Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Металлургический факультет

Кафедра «Литейного производства и упрочняющих технологий»

Курсовая работа

по дисциплине:

Проектирование и реконструкция сварочных, наплавочных производств

Руководитель: доц., Б.В.Арнаутов

Студент: А.С. Перевозчиков

Группа: МТМ-230608

Екатеринбург, 2014

Оглавление

Аннотация

В данной работе проектируется наплавочный цех по ремонту ролика молотковой дробилки.

В результате разработки работы должна быть обеспечена возможность создания наиболее передового по техническому уровню и экономичного в эксплуатации наплавочного цеха для выпуска заданной продукции , при ее себестоимости, обусловливающей рентабельность производства.

1. Введение.

2. Чертеж изделия

3. Характеристика вида износа

Состав и свойства наплавленного слоя должны быть согласованы с условиями службы изделия. Долговечность изнашивающейся детали зависит от трех основных факторов: конструкции, режима работы и материала, из которого изготовлена деталь. Путем износостойкой наплавки можно изменить только один из этих факторов, однако во многих случаях этого достаточно, чтобы в несколько раз увеличить срок службы изделия.

Выбор металла, способного эффективно противостоять всем разрушающим воздействиям при эксплуатации, представляет сложную задачу, так как износ протекает по-разному в зависимости от условий работы и главенствующее значение приобретают соответственно различные свойства металла. При эксплуатации машин в каждом конкретном случае можно выделить ведущий вид износа, на сопротивление которому необходимо обратить главное внимание. По заданию данного курсового проекта следует рассмотреть трение, смятие, истирание.

Истирание металла при сухом и полусухом трении — широко распространенная причина выхода из строя деталей машин. Анализ явлений истирания показал, что в зависимости от величин удельного давления и скоростей относительного перемещения трущихся поверхностей преобладающее значение приобретают такие виды износа, как окислительный, износ схватыванием или усталостный.

При окислительном износе происходит пластическая деформация микроскопических поверхностных слоев и одновременно диффузия кислорода в металл; на поверхности металла образуются хрупкие слои окислов, которые отделяются в виде тонкого порошка. Интенсивность окислительного износа сравнительно невелика.

Если удельное давление на участках фактического контакта превосходит предел текучести, то при пластической деформации обнажаются совершенно чистые «ювенильные» поверхности, происходит холодная сварка.

При малых скоростях скольжения (для стали —порядка 1 м/сек) и отсутствии смазки и окисных пленок схватывание проявляется в возникновении и разрыве металлических связен в точках контакта. Перемещение трущихся поверхностей приводит к упрочнению металла в местах схватывания, вырыванию менее прочного металла с образованием нароста. При этом упрочненный участок (нарост) сопряженной поверхности царапает металл, что вызывает наиболее быстрое изнашивание.

При больших скоростях скольжения (более 3—4 м/сек) износ схватыванием протекает несколько иначе . В точках дискретного контакта в результате превращения работы трения в теплоту температура резко повышается. Вследствие нагрева и размягчения поверх­ностных слоев во многих микроскопических участках происходит сварка и последующий разрыв связей с диспергированием метал­ла. На поверхности трения температура может достичь темпе­ратуры плавления. Износ протекает весьма интенсивно, если в результате размягчения поверхностного слоя возникает глубин­ное выравнивание, налипание частиц менее прочного металла на металл, сильнее сопротивляющийся пластической деформации.

Под действием повторных ударов при недостаточной твердо­сти происходит смятие. Такой износ нередко наблюдается на стыках рельсов, на деталях подвижного состава железнодорож­ного транспорта.

Многие части металлургического оборудования соприкаса­ются с раскаленным металлом. Снижение прочности в результа­те нагрева приводит к смятению, что вызывает искажение формы рабочей части детали.

4. Характеристика основного металла.

Марка: 30ХГСА

Класс: Сталь конструкционная легированная

Использование в промышленности: различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

Таблица 1. Типичный химический состав стали 30ХГСА

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.28-0.34	0.9-1.2	0.8-1.1	0.3	0.025	0.025	0.8-1.1	0.3

Свариваемость материала: ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, АрДС, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Таблица 2. Механические свойства стали З0ХГСА

ГОСТ 4543-71	Пруток. Закалка 880 °С. масло. Отпуск 540 °С. вода или масло	Сечение, мм	кп	σ 0,2 (МПа)	σ в (МПа)	б5(%)	ψ %	КС U (кДж/м2)	НВ (HRC3), не более
		25		830	1080	10	45	49
		До 100	490	490	655	16	45	59	212-248
		100-300	490	490	655	13	40	54	212-248
		До 100	540	540	685	15	45	59	223-262
ГОСТ 8479-70	Поковки. Закалка. Отпуск	До 100	590	590	735	14	45	59	235-277
	Закалка 860-880 °С, масло. Отпуск 200-250 °С, воздух	100-300	590	590	735	13	40	49	235-277
		До 100	640	640	785	13	42	59	248-293
		До 100	675	675	835	13	42	59	262-311
		30		1270	1470	7	40		(43-51)
	Закалка 860-880 °С. масло. Отпуск 540-560 °С. вода или масло	60		690	880	9	45	59	225

4.1 Расчет склонности к горячим трещинам проводим по нескольким методикам из курса теории сварочных процессов.

1) Для легированных сталей

Vкр = 19 - 42 * C - 411 * S - 3,3 * Si + 5,6 * Mn + 6,7 * Mo = 19 - 42 * 0,31 - 411 * 0,015- 3,3 * 0,11 + 5,6 * 0,95 + 6,7 * 0 = 4,72

Vкр ≥ 6 – нет горячих трещин; Vкр ≤ 1,8 – есть Г.Т.

Вывод: Необходимо дальнейшее исследование. Сохраняется вероятность Г.Т.

2)HCS ( Углеродистые и низколегированные стали)

HCS = ( C*( S + P + Si/ 25 + Ni/ 100 )* 1000 ) / ( 3* Mn + Cr + Mo + V ) = (0,31*(0,15+0,15+0,11/25+0,3/100)*1000)/(3*0,95+0,95)=3,05

при HCS < 4 нет "Г Т" для сталей .с σв < 700 МПа

при HCS < 2 нет "Г Т" для сталей с σв > 700 МПа Вывод: Нет Г.Т.

3) Низколегированные стали, универсальная система определения ГТ-1

USC = 184 * C + 970 * S - 188 * P - 18,1 * Mn - 4760 * C * S -12400 * S * P + 501 * P * Mn + 32600 * C * P * S + 12,9 =184 * 0,31 + 970 * 0,02 - 188 * 0,0175 - 18,1 * 0,55 - 4760 * 0,1 * 0,02 -12400 * 0,02 * 0,0175 + 501 * 0,0175 * 0,55 + 32600 * 0,1 * 0,0175 * 0,02 + 12,9 = 34,7

USC ≤ 30, Нет Г.Т.

Вывод: Возможно образование Г.Т.

4) Низколегированные стали, универсальная система определения ГТ-2

UCS = 230 * C + 190 * S + 75 * P + 45 * Nb - 12,3 * Si - 5,4 * Mn - 1 =230 * 0,31 + 190 * 0,02+ 75 * 0,175 + 45 * 0 - 12,3 * 0,55 - 5,4 * 0,55 - 1 = 67,79

UCS < 10 нет Г.Т.

UCS ≥ 30, есть Г.Т.

Вывод: Есть Г.Т.

5) Трещины при повторном нагреве

5.1. ΔG = Cr + 3,3 * Mo + 8,1 * V + 10*C - 2 = 0,95+ 3,3 * 0 + 8,1 * 0 + 10*0,31 - 2 = 2,05

ΔG ≤ 0 нет Г.Т.

ΔG > 2 Г.Т.

Вывод: Есть Г.Т.

5.2. PSR = Cr + Cu + 2 * Mo + 7 * Nb - 5 * Ti - 2 = 0,785 + 0,3 + 2 * 0+ 7 *0 - 5 *0 - 2 = -0.75

PSR ≤ 0 нет Г.Т

Вывод: Нет Г.Т.

3.4.3. Т = 20*V + 7*C + 4*Mo + Cr + Cu - 0,5*Mn + 1,5*LOG( 2*Al ) =20*0 + 7*0.1 + 4*0 +0.785 + 0 - 0,5*0.55 + 1,5*LOG( 2*0.001 ) = -2,60

Т < 0,9 нет Г.Т.

Вывод: Нет Г.Т.

Таблица 3. Сводная таблица значения расчета на склонность к Г.Т.

Способ определения	Значение	Вывод
Vкр	4,72	Необходимо дальнейшее исследование
HCS	3,05	Нет Г.Т.
USC	34,7	Г.Т.
UCS	67,79	Г.Т.
ΔG	2,05	Г.Т.
PSR	-0,75	Нет Г.Т.
Т	-2,60	Нет Г.Т.

4.2 Расчет склонности к холодным трещинам.

Склонность к ХТ можно рассчитать по методике эквивалента углерода для легированных сталей:

Сэкв=С+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/10)+B*0=

=0,31+(0,95/6)+(0,11/24)+(0,95/5)+(0,3/10)+5*0=0,69

Поправка на габариты изделия

С_δ=0,005*δ* Сэкв=0,005*70*0,69=0,24

Сэкв.общ=Сэкв+ С_δ=0,69+0,24=0,93

Стали, у которых величина полного углеродного эквивалента превышает 0,40-0,45 %, считаются склонными к образованию холодных трещин при сварке. Вывод: Данная марка стали подвержена холодным трещинам после сварки. Для того чтобы предотвратить образование ХТ необходим подогрев. Температура подогрева рассчитывается по формуле :

Округлим Tп=290°С

4.А. Способы легирования наплавленного металла:

Наилучший эффект износостойкая наплавка дает обычно при применении высоколегированных сплавов и инструментальных сталей для рабочего слоя изделий, тело которых изготовлено из простой углеродистой стали.

Получение легированного наплавленного металла возможно различными способами: использованием соответствующего электродного материала; восстановлением легирующих примесей из флюса; присадкой их тем или иным путем в сварочную ванну. Техника и технология получения легированного наплавленного металла составляют самостоятельную задачу, которая может решаться по-разному.

Изменение режима неизбежно, но в разной степени (в зависимости от химического состава используемых материалов, а также от способа легирования) отражаются на составе наплавленного металла.

Выделяют несколько способов легирования наплавленного металла:

Способ 1 — применение легированной электродной проволоки

или ленты и обычного флюса.

Способ 2—присадка легирующих материалов через прово­локу или ленту (порошковая проволока и лента, составная и свитая проволока и др.); флюс обычный.

Способ 3—применение обычной проволоки или ленты и ле­гирующего флюса; механическая примесь ферросплавов к флюсу, керамический флюс и т. п.

Способ 4 — нанесение легирующих примесей на поверхность изделия, наплавка обычной электродной проволокой под обычным флюсом, с полным расплавлением легирующих материалов.