Cпециалисты ПГТУ предлагают производить экономнолегированные стали, чугуны, наплавочные материалы многоцелевого назначения с повышенным уровнем механических свойств и с использованием принципа самозакалки при охлаждении или/и нагружении.
Назначение. Предлагается использовать вместо дорогого никеля в качестве основного легирующего элемента марганец, залежами которого богата Украина, а также реализовать имеющийся ресурс самих материалов за счет получения в них метастабильной структуры, самотрансформирующейся при эксплуатации, в результате чего обеспечивается адаптация материалов к внешней нагрузке и, соответственно, их повышенная надежность и долговечность.
Область применения. Металлургия, машиностроение, реммашиндустрия.
Описание и основные технико-экономические показатели.
Одной из главных задач, решаемых на предприятиях, является ресурсосбережение, обусловленное постоянно растущими ценами на железорудное сырье, другие материалы и, как следствие, на металл. На машиностроительных и металлургических заводах применяется большое количество различных марок сталей и чугунов для изготовления сменно-запасных деталей, оборудования и инструментов. Повышение их долговечности позволяет существенно сократить расход материалов. Во многих случаях данная задача решается за счет использования в их составе повышенного количества никеля, молибдена, вольфрама, хрома и других дорогих и дефицитных элементов, что приводит к существенному увеличению затрат. Однако может быть реализовано альтернативное решение, позволяющее в сталях и чугунах (в ряде случаев даже нелегированных) значительно повысить механические и служебные свойства за счет использования их внутренних резервов. Это становится возможным, если создать в них структуру, способную адаптироваться к нагрузкам, возникающим при эксплуатации.
Авторским коллективом развивается перспективное научное направление по использованию эффекта упрочнения за счет самозакалки при эксплуатации. Суть его заключается в том, что для повышения механических и служебных свойств сталей и чугунов необходимо в них получать наряду с другими составляющими метастабильную структуру, претерпевающую различные деформационные превращения, обеспечивающие упрочнение за счет самозакалки при эксплуатации. Развитием этих превращений необходимо управлять, оптимизируя их применительно к условиям нагружения. Важно подчеркнуть, что значительная часть энергии внешнего воздействия расходуется на протекающие при эксплуатации деформационные превращения а, соответственно, меньшая ее доля идет на разрушение. При этом происходит уменьшение уровня внутренних напряжений в микрообъемах металла, что повышает их работоспособность. На этой основе в результате многолетних системных исследований разработаны экономнолегированные стали, чугуны различных структурных классов и назначения (высокопрочные, коррозионно- и износостойкие), а также наплавочные материалы, не содержащие дорогих элементов (никель, вольфрам, медь, ниобий и др.). Их отличительной особенностью является хорошее сочетание механических, технологических и служебных свойств. И они превосходят применяемые в промышленности аналогичные более дорогие материалы.
Разработаны коррозионностойкие безникелевые стали на хромомарганцевой основе со структурой, аналогичной известной, широко применяемой в промышленности стали 12Х18Н9Т. По уровню механических и служебных свойств они более чем в 2 раза превышают известную.
Созданы высокопрочные стали нового поколения, основанные на принципе упрочнения с использованием самозакалки в процессе эксплуатации. Они по уровню свойств не только не уступают более дорогим аналогам, но превосходят их.
На основе развиваемых представлений разработаны износостойкие стали различного назначения со значительно меньшим содержанием марганца, чем в 110Г13Л. Детали, изготовленные из экономно легированных марганцем сталей, по долговечности превосходят в 1,2-1,5 раза отлитые из известной высокомарганцевой стали. При этом сокращаются расход марганца, длительность термообработки и затраты на изготовление сменно-запасных деталей. Отличительной особенностью новых сталей является возможность измельчения зерна в отливках применением специальной технологии термообработки, что существенно повышает уровень их механических свойств. Последнее трудно осуществимо в стали 110Г13Л.
Учитывая плохую обрабатываемость высокоуглеродистых марганцовистых сталей, созданы новые, соответствующие им по марганцу низкоуглеродистые. В них получен высокий уровень механических свойств, а сопротивление изнашиванию обеспечивается науглероживанием поверхностного слоя и реализацией в нем процесса упрочнения за счет самозакалки при нагружении. Это позволяет использовать марганцовистые стали для деталей, которые должны иметь высокий уровень прочностных свойств, точные размеры и сопротивление поверхности большим ударным нагрузкам.
Разработаны экономнолегированные чугуны с эффектом упрочнения за счет самозакалки при эксплуатации. Они после простой термообработки превосходят более дорогие, содержащие дефицитные элементы, чугуны.
На основе разработанных сталей и чугунов созданы наплавочные материалы различного назначения, не содержащие дорогих и дефицитных элементов, но позволяющие существенно повысить долговечность различных деталей машин.
Примерами использования указанных разработок являются:
1. Наплавка крановых колес (см. рис.) и цапф сталеразливочных ковшей порошковой лентой, обеспечивающей в наплавленном металле эффект самозакалки при нагружении. Повышена их эксплуатационная стойкость более чем в 2 раза. Наплавка валков пильгерстана безникелевой проволокой позволила увеличить их эксплуатационную стойкость в 1,5 раза по сравнению с широко применяемой в промышленности хромоникелевой проволокой.
2. Применение стали с эффектом самозакалки при нагружении вместо 110Г13Л для бил коксовой дробилки и молотков дробилок известняка обеспечило повышение их стойкости на 15-50 % (в зависимости от условий эксплуатации). Эффект достигается и при использовании разработанных сталей для броней дробильного оборудования, роликов и звеньев чугуноразливочных машин и других быстроизнашивающихся деталей.
3. Разработанная безникелевая хромомарганцевая сталь, примененная вместо 12Х18Н10Т для лопастей гидронасосов, увеличила их долговечность в 3 раза. Стали этого типа, упрочненные твердыми фазами, обладают высокой износостойкостью в условиях гидроабразивного износа.
Разработаны нетрадиционные технологии упрочнения сталей и чугунов, широко применяемых в промышленности, за счет реализации в них эффекта самозакалки при эксплуатации. Они не требуют каких-либо капитальных затрат, осуществляются на действующем оборудовании и позволяют на 15-20 % повысить уровень механических свойств. Примером может служить повышение долговечности различного рода гидравлических клапанов, изготавливаемых из стали (30-40)Х13, деталей из низколегированных сталей (20Х, 4ХС, 6ХС, 65Г, 60С2), работающих в абразивной среде, например, для облицовочных пластин пресс-форм огнеупорного производства и т.д..
Сопоставление с аналогами, преимущества. Применяемые в промышленности аналоги (стали, чугуны и наплавочные материалы) содержат в своем составе такие дорогие легирующие элементы как никель, вольфрам, медь и др., что в современных условиях постоянного роста цен на них приводит к высокой стоимости деталей машин и инструмента. Кроме того, применяющиеся известные материалы обладают более низким уровнем механических свойств и эксплуатационной стойкости.
Потребители. Металлургические комбинаты и машиностроительные предприятия.
География предполагаемого рынка. Предлагаемые разработки могут быть внедрены в Украине, а также странах ближнего и дальнего зарубежья.
Правовая охрана. Экономнолегированные стали, чугуны, наплавочные материалы и технологии упрочнения охраняются патентами Украины.
Предлагаемые условия реализации технологического предложения. Договор. Лицензионное соглашение.
