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
Были проведены производственные испытания разработанной технологии производства хромистых антифрикционных чугунов для деталей горно-шахтного оборудования и был получен акт испытания на ТОО «КМЗ им. Пархоменко» от 6 июня 2023 года.
Опытный сплав состава, %: С — 3,1;. Si — 2,0; Cr — 0,2; Mn — 0,8; Ni — 0,35; Cu — 0,45; Ti — 0,25 был выплавлен в промышленной дуговой печи на производственной площадке ТОО «КМЗ им. Пархоменко», разливку проводили в песчано-глинистую форму. По сравнению с составом классического чугуна АЧС -2 в опытном сплаве было увеличено содержание титана до 0,25 %, т.е. более чем в 2 раза. Необходимое содержание титана обеспечивалось введением ферротитана марки FeT70. Из выплавленного сплава были изготовлены образцы для испытаний и корректировки технологии изготовления сменных деталей.
Были проведены расчеты технологического процесса для изготовления детали «Корпус грунтового насоса»: анализ конструкции детали и технологических условий на деталь и отливку; разработка и расчёт литниково-питающей системы и режимов заливки форм; расчёт продолжительности затвердевания и длительности выдержки отливки и формы при охлаждении.
Были проведены опытные испытания для оценки газопроницаемости формы, влияния температуры заливки, а также проведена оценка готовой отливки: уровень напряжений, твердость и пористость.
На базе полученных результатов была получена предварительная технологическая карта на ТОО «КМЗ им. Пархоменко» от 25 мая 2023 года.
Были проведены опытные испытания и проведена корректировка результатов изготовления сменных деталей на производственной площадке.
Образцы из опытного сплава исследовались на предмет металлографического анализа и трибологических свойств. Шлифы готовили на металлографическом комплексе Strue, для металлографического анализа использовалось ПО Thixomet Pro, твердость определялась на твердомере Vilson. Анализ структур опытного и базового образцов, проведенный в 100 полях зрения показал, что средняя длина графитных включений уменьшилась более, чем в 3 раза, а площадь графитных включений сократилась примерно на 30 %.
Коэффициент скольжения определяли на приборе COF-P01(M) при следующих характеристиках: сухое трение (без смазки), угол наклона – 150; угловая скорость – 100/s. Трибологические испытания проводили с использованием трибометра CSM Instruments. В качестве образца сравнения использовался базовый сплав АЧС-2.
Результаты испытаний показали, что коэффициент скольжения в опытном сплаве увеличился более, чем в 1,5 раза, при этом твердость незначительно увеличилась примерно на 12 %. Некоторое увеличение твердости, по-видимому, можно объяснить образованием карбидов титана в результате легирования. В данном случае карбиды титана также выступают и как сдерживающий фактор роста графитных включений, также, как и другие тугоплавкие фазы внедрения.
Небольшое различие между лабораторными данными и результатами, полученными на производственной площадке, объясняются технологическими особенностями разливки, скоростью теплоотвода литейной формы при кристаллизации и чистотой исходной шихты.
Проведенные экспериментальные исследования свойств и структуры опытного сплава, выплавленного в производственных условиях, подтвердили благоприятное воздействие микролегирования титаном в количестве 0,25 % на эксплуатационные свойства антифрикционного серого чугуна АЧС-2: коэффициент скольжения увеличивается почти в 1,5 раза, улучшаются форма и размер кратеров после ударно-циклического воздействия. Такое улучшение свойств позволяет предположить повышение конструктивной прочности и, следовательно, увеличение срока эксплуатации детали из опытного сплава. Были проведены инициативные исследования возможности использования жаропрочных сплавов для изготовления деталей горно-шахтного оборудования, работающих в условиях износа и повышенных температурах. Был выплавлен опытный сплав, отличающийся повышенным содержание ниобия. В качестве образца сравнения использовалась сталь 20Х25Н20С2. Испытания показали увеличение жаропрочных свойств опытного сплава за счет образования (Nb,Mo)2B. Полученные результаты позволяют рекомендовать данный сплав для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах и в условиях износа.
|
|
||
Рисунок 1 – Структуры исследованных сплавов: а - базовый: б – опытный
|
|||
 а) |
 б) |
Рисунок 3 - Кратеры поверхности после ударно-циклического воздействия: а- базовый образце; б - опытный образец |
|
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, и.о. доцента каф. НТМ
Scopus Author ID 55778253200
4 Адамова Гульден Хасеновна – докторант гр. МЕТД-21 кафедры НТМ
5 Ковалёва Татьяна Викторовна – м.т.н., старший научный сотрудник КазМИРР, преподаватель каф. НТМ
Scopus Author ID 57211297553
6 Аубакиров Дастан Рахметоллаевич – м.т.н., старший преподаватель каф. 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 за 2023 год
- Ye.P. Chsherbakova, A.M. Dostaeva, V.Yu. Kulikov, Sv.S. Kvon, A.A. Alina Stydying properties and structure of antfriction cast iron additionally alloyed with titanium // Metalurgija, Хорватия: Croatian Metallurgical Society. – 2023. — № 3-4 (62). – P. 455 — 457, ISSN 0543-5846 (IF Scopus 0,388, Scopus процентиль – 37-й).
- Щербакова Е.П., Куликов В.Ю., Достаева А.М., Ковалева Т.В., Адамова Г.Х. Литье антифрикционных чугунов в песчано-глинистые формы из казахстанского сырья // Литейное производство, Москва: Издательский дом «Литейное производство». – 2023. – № 6. – С. 28-29
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.
AP09058352 «Разработка и внедрение нового жаропрочного сплава и технологии получения деталей для металлургического производства на его основе» н.р. 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
Была проведена корректировка разработанной технологии. Разработанная технология заключается в выплавке опытного сплава на базе системы Fe-Cr-Ni, дополнительно легированного ниобием и последующем получении отливок из него методом литья по газифицируемым моделям. Легирование ниобием стали, содержащей Cr, Ni и Ti, приводит к образованию карбидов ниобия, что обеспечивает повышение прочности и предела длительной прочности по сравнению с исходной сталью без дополнительного легирования. Присутствие титана в стали позволяет избежать образование нежелательной G – фазы.
Производственные испытания были проведены на производственной площадке ТОО «КМЗ им. Пархоменко» согласно предварительной технологической карте. Для разработки предварительной технологической карты был проведен расчет материального баланса плавки в промышленной печи, расчет шихтовых материалов на завалку, проведены эксперименты по режимам термообработки. В результате проведенных расчетов и исследований была разработана предварительная технологическая карта.
 |
| Рисунок 1– Элементный состав опытного сплава (образец 3) |
 а) |
 б) |
| Рисунок 2– определение твердости образцов: а- пример определения твердости; б- полученные результаты по твердости | |
Исследовательская группа
1.Аринова Сания Каскатаевна — науч.рук, PhD, преподаватель. каф. НТМ
Scopus Author ID 57192206332
- Аубакиров Дастан Рахметоллаевич — ст. преподаватель. каф. НТМ
ORCID 0000-0003-4193-5956
Researcher ID X-1767-2019
Scopus ID 57194209750
- Султангазиев Руслан Бауыржанович- PhD, и.о. доцента каф. НТМ
ORCID 0000-0002-3928-486X
Scopus Author ID 57160291200
- Исагулова Диана Аристотелевна — PhD, и.о. доцента каф. НТМ
Scopus Author ID 55778253200
- Ковалева Татьяна Викторовна – м.т.н., старший научный сотрудник института КазМИРР, преподаватель каф. НТМ.
Scopus Author ID 57211297553
- Алина Арайлым Алтынбековна – докторант гр. МЕТД-20кафедрыНТМ
ORCID 0000-0003-3577-4914
Scopus Author ID 57218196165
- Адамова Гульден Хасеновна – докторант гр. МЕТД-21 кафедры НТМ
Список публикаций за 2023 год
- 1. Kvon SV.S, Arinova S.K., Aubakirov D.R., Kovaleva Т.V. Influence of Niobium on Heat-Resistant Properties of Steel Cr18Ni10Ti // Metallurgist, 2023. (Scopus процентиль – 46-й).
- Arinova S.K., Kvon SV.S, Aubakirov D.R., Kovaleva Т.V., Issagulova D.A. «Investigation of heat-resistant properties and microstructure of experimental steel based on the Cr-Ni-Тi-Nb system obtained under industrial conditions // Metallurgija, 62 (2023) 3-4, pp. 471-473.(Хорватия, Scopus процентиль – 35-й)
- Куликов В.Ю., Квон С.С., Аринова С.К., Аубакиров Д.Р. Литье жаропрочной стали // Литейное производство, 9, 2022.
- Аринова С.К., Квон С.С., Куликов В.Ю., Исагулова Д.А., Аубакиров Д.Р., Алина А.А. Влияние материала модели и состава краски при ЛГМ на качество отливки // Литейное производство, 5, 2023.
- Заявка на выдачу патента 2022/ 0303.1 «Состав жаропрочной стали» от 18.05.2022г. Авторы: Аринова С.К., Квон Св.С., Куликов В.Ю., Аубакиров Д.Р., Ковалева Т.В.и др.
Информация для потенциальных пользователей
Полученные научные результаты могут быть применены при разработке новых производств и участков металлургического и литейного производств.