«АБРАЗИВОСТОЙКИЕ НАПЛАВЛЕННЫЕ ПЛИТЫ И ТРУБЫ ДЛЯ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ»
Введение.
Для защиты от абразивного износа больших поверхностей горной техники используют широкий класс материалов - легированные стали, белые чугуны, полимеры др. Полимерные материалы (резина, полиуретан) в основном эффективны в тех случаях, где исключается сухое трение. Легированные стали (65Г, Хардокс, Г13Л и др.) хорошо противостоят ударам, но ввиду ограниченного содержания в них твердой карбидной фазы (не более 5%) слабо противостоят абразивному воздействию. Высокой износостойкостью обладают белые высокохромистые чугуны (ИЧХ28Н2, ИЧХ15М2 и др.), в структуре которых содержится до 25% твердых карбидов хрома. Однако из-за свойственной чугунам хрупкости они малопригодны для ряда машин горной техники или сварного оборудования.
За счет применения наплавочных электродов (Т-590, Т-620) можно создавать твердые слои, содержащие до 30% упомянутой карбидной фазы, но для защиты от абразивного износа больших поверхностей ручной метод наплавки весьма трудоемок. Проблема может быть эффективно решена путем автоматической порошковой наплавки плоских листов и труб.
Абразивостойкие наплавленные плиты.
Абразивостойкая наплавленная плита представляет собой плоский сплавленный двухслойный лист (габаритных размеров 1500х2500мм и др.) толщиной, как правило, 10-20мм, у которой один слой (основа) состоит из углеродистой стали, а другой (наплавленный, толщиной 4-10мм) – из высокохромистого сплава с твердостью порядка 60-65 HRC.
В слое должно содержаться около 4% углерода и 30% хрома, не считая других легирующих элементов. Микроструктура наплавленного слоя показана на Рис.2: в металлическую матрицу вкраплены очень твердые и мелкие карбиды хрома Cr7C3, Cr23C6 игольчатой формы. Доля карбидной фазы составляет порядка 40,% и именно она в основном определяет высокую абразивостойкость наплавленного слоя. В отличие от слоев, создаваемых ручной наплавкой, в автоматически наплавленном слое отсутствуют стеклообразные фазы и крупные поры, что существенно увеличивает его работоспособность. Дополнительное повышение стойкости к износу и ударам обеспечивает благоприятная текстура карбидов хрома - они чаще всего вытянуты перпендикулярно наплавленной поверхности.
Следует отметить, что наплавленный слой всегда покрыт сеткой мелких трещин усадочного происхождения, что не только не снижает его качества, но напротив, придает таким плитам хорошую пластичность. При условии расположения наплавленного слоя вовнутрь, плиты легко деформируются в холодном состоянии, из них можно изготавливать сварные конструкции, обечайки, трубы и т.д. Например, нами произведена вальцовка абразивостойкой наплавленной плиты толщиной 12мм (7+5мм) на радиус 400мм без всяких повреждений. Для раскроя износостойких наплавленных плит эффективно используются методы плазменной резки или резки угольным электродом. Резать можно как со стороны основы, так и со стороны наплавленного слоя. Плиты допускают резку и абразивным кругом: вначале следует произвести разрез по основе до границы раздела слоев, а затем сломать плиту путем удара кувалдой.
Важным преимуществом абразивостойких плит является возможность их сварки, т.к. материал основы представляет собой свариваемую углеродистую сталь. При сварке нагруженных конструкций следует выполнять ряд предосторожностей, главное из которых – недопущение попадания в сварочную ванну металла наплавленного слоя.
Таким образом, наплавленные износостойкие плиты можно условно рассматривать как обычный листовой прокат и изготавливать из них
различные металлоконструкции, эксплуатирующиеся в условиях интенсивного абразивного износа. На Рис. 3 приведены освоенные нами способы установки и крепления рассматриваемых плит.
Рис.3. Способы крепления абразивостойких наплавленных плит к несущему корпусу с помощью: а) сварки внахлест, б) приварной шпильки, в) болтов, г) электрозаклепок.
Наплавленные абразивостойкие плиты довольно широко применяются зарубежом, но наше предприятие впервые в России освоило производство весьма габаритных плит – на Рис.1 показана плита размером 2000х6000мм.
Абразивостойкие наплавленные трубы.
Абразивостойкие наплавленные трубы производятся также путем порошковой наплавки на внутреннюю поверхность труб, как сварных (ГОСТ 10704-91) так и бесшовных (ГОСТ 8732-78), диаметром 325, 377, 530, 620мм и др. Толщина слоя обычно составляет 5мм, а исходная толщина основы трубы после наплавки уменьшается на 1,5-2мм ввиду проплавления. В процессе наплавки непрерывная подача наплавочного материала в зону горения дуги осуществляется одновременно с вращением трубы вокруг своей оси и перемещением сварочной головки, в связи с чем наплавленные валики (шириной 5-10мм) располагаются по спирали трубы.
В настоящее время нами освоено производство абразивостойких труб длиной 1200мм (для труб диаметром менее 400мм) и 2400мм для труб большего диаметра. Более длинные трубы изготавливаются в сварном исполнении – см. Рис.4.
Сварка труб осуществляется встык с неполным проплавлением так, чтобы не ослабить несущий слой.
Рис.4. Отгрузка труб с внутренней абразивостойкой наплавкой и гнутых наплавленных плит.
Опыт и перспективы применения наплавленных абразивостойких плит и труб.
Рассматриваемые наплавленные плиты и трубы – это оптимальное решение проблемы защиты больших поверхностей горного оборудования от абразивного износа. В качестве примера на Рис.5 показан загрузочный лоток, эксплуатирующейся в г. Каменногорске (Ленинградская область). Его боковые поверхности футерованы нашими абразивостойкими плитами. Лоток подвергается интенсивному абразивному износу, т.к. за сутки осуществляет порядка 200 циклов загрузки гранитного щебня крупностью 25-60мм из бункера в железнодорожные вагоны. Износостойкая футеровка лотка используется уже более года практически без признаков износа, в то время как ранее ее приходилось менять каждый месяц.
Рис.5. Лоток загрузки гранитного щебня с футеровкой из абразивостойких наплавленных плит.
Значительная часть абразивостойких плит и труб поставляется нами на нефтеперерабатывающие заводы, где в качестве катализатора применяют
твердые гранулы на основе окиси алюминия, вызывающие абразивный износ пневмотранспорта. Транспортные линии и футеровки циклонов успешно эксплуатируются в условиях сильного абразивного износа при температурах до 5500С [1].
На некоторых заводах по производству железобетона уже не один год весьма эффективно используются изготовленные нами из износостойких наплавленных плит броневые элементы для бетоносмесителей, экструдеров и виброуплотнителей [2]. Торцевую броню одного двухвального бетоносмесителя импортной поставки, например, не меняют уже почти 2 года, хотя броню из стали 40Х меняли раз в три месяца. Наша продукция начинает применяться в металлургии. В частности, на коксохимическом производстве уже более года эксплуатируются футерованные абразивостойкими плитами течки кокса практически без следов износа.
В отношении горного оборудования, наплавленные абразивостойкие плиты и трубы эффективны для следующих применений:
лотки и течки,
трубы и колена пневмотранспорта и пульпопроводов,
дымососы,
шнеки,
сита и грохоты,
кузова самосвалов,
ковши экскаваторов,
козырьки погрузчиков,
циклоны и др.
На Рис.6 представлена диаграмма абразивной стойкости в сопоставлении с относительной стоимостью некоторых материалов. В пересчете на единицу поверхности цена наплавленных плит обычно в 4-5 раз больше чем углеродистой стали, но уровень износостойкости в 10-20 раз выше.
Опыт показывает, что если долговечность стальной детали в условиях абразивного износа исчисляется 3-6 месяцами, то эффективность применения рассматриваемых плит не вызывает никаких сомнений. Если же принимать в расчет экономические потери при простоях и различного рода беспокойства, связанные с постоянной угрозой износа, то и при менее частой замене применение наплавленных плит и труб оправдано. Потребители нашей продукции зачастую просто забывают о проблеме абразивного изнашивания.
Список литературы:
1.Иголкин А.И., Зеленин Ю.В. Износостойкая наплавка на внутренних поверхностях трубопроводов и емкостных аппаратов. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2009, №4, с. 46-48.
2.Иголкин А.И. Абразивостойкая броня для бетоносмесителей, экструдеров и виброуплотнительной техники. Международное бетонное производство, 2009г.
