РАСЧЁТ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЬЕВ ГОРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлена информация о технологиях, направленных на увеличение стойкости стержней горных экскаваторов к износу, а также их оптимальные режимы. Рассмотрены технологические процессы литья стали марки 110Г13Л, включая её химический состав, в частности содержание марганца (Mn) от 11,0% до 13,00%, что способствует улучшению механических свойств материала и снижению дефектов трещин. Ограничения по содержанию марганца способствуют увеличению срока службы экскаваторных стержней и повышению их стойкости к износу. Ожидается, что применение данной технологии на литейном участке Андижанского энергетического ремонтного МЧУ обеспечит экономическую эффективность в 220 281,93 сум за тонну литого изделия. Это, в свою очередь, способствует повышению производительности и снижению производственных затрат.

ABSTRACT

This article presents information on technologies aimed at increasing the wear resistance of mining excavator rods, as well as their optimal operating modes. The technological processes of casting steel grade 110G13L are considered, including its chemical composition, particularly the manganese (Mn) content ranging from 11.0% to 13.0%, which contributes to improving the mechanical properties of the material and reducing crack defects. The limitations on manganese content help extend the service life of excavator rods and enhance their wear resistance. It is expected that the application of this technology in the foundry section of the Andijan Energy Repair MCHU will ensure an economic efficiency of 220,281.93 UZS per ton of cast product. This, in turn, contributes to increased productivity and reduced production costs.

Ключевые слова: Горный экскаватор, износ ковша, коррозия, термическое воздействие, литейный материал, износостойкие материалы, обеспечение качества.

Keywords: Mining excavator, bucket wear, corrosion, thermal impact, casting material, wear-resistant materials, quality assurance.

Введение

В настоящее время развитие промышленности Узбекистана, особенно в горнодобывающей отрасли, внедрение новых технологий, улучшение качества производимых материалов и повышение экономической эффективности имеют большое значение. Для повышения качества продукции и улучшения производительности проводятся научно-исследовательские работы по легированию металлов литьём, созданию высококачественных сталей и разработке материалов, устойчивых к износу и коррозии.

Целью этих исследований является повышение эксплуатационных характеристик металлов, совершенствование технологических процессов создания новых металлов с особыми свойствами и внедрение энергоэффективных технологий [2].

Путём реализации целевых научных исследований можно добиться управления структурой металлов, разработки технологий производства новых сталей, удлинения срока службы металлов и повышения их стойкости к износу. Кроме того, рассматривается повышение эффективности производства за счет экономии энергии и материалов, модернизации устаревшего оборудования, оптимизации производства и применения последних достижений науки и техники. Актуальность темы обусловлена развитием горнодобывающей отрасли в республике и необходимостью удовлетворения потребности в природных ресурсах. Эта проблема является одной из актуальных задач, требующих экономических и научных исследований. Разработка новых материалов для увеличения стойкости к износу стержней горных экскаваторов и улучшение их эксплуатационных характеристик требует научного подхода, правильного выбора технологических процессов и режимов термической обработки [3]. Кроме того, повышение коррозионной стойкости сталей и продвижение металлов с использованием передовых технологий позволяет достичь значительных экономических результатов в промышленности. Рекомендуемые процессы термической обработки следующие:

Материалы и методы

Для стали 110Г13Л рекомендуется следующий процесс термической обработки:

Температура:~600–650°C

Охлаждение:Медленное охлаждение в печи.

Результат: Сохранение аустенитной структуры, материал становится более мягким и готов к дальнейшей обработке. Система цементации для стали 110Г13Л имеет меньшую склонность по сравнению с обычными сталями, и если требуется высокая стойкость поверхности к износу, можно использовать методы поверхностной закалки. В процессе укрепления поверхности наблюдается явление деформационной закалки, то есть из-за удара поверхность деформируется и закаливается. Этот метод в основном используется для зубьев дробилок и быстро изнашивающихся частей [4]. Применение диаграмм ИТ (Изотермическая трансформация) или ТТ (Время-Температура) для стали 110Г13Л ограничено, так как эта сталь обычно не переходит в мартенситную или перлитовую структуру при быстром или медленном охлаждении. Ниже приведен общий вид простой диаграммы. Явно преобладает зона стабильности аустенита (~1250°C). Возможность перехода в мартенситную зону невелика, так как высокое содержание марганца стабилизирует аустенит в термодинамически стабильном состоянии [1].

Рисунок 1. На приведенной выше диаграмме показаны фазы стали 110Г13Л
 

График является ориентировочным и отражает следующее:

1. Зона аустенита (1250°C): При высокой температуре аустенит остается стабильным.
2. Зона мартенсита (300°C - 150°C): При низкой температуре возможен переход в мартенсит при очень быстром охлаждении (закалка), однако это практически не наблюдается для стали 110Г13Л.
3. Зона перлита/сорбита (<700°C): При значительном охлаждении возможно образование этих фаз.

Этот график обобщает изменения, происходящие в процессе охлаждения сплава. В процессе охлаждения из аустенита образуются различные микроструктуры, такие как перлит, верхний и нижний бейнит, тростит, сорбит и мартенсит. В зависимости от температуры и скорости охлаждения, различные микроструктуры образуются из аустенита. Эти микроструктуры зависят от кинетики процесса охлаждения и содержания углерода в стали. Далее подробно объясняется процесс образования этих фаз:

В июле 2024 года на "Андижанском энергетическом ремонтном МЧУ" был использован метод легирования стали марки 110Г13Л с увеличением содержания марганца до 13%, что позволило произвести износостойкую сталь. Экскаваторный штырь 3K4:D320/50 3K.4316190, изготовленный методом литья из стали 110Г13Л, показал в два раза более высокую долговечность по механическим характеристикам [5].

Рисунок 2. Экскаваторный штырь 3K4:D320/50 3K.4316190

Факторы, влияющие на образование мартенсита.

Процесс образования мартенсита играет важную роль в значительном улучшении механических свойств стали, однако на этот процесс влияет несколько ключевых факторов. Наиболее важным из них является скорость охлаждения. В процессе перехода стали в мартенситную фазу метод охлаждения является основным фактором, определяющим твердость материала и его структурные характеристики.

Рисунок 3. Микроструктура стали 110Г13Л

Рисунок 4. Скорость охлаждения и её влияние. Структуры стали 110Г13Л, закалённые в воде при 1100°C

Рисунок 5. Определение прочности стали 110Г13Л на сжатие и удар

Заключение

Для надежного и эффективного формирования высококачественных сталей была разработана технология литья экскаваторного штыря 3K4:D320/50 3K.4316190 для угольного месторождения Ангирен из стали марки 110Г13 в заводских условиях.

Достигнутые результаты имеют важное значение при производстве износостойких сталей. Термическая обработка значительно улучшает микроструктуру и механические свойства стали. В необработанной стали структура зерна грубая и крупная, а механические свойства низкие. Термическая обработка делает сталь более твердой, устойчивой и прочной. Как показали оптические микроскопические анализы, термическая обработка изменяет форму и размер зерен стали.

Термическая обработка контролирует фазовый состав стали, особенно процесс перехода из аустенита в мартенсит. Этот процесс изучается с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) или рентгеновской люминесцентной дифракции (XRD), и анализируется образование мартенсита и его влияние на механические свойства [6].

Список литературы:

1. Шишкин, В. П., & Попов, В. И. (2015). Материаловедение и технология высокопрочных сталей. Москва: Металлургия.
2. Сидоров, А. А. (2012). Технологические особенности литья и обработки стали. Санкт-Петербург: Инженерное издательство.
3. Костюк, С. В., & Сергеев, А. П. (2008). Литье и оборудование для тяжелой промышленности. Москва: Металлургия.
4. Беляков, М. А. (2017). Передовые материалы и технологии в производстве стали. Москва: Металлургия.
5. Хэтч, Р. (2009). Руководство для сталеваров: Принципы производства и литья стали. Нью-Йорк: McGraw-Hill.
6. Розен, Л., & Мелихов, Д. А. (2010). Высокопроизводительные стали: теория и применение. Москва: Металлургическое издательство.