації знаходиться в межах  60…150 мм.

      Швидкість переміщення металізатора  відносно виробу залежить від  форми та розмірів плями напилення  та продуктивності металізатора.

     На форму плями напилення впливає кут розкриття струменя.

Знаходимо масу плями напилення:

                               ,                                          (2.5)

де r_пл - густина матеріалу покриття, кг/м³;

 d – діаметр плями напилення, м;

h – товщина покриття, м.

Діаметр плями напилення можна  розрахувати за формулою:

                                       ,                                 (2.6)

де  d_c – діаметр сопла металізатора, мм; a - кут розкриття струменю.

Швидкість переміщення  металізатора відносно виробу можна  визначити по такій залежності:

                                ,                                 (2.7)

де r_др – густина матеріалу дроту, кг/м³; К₁ -  коефіцієнт використання матеріалу (К₁=0,75); К₂ – коефіцієнт перекриття (К₂=0,3…0,4).

Кількість проходів визначаємо за наступною формулою:

                                        

  ,                                             (2.8)

де H – товщина  покриття, м;

h – товщина  шару покриття за один прохід, мм (h»0,1мм).

Таким чином, отримані параметри процесу  електродугового напилення зведемо в табл.2.3.

 

Таблиця 2.3 –  Режими електродугового напилення алюмінієвого дроту металі затором ЭМ-14М

L, мм	Gпов, м3/год	Тиск повітря, МПа	Iд , А	U, В	Vдр, м/хв	Vм, м/хв
60…150	60…80	0,3…0,5	180…190	27…28	3,6-3,8	1,1-1,2

 

Дифузійний відпал. Після напилення зносостійкого покриття необхідно зробити його дифузійний відпал.

При дифузійному відпалі відбувається дифузія алюмінія в мідь, що дозволяє підвищити міцність зчеплення між  покриттям і основним матеріалом (адгезія) і отримати шар, що володіє  стійкістю до високотемпературного окислення (жаростійкістю) і високою  зносостійкістю.

Згідно рекомендацій [10] для створення  на поверхні фурми дифузійного шару проводимо дифузійний відпал в електричній печі (окислювальне середовище) при температурі 700-850ºC і витримки 4 год.

Контроль якості покриттів. Загальний вигляд покриття, відшарування тощо визначаємо візуально та за невеликим збільшенням (при потребі) за допомоги лупи.

 Твердість покриття. Твердість покриття вимірюємо за методом заміру твердості  за Віккерсом (ГОСТ 2999-75). Вибираємо портативний динамічний твердомір Темп-4к.

Шорсткість поверхні. Шорсткість поверхні перевіряємо візуальним порівнянням із зразками.

Одже, згідно вище описаного, загальна схема технологічного процесу буде мати наступні операції: транспортну; обезжирення; струменево-абразивну; напилення; термодифузій ний відпал; контрольну. Загальна схема процесу наведена на рис. 2.4.

Схема технологічного процесу наведена на плакаті «Схема технологічного процесу» до дипломного проекту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.4 - Загальна схема технологічного процесу

 

 

 

 

 

2.4 Вибір обладнання для напилення

 

Необхідно вибрати не дороге обладнання. Також, необхідно вибрати допоміжне обладнання (для закріплення і обертання деталі, що напилюється). Необхідно передбачити можливість обладнання працювати на технологічних параметрах процесу, що були рекомендовані вище для напилення вибраного порошку.

В нашому випадку можна вибрати  комплект для електродугової металізації  КДМ-2. Комплект можна використовувати як у цехових, так і в монтажних умовах.

До комплекту КДМ-2 входять [10]: джерело живлення «ТИМЕЗ-500» з встановленим на ньому пультом керування та касетним блоком для дроту; апарат для електродугової металізації ЭМ-14М; касети; шланги, навушники, окуляри, респіратор, допоміжний інструмент. Комплекс можна використовувати для ручного та механізованого нанесення покриття.

Джерело енергоживлення являє собою  спеціалізований тиристорний випрямляч  з напругою холостого ходу 64 В, потужністю на холостому ходу 450 Вт. Може експлуатуватися при температурі від 10 ºС і відносній вологості 80% (при +20 ºС).

«ТИМЕЗ-500» має блок дистанційного  керування. Пульт керування забезпечує контроль витрат і тиску стиснутого повітря, очищення повітря від вологи та мастила, блокування електричної  схеми комплекту за мінімальною  витратою повітря, контроль електричних  параметрів дуги.

Електродуговий металізатор (рис.2.5) складається: з турбінного приводу 18 з індукційним регулятором швидкості подачі дроту, двоступеневого черв’ячного редуктора (7,8,12,13), механізму подачі дроту 4,5,10, розпилювальної головки 16 і повітряного крана 17.

 

 

Рисунок 2.4 – Схема електродугового  металізатора ЭМ-14М [10]

 

Турбінний привід забезпечує безперервне обертання роликів механізму подачі дроту та плавне регулювання швидкості їх обертання. Швидкість обертання турбіни дорівнює 3500 об/хв.

Двоступеневий черв’ячний редуктор, який розміщено в герметичному корпусі, передає обертання на третій ступінь  зі змінними циліндричними шестернями 14, 15, за допомогою яких відбувається ступеневе регулювання швидкості подачі дроту від 5,5-12 м/хв. у положенні, показаному на рис., до 2 – 6,5м/хв. – у разі зміни шестерень місцями.

Механізм подачі дроту складається  з ведучих роликів 10, які закріплені на ізоляційних втулках 9. На відкидній верхній кришці закріплені на пружинній підвісці притискні ролики. Необхідне зусилля притискання роликів регулюють за допомогою гвинта 4.

У розпилювальній головці передбачена  можливість регулювання положення  точки перетину дротів шляхом повороту башмаків на контактних трубках та переміщення напрямних пластин.

Основні технічні характеристики апарату для електродугової металізації  ЭМ-14М наведені в табл.2.4.

 

Таблиця 2.4 - Основні технічні характеристики апарату для електродугової металізації ЭМ-14М для алюмінієвого дроту [10]

Параметри	Робочий струм, А	Напруга, В	Продуктивність розпилювального  металу кг/год	Діаметр дроту, мм	Швидкість подачі дроту, м/хв	Витрати повітря, м3/год	КВМ	Маса апарата, не більша. Ніж кг	Рівень шуму на відстані 0,5-1,0 м від апарата, не більше, ніж  дБ
	50-400	17-44	до 12,5	1,5-2,5	2-12	60-90	0,75	2,3	85

 

Стиснуте повітря до електродугового металізатора подається  через гумовий шланг за допомогою  компресорної установки ЭПКУ-0,8/6.

 

 

 

 

 

 

 

Для закріплення й обертання  деталі, та для підвищення продуктивності процесу, вибираємо обертач зварювальний універсальний мод. МС-101-00.00 [14]. Основні технічні дані обертача наведені в табл. 2.5.

 

Таблиця 3.1 - Основні параметри  обертача моделі МС-101-00.000 [14]

Параметр	Модель обертача
	М С-101-00.000
Найбільша вантажопід’ємність, кг Швидкість обертання планшайби, об/хв Діапазон кута нахилу планшайби Діаметр планшайби, мм Зварювальний струм при  ПВ 60%, А Напруга живлення, блоку керування Маса (без блоку та пульта керування), кг не більше	100 1…15 0º…120 º 350 500 2х380В, 50 Гц 47 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ДОСЛІДНИЦЬКИЙ РОЗДІЛ

 

Для дослідження властивостей захисного  газотермічного покриття виготовлялися зразки [15] з міді марки М1 розмірами 6´25´25 мм з усіх сторін наносили алюмінієве покриття товщиною 0,2-0,35 мм за допомоги електродугового металізатора ЭМ-14М за стандартними режимами (тиск 0,5-0,6 МПа, сила струму 110-130 А, напруга 23-30 В). Термообробку зразків з покриттям та без нього проводили в печі при температурі 700-850 °С. Час витримки досягав 10 год. Досліджували жароміцність покриття, що підвищується в результаті формування поверхневого шару з високими жаростійкими властивостями, та дифузійного насичення поверхневих шарів виробу елементами зі складу покриття.

 

3.1 Дослідження елементного  складу покриття

 

В процесі нагріву зразків з  газотермічним покриттям одночасно  відбуваються процеси окислення  покриття й взаємодія його з міддю  з утворенням дифузійного шару. Товщину  компонентів поверхневих композицій вимірювали на поперечних шліфах за допомоги універсального мікроскопа «Neophot 21».

На електронному мікроскопі, що сканує «Stereoscan» методом дискретного електронно-зондового аналізу досліджували елементний склад газотермічного покриття. На рис. 3.1 та рис. 3.2 наведено розподілення легуючого елементу (Al) за товщиною дифузійної зони та структура утворюючої поверхневої композиції, що складається з a-,(a+g₂)-та g₂-фаз [15,16].

Рисунок 3.1 – Розподіл алюмінія за товщиною дифузійної зони (h – відстань від поверхневого зразка) [15]

Рисунок 3.2 – Структура поверхневого шару, що отриманий після відпалу  мідних зразків з алюмінієвим газотермічним покриттям [16]

 

 

 

 

 

3.2 Дослідження експлуатаційних  властивостей газотермічного покриття 

 

Дослідження експлуатаційних властивостей мідних зразків з дифузійним шаром, що утворився – алюмінієвої бронзи, теплопровідність якої в 4-ри рази менше, ніж міді. Такий шар, що складається на поверхні мідної основи, зменшатиме тепловий потік, що проходить. Тобто цей шар має високі теплозахисні покриття. Ці властивості покриття можуть знизити теплові втрати через стінки фурми, що призведе до підвищення строку експлуатації.

Трибометричні випробування проводили  за методикою  «втулка по плоскости» з контрі лом з загартованої інструментальної сталі. Інтенсивність зношення зразків оцінювали за формулою:

                                                                                           (3.1)

де Q – інтенсивність зношенню, мг×(км×см²)^-1; Dm – зменшення маси зразка в ході випробувань, мг; L – шлях тертя, км; S – площа тертя (площа перетину контртіла), см². Зносостійкість отриманого дифузійного шару в 3,5-6,0 рази вище, ніж міді.

При дослідженні жаростійкості  зразки зважували до термообробки та після неї. Підвищення маси зразків (Dm) визначали за різницею маси та використовували відношення Dm/S, де S – площа поверхні зразка. Результати експерименту приведені на (рис. 3.3), з даних якого бачимо, що з підвищенням часу термообробки зростає різниця між Dm зразків з покриттям та без нього, досягаючи практично 4-х кратної величини через 7 год.

 

Рисунок 3.3 – Випробування зразків з алюмінієвим газотермічним покриттям на жаростійкість: 1 – Cu; 2 – Cu з алюмінієвим газотермічним покриттям, Н_покр.=0,2-0,35 мм, Н_осн.= 6 мм; t = 850 °C [15]