ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОРОШКООБРАЗНЫХ НАПЛАВОЧНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 656 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОРОШКООБРАЗНЫХ НАПЛАВОЧНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 1Тилабов Б.К., 2Восидов А.Х., 3Нурматов Ш.М., 4Баходиров Б.Б. 1д.т.н., профессор зав. кафедрой «Материаловедение и СИТ» [email protected], 2директор ООО «Дальварзинский ремзавод» 3ст.преп-ль, 4студент бакалавр 2-курса Совместного Белорусско-Узбекского межотраслевого института прикладных технических квалификаций в городе Ташкенте https://doi.org/10.5281/zenodo.17814715 Аннотация. Maqolada gazlanuvchi modellar bo’yicha quymakorlik usuli jarayonida qattiq qotishmali qoplamalar bilan olingan buyomlarning tuzilishi va xossalarining tadqiqot materiallari keltirilgan. Po’latning tarkibiy va xossalari o’rganilgan hamda quyma detalning yoza va yoza osti qatlamlarining qattiqligi va mikroqattiqligi o’rganilgan. Laboratoriya va dala sharoitlari sinovlarining eyilish holatlari tahlil qilingan. Quyma detallar uchun ikki marta faza qayta kristallanish termik ishlov berishning oxirgi rejimi o’tkazilgan. Ikki marta faza qayta kristallanish termik ishlov berishda qattiq qotishmali qoplamalarning va tayyor buyomlarning eyilishga bardoshliligi 2-3 martaga oshganligi ko’rsatilgan. Аннотация. В статье приведены материалы исследований строения и свойств твердосплавных покрытий, полученных в процессе литья изделий по газифицируемым моделям. Изучены состав и свойств стали, также изучены твердость и микротвердость поверхностных и подповерхностных слоях литых деталей. Проанализирован относительная износостойкость испытаний, проведенные в лабораторных и полевых условиях. Проведены окончательные режимы термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией для литых деталей. Показано, что термическая обработка с двойной фазовой перекристаллизацией увеличивает износостойкость твердосплавных покрытий и готовых изделий в 2-3 раза. Annotation. The article presents the materials of studies of the structure and properties of hard-alloy coatings obtained in the process of casting products according to gasified models. The composition and properties of steel were studied, and the hardness and microhardness of the surface and subsurface layers of cast parts were also studied. The relative wear resistance of tests carried out in laboratory and field conditions is analyzed. The final modes of heat treatment with double phase recrystallization for cast parts were carried out. It is shown that heat treatment with double phase recrystallization increases the wear resistance of hard-alloy coatings and finished products by 2-3 times. Kalitli so‘zlar: gazga aylanuvchi model, qattiq qotishmali qoplama, o’rtauglerodli po’lat, qattiqlik va mikroqattiqlik қаттиқлик ва микроқаттиқлик, mikrostrukturasi, ikki marta faza qayta kristallanish termik ishlov berish, eyilishga bardoshlilik. Ключевые слова: газифицируемый модель, твердосплавное покрытие, среднеуглеродистый сталь, твердость и микротвердость, микроструктура, термическая обработка с двойной фазовой перекристаллизацией, абразивная износостойкость. Key words: gasified model, hard alloy coating, medium carbon steel, hardness and microhardness, microstructure, double phase recrystallization heat treatment, abrasive wear resistance. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 657 Введение. Высокий уровень новых инновационных технологий в зарубежных странах предопределил существенное отставание отечественной промышленности, изготовляющей металлические изделия [1,2] для собственного потребления, в связи с чем ряд Узбекских заводов металлургической и машиностроительной промышленности ориентируется на потребление зарубежных аналогов металлопродукции. Главным образом это связано с низким качеством литых деталей отечественных предприятий, таких как «неликвиды» детали стальных и чугунных изделий, используемые для массового выпуска металлической продукции. Основная причина неконкурентности отечественных стальных деталей – их низкая эксплуатационная стойкость на автоматизированных линиях для выпуска металлоизделий из-за появления в процессе их работы рельефности на рабочих поверхностях (или гранях) за счет выгорания необходимых включений и формирования трещин разгара в местах теплового удара. Одна из особенностей эксплуатации этих деталей – циклическое воздействие высоких температур в бесперебойном режиме до полного износа металлокомплекта, формующего расплавленное покрытие, из-за чего к литым деталям [3] предъявляют жесткие требования к термо-, жаро-, износои коррозионной стойкости, термоусталости [4,5] и к условиям механической обработки. Цель работы. Целью данной работы является технология изготовления литых деталей машин с твердосплавным износостойким покрытием путем литья по газифицируемым моделям и повышения их твердости и износостойкости методом оптимальной термической обработки. Для формирования необходимой структуры деталей, как в литом состоянии, так и после их термической обработки, были выбраны детали, работающие в контакте с расплавленным покрытием при 900-11500С, изготовляемые в литейном цехе ХК «Metallmexqurilish» в песчаных формах путем литья по газифицируемым моделям. К таким деталям относятся металлургические стальные ролики прокатного стана с износостойким твердосплавным сормайтовым покрытием толщиной слоя от 1,0 до 3,0 мм [6]. Данный процесс доступен в осуществлении, легко регулируется, позволяет получать модели весьма простой и сложной конфигурации с различной толщиной стенок, значительными габаритными размерами, при заданной плотности, точности и чистоте поверхности. Готовые модели после сушки покрывали слоем противопригарной краски (смесь асбестового порошка со связующим) и после повторной сушки проводилось крепление пеномоделей в опоку-контейнера с помощью элементов стояка-коллекторов и литниковой системы. После сборки пеномоделей производилась их формовка сухим кварцевым песком (1К0315 и др.) доверху опоки и одновременно проводили уплотнение пневматической вибрацией. Методика проведения исследований. В настоящей работе исследуются состав и свойства, твердость и микротвердость, микроструктура и абразивное изнашивание литых деталей с поверхностным упрочнением, полученных путем литья по газифицируемым моделям, а также до и после оптимальной термической обработки (закалка с последующим отпуском) [6,7]. Литые образцы и детали изготовлялись из стали 35ГЛ таким образом, чтобы на рабочей поверхности оказались с высокой твердостью. Выбор этих сталей и деталей в качестве объекта исследования обусловлен необходимостью изучения влияния THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 658 термической обработки на структуру и абразивную износостойкость стальных отливок. Размеры стальных образцов были 15х15, 20х20 и 22х22 мм, а также для абразивного изнашивания 70х35х15 мм. При формовке состояния пеномодели (рис.1,а) располагаются горизонтально, а их рабочая поверхность кверху. Для образования износостойкого твердосплавного сормайтового покрытия в процессе литья готовилась паста, состоящая из порошков твердого сплава ПГ-С27 и раствора 4%-го поливинилбутираля в спирте (определенного процента по массе). Эти пасты наносились на рабочую поверхность пеномодели (рис.1,б,в) и подвергались тепловой сушке. После сушки опять производилось крепление пеномоделей в литейную опоку-контейнера. Затем устанавливали опоку в основной конвейер и заливали жидким металлом при температуре 1600-16500С через литниковую систему при сифонном подводе металла. Расплавленный металл подавался непосредственно на пеномодель. Под действием этого расплава полистирол газифицируется и образующая полость заполняется металлом по составу, соответствующему стали марки 35ГЛ. В связи с этим в данной работе исследуется химический состав твердого сплава типа сормайт марки ПГ-С27. Выбор состава наносимого покрытия производился по двум критериям: 1-покрытие должно отвечать требованию 3-5 - кратного увеличения износостойкости по сравнению с износостойкостью стальной основы; 2-покрытие должно включать доступные и недорогие компоненты и отличаться простотой технологией его нанесения. Исходя из этого, выбрали твердый сплав типа «сормайт». Таким способом получается отливка детали с износостойким твердосплавным покрытием (рис.1,г). Заполнение формы жидким металлом является одним из основных этапов формирования отливки, определяющего многие показатели её качества. Следует отметить, что заливку форм нужно производить особенно тщательно, аккуратно и равномерно при постоянном гидростатическом напоре. В работе представлены стальные ролики прокатного стана (рис.1,а,б,в,г) по хоздоговору №6/11 АО «Узметкомбинат», с твердосплавным износостойким покрытием, изготовленных путем литья по газифицируемым моделям в ХК «Metallmexqurilish». В данное время эти ролики изготовляются по новым инновационным технологиям путем литья по газифицируемым моделям, одновременно с твердосплавным износостойким покрытием с толщиной слоя 1,0 - 2,0 - 3,0 мм и оптимальной термической обработкой с двойной фазовой перекристаллизацией [6,8] который повышает твердость и износостойкость стальных роликов в два и более раза по сравнению с серийными изделиями. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 659 Рис.1. Пеномодель стального ролика прокатного стана №СП1413.16, изготовленная путем литья по газифицируемым моделям с износостойким твердосплавным покрытием: апеномодель ролика; б,в-пеномодель ролика с покрытием по всему изнашивающему поверхностному покрытию; г-литая стальная ролик с твердосплавным покрытием и после термообработки. Для измерения поверхностной твердости стальных образцов (деталей) с размерами 15х15 мм и 20х20 мм использовали методы Бринелля и Роквелла. В качестве индентора применяли стальные шарики диаметром 2,5; 5,0 и 10 мм. В наших случаях взяли шарик диаметром 5 мм, при нагрузке 750 кгс и продолжительности выдержки 10-15 с. В качестве индентора по HRC использовали алмазный конус с углом при вершине 120° и радиусом закругления 0,2 мм (шкалы А и С) и стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) (шкала B). Поверхностная твердость закаленных образцов и литых деталей по Роквеллу составляет 58-62HRC. Выбор углеродистых сталей в качестве объекта исследования обусловлен необходимостью изучения влияния на внутреннюю структуру и абразивную износостойкость образцов из стали 35ГЛ. Металлографические исследования. Макро - и микроисследования изучали оптическим металлографическим микроскопом МБС-1, МБС-9, МИМ-8М и Neofot-21. Стальные образцы для визуальных испытаний были круглые и четырехквадратные с размерами 12х12, 15х15, 15х20, 20х20 и 22х22 мм. Микроструктура и микротвердость углеродистых сталей после оптимальной термической обработки значительно изменяются. Если закалка производится с температуры нагрева от 900°С до 1150°С, то перлитная составляющая структуры испытывает мартенситное превращение, а расположение карбидной составляющей не изменяется. После повторной оптимальной термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией образуется крупно – и мелкозернистые мартенситные структуры (рис.2). На микроструктуре хорошо просматриваются мартенситные иглы, наименьшие количество - остаточный аустенит, первичные карбиды и подслой высокоуглеродистого мартенсита. Рис.2. Структура мартенсита: а-крупнозернистый; б-мелкозернистый. Х500 Результаты исследований и их обсуждение. Для проверки толщины слоя отливки взяли одна из готовых стальных деталей с твердосплавным износостойким покрытием, вырезали кусок шлифа для макро - и микроисследования (рис.3а), затем его отшлифовали THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 660 и отполировали (рис.3б), а потом промыли и травили специальным травителем для выявления поверхностного покрытия толщиной слоя 2-3 мм (рис.3в). Толщина слоя более явно и визуально представлено на макроструктуре (рис.3г) [5]. Рис.3. Стальная отливка детали и вырезанные образцы с твердосплавным покрытием: а-отливка детали; б-вырезанные куски образца детали в шлифованном и полированном виде; в-травленный образец с толщиной покрытия 2,5 мм; г-структура поверхностного покрытия толщиной слоя 3,0 мм. Х500 Оптимальные режимы термической обработки. Эти образцы подвергали различным режимам термической обработки. Термическую обработку литых образцов с износостойким твердосплавным покрытием проводили в лабораторных печах, а натурных изделий – в термической камерной печи при различных температурах нагрева: 1) Смягчающий отжиг при температуре 700-7200С в течение двух часов, а охлаждение вместе с печью; 2) Термическая обработка, закалка образцов с нагревом до температуры от 900 до 11500С, а охлаждение в масле или на воздухе; 3) Отпуск при различных температурах нагрева 3000С, 4500С, 5000С, 5500С, 6000С. Время выдержки образцов при отпуске - 1,5 часа, а охлаждение на воздухе; 4) Двойная закалка. Образцы после первой закалки с различных температур нагрева и промежуточного отпуска 4500С-6000С подвергали повторному нагреву до 925-9400С, закаливали, охлаждали в масле и отпускали при температуре 3000С. Двойная закалка [6-9] используется впервые для увеличения износостойкости твердосплавных литых деталей. После двойной закалки повышаются твердость, микротвердость и, особенно, износостойкость твердосплавных образцов и деталей в 2-3 раза [10-12] по сравнению с серийными изделиями. Выводы. Исходя из вышеприведенного можно сделать вывод о том, что термически обработанные стальные литые ролики с износостойким твердосплавным покрытием испытана в условиях производства. Результаты испытания показали, что опытноэкспериментальные ролики без твердосплавного покрытия в 1,2 раза, с твердосплавным покрытием в 1,5-2,0 раза, с износостойким твердосплавным покрытием после оптимальной термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией в 2,5-3,0 раза повышают свою износостойкость и долговечность по сравнению с серийными изделиями. Данная инновационная технология внедрена в производство АО «Узметкомбинат» с экономическим эффектом. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 661 ЛИТЕРАТУРА 1. Гини Э.Ч. Технология литейного производства: специальные виды литья. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 352 с. 2. Фесенко М.А., Косячков В.А. Технологические процессы модифицирования расплава чугуна. Национальный технический университет Украины «КПИ». – Киев.: Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск, 2007. - 235 с. 3. Околович Г.А. Новые технологии изготовления стальных поршневых колец и деталей машин. – Барнаул.: Алтайский государственный технический университет имени И.И.Ползунова, 2011. №1. - С.582-587. 4. Комаристов В.Е. Сельскохозяйственные машины и их работы. – М.: Колос, 2006. - 283 с. 5. Ниловский И.А. Из опыта работ по изысканию способов повышения износостойкости лемехов и других деталей сельскохозяйственных машин. - В сб.: Повышение износостойкости лемехов. – М.: Машгиз, 2007. - С. 202-212. 6. Тилабов Б.К. Износостойкость наплавочного твердого сплава типа ПГ-С27 с метастабильным аустенитом и мартенситом. Республиканский межвузовский сборник научных трудов. - Ташкент. 1-вып. 2011. - С.359-362. 7. Мухамедов А.А. Влияние параметров структуры термически обработанной стали на абразивную износостойкость // Известия ВУЗов. – Черная металлургия, 2009. №7. - С.98105. 8. Мухамедов А.А. Определение причин ускоренного износа литых стальных деталей машин. Актуальные вопросы в области технических и социально-экономических наук. Республиканский межвузовский сборник научных трудов. Ташкент. Часть 1. 2013. - С.221-224. 9. Tilabov B.K. Нeat treatment cast parts with carbide wear resistant coatings obtained by casting on gasified models. – Ташкент.: Вестник ТашГТУ, 2014. №1. - С.93-98. 10. Тилабов Б.К. Термическая двойная закалка как эффективный метод экономии материальных ресурсов // Труды III Международной научно-технической конференции, г. Тольятти: Тольяттинский государственный университет, 12-14 октября 2011 г. – Россия, 2014. - С.312-316. 11. Tilabov B.K. Increased durability of iron parts by thermal treatment with double phase recrystallization. European applied sciences. #8. 2015. Europaische Fachhochschule. ORT Publishing. – Germania, 2015. - P.49-53. 12. Tilabov B.K. Increase the service life of cast parts tillihg machines // International Conference «Global Science and Innovation» March 23-24, 2016. – USA. Chicago, 2016. - P.222-226.