obsah Ä. 1/2008 - Hadyna

More documents

Recommendations

Info

technologie svařování MOŽNOSŤI PREDĹŽENIA ŽIVOTNOSTI POJAZDOVÝCH KOLIES NAVÁRANÍM Ing. Ján VIŇÁŠ, PhD., IWE. Katedra technológií a materiálov, SjF. TU Košice, Mäsiarská 74, 040 01, Košice, e-mail: jan.vinas@tuke.sk V príspevku sú prezentované výsledky výskumu vlastností pojazdových kolies renovovaných naváraním. Za účelom renovácie boli použité tri technológie navárania s rôznymi prídavnými materiálmi. Boli porovnávané vlastnosti takto renovovaných pojazdových kolies s novými kolesami z materiálu STN 42 2660 s povrchovo zakalenou vrstvou. Návary boli vystavené pôsobeniu adhezívneho opotrebenia, kde odolnosť povrchov bola stanovená na základe hmotnostných úbytkov. Pri adhezívnom opotrebení boli sledované aj časy do zadretia trecích dvojíc hodnotený materiál – materiál koľajnice. Chemické zloženie návarov bolo stanovené pomocou EDX analýz. Na základe realizovaných experimentov bolo možné overiť vhodnosť použitia jednotlivých prídavných materiálov a použitých technológií navárania pre renováciu pojazdových kolies. Na odolnosť renovovaných povrchov má vplyv štruktúra materiálu, jeho chemické zloženie a použitie vhodného tepelného spracovania návarov. Získané výsledky môžu prispieť k optimalizácií procesu renovácie pojazdových kolies naváraním, kde pomocou vhodne kombinovaných prídavných materiálov, použitých technológií a tepelného spracovania naváraných povrchov možno predĺžiť ich životnosť v prevádzkach. ÚVOD Ekonomické dôvody maximálneho využívania materiálov v oblasti strojárskej výroby sú neustále aktuálnymi témami vedeckého výskumu. Progres nových technológií a ich využívanie v moderných výrobných postupoch v značnej miere ovplyvňuje rozvoj priemyslu. Smer výskumu a vývoja predurčuje vývoj a používanie nových materiálov. Najčastejšími príčinami porúch strojných súčastí a konštrukcií sú tribologické procesy, ktoré prebiehajú na funkčných povrchoch. [2]. Pre správnu funkciu strojných súčastí a konštrukčných uzlov majú preto veľký význam tribologické charakteristiky použitých materiálov. Vzájomné pôsobenie funkčných povrchov pri ich relatívnom pohybe má za následok nežiadúce zmeny povrchových vrstiev vedúce k ich opotrebeniu. V oblasti prevencie materiálových strát je najdôležitejšia úloha pripisovaná technológiám aktívnej povrchovej ochrany materiálu v trecích uzloch. V oblasti renovácie sa využíva celý rad rôznych technológií, ktoré umožňujú obnovu strojových častí prípadne predĺžia jej životnosť. Pojazdové kolesá sú v technickej praxi vystavené značnému opotrebeniu v dôsledku ich namáhania vysokým plošným tlakom. Nahrádzať opotrebované kolesá novými je fi nančne náročné, preto je snaha čo najviac predlžovať životnosť kolies. [1]. Predkladaný príspevok sa zaoberá problematikou možnosti renovácie pojazdových kolies technológiami navárania a hodnotením naváraných vrstiev v náročných tribologických podmienkach. POUŽITÉ MATERIÁLY Skúmané pojazdové kolesá boli vyrobené z materiálu STN 42 2660, ktorého chemické zloženie je uvedené v tab. 1 a jeho mechanické vlastnosti v tab. 2. CHARAKTERISTIKA ZÁKLADNÉHO MATERIÁLU Jedná sa o feriticko-perlitickú uhlíkovú oceľ na odliatky pre súčiastky namáhané vyššími tlakmi. Pre experimenty bol použitý materiál koľajníc STN 41 0420 – konštrukčná nízkouhlíková oceľ bez zaručeného chemického zloženia s medzou pevnosti R m min = 750 MPa, obsah S max. je 0,050 % a obsah P max. je 0,050 %. Uvedenej medzi pevnosti zodpovedá tvrdosť 230 HV. Experimentálne skúšky boli realizované na pojazdových kolesách priemeru Ø 800 mm (obr. 1). Obr. 1 – Pojazdové koleso pred renováciou Opotrebované kolesá boli pred naváraním vizuálne kontrolované a posudzované, či ich stav opotrebovanosti ešte umožňuje renováciu naváraním. Dôraz sa kladie na kontrolu prítomnosti trhlín na kolese. Kolesá, ktoré spĺňajú pomienky pre renováciu, sú sústružením upravované na požadovaný rozmer. Sledovaným parametrom je válcovitosť. Prípadné zavalcované vmestky a nečistoty musia byť obrábaním odstránené, aby po naváraní neboli iniciátormi pnutí a trhlín. Hrúbka návaru je volená v závislosti od opotrebovania kolesa s prídavkom na následné trieskové opracovanie. Naváranie opotrebovaných kolies sa realizovalo najskôr vytvorením jednej medzivrstvy a následne dvomi krycími vrstvami. Predohrev skúmaných kolies bol realizovaný za rotácie plynovým horákom na teplotu 180 °C–250 °C, rýchlosť ohrevu bola 300 °C.h -1 . Valcové časti kolies boli navárané v skrutkovici s presadením húsenice o 1/3 jej šírky. Rozmery kolies boli upravené naváraním na pôvodné rozmery s prídavkom na opracovanie. Po naváraní boli kolesá renovované technológiou I. izotermicky žíhané v indukčnej peci, ktorá bola predohriata na teplotu 800–840 °C. Po ohreve kolies na teplotu 840 °C sa kolesá ochladzovali v peci na teplotu 620 °C, s následnou výdržou 2 až 3 hod. Po vybratí kolies z pece nasledovalo voľné ochladzovanie na vzduchu. Po vychladnutí boli kolesá opracované trieskovým obrábaním na požadované rozmery a následne bol návar povrchovo zakalený. Povrchové kalenie sa uskutočnilo plameňom C 2 H 2 + O 2 . Po ohriatí horákom bol návar ochladený vodnou sprchou. Hrúbka zakalenej vrstvy bola maximálne 3 mm. Pri II. a III. renovačnej technológii krycia vrstva nebola povrchovo zakalená. POUŽITÉ RENOVAČNÉ TECHNOLÓGIE A PRÍDAVNÉ MATERIÁLY I. Technológia navárania pod tavivom (SAW) Medzivrsta: – navárací drôt A 106 o priemere ø = 3,2 mm – tavivo F 11 Krycia vrstva: – navárací drôt A 508 o priemere ø = 3,2 mm – tavivo F 13 II. Technológia navárania pod tavivom (SAW) Medzivrsta: – navárací drôt A 106 o priemere ø = 3,2 mm – tavivo F 11 Krycia vrstva: – navárací drôt RD 520 o priemere ø = 3,2 mm – tavivo F 56 III. Technológia navárania drôtom s vlastnou ochranou (GMAW) Medzivrsta: – navárací drôt C 113 o priemere ø = 2 mm – ochranná atmosféra zmesného plynu (Ar 80 % + CO 2 20 %) Krycia vrstva: – navárací drôt Lincore 40-O o priemere ø = 2 mm. REFERENČNÝ MATERIÁL Pojazdové kolesá boli po naváraní porovnávané s novým kolesom z materiálu STN 42 2660, ktorého chemické zloženie je uvedené v tab. 1. Funkčná – kontaktná plocha kolesa bola povrchovo kalená plameňom C 2 H 2 + O 2 za rotácie kolesa. Teploty kalenia pre materiál STN 42 2660 boli v rozsahu 870 až 890 °C. Po ohreve nasledovalo ochladzovanie vo vode. Hĺbka prekalenia materiálu bola 3 mm. EXPERIMENTÁLNE SKÚŠKY Metodika štruktúrnej a EDX analýzy Štruktúrna analýza jednotlivých návarových vrstiev bola realizovaná na priečnych metalografi ckých výbrusoch skúmaných vzoriek. Vzorky pre metalografi cké pozorovania boli z renovovaných kolies odobraté rezaním bez tepelného ovplyvnenia materiálu. Pred pozorovaním makro a mikroštruktúry boli vzorky leptané 3 % roztokom NITALU. Hodnotenie štruktúr a fotodokumentácia sa uskutočnili na svetelnom mikroskope ZEISS NEOPHOT II a elektrónovom rastrovacom mikroskope Hitachi S - 450. Chemický rozbor jednotlivých vrstiev návarov a ich prechodových fáz bol realizovaný na energiovo-disperznom spektrometre JEOL JSM-35 CF pomocou analyzátora LINK AN 10000. Metodika hodnotenia tvrdosti návarov Skúšky tvrdosti návarov sa realizovali podľa normy STN EN 1043-1 na skúšobných vzorkách Chemické prvky C Mn Si P max S max P + S % 0,40–0,50 0,40–0,80 0,20–0,50 0,050 0,050 max. 0,090 Tabuľka 1 – Chemické zloženie materiálu STN 42 2660 Mechanické vlastnosti R e min [MPa] R m min [MPa] A 5 min [%] Z min [%] KCU min 3 [J.cm -2 ] Tvrdosť HV E [GPa] 300 590–740 12 15 20 173–214 209,4 Tabuľka 2 – Mechanické vlastnosti materiálu STN 42 2660 22 / SVĚT SVARU
technologie svařování odobratých mechanickým spôsobom bez tepelného ovplyvnenia, pripravených v zmysle noriem ISO 6507-1 a ISO 6507-2. Skúšobné vzorky boli odobraté z renovovaných pojazdových kolies z miest, kde dochádza ku styku kolesa s koľajnicou. Pre porovnanie bola hodnotená aj tvrdosť referenčného materiálu. Skúška bola realizovaná na skúšobnom stroji HPO 250. Hodnoty tvrdosti boli merané na metalografi ckých výbrusoch smerom od stykových plôch kolies s koľajnicou do základného materiálu kolies. Smer a viedol cez rez nákolkom skúmaného kolesa a smer b viedol cez vodorovnú časť kolesa, podľa nákresu uvedeného na obr. 2. Najvyššiu tvrdosť mali nové pojazdové kolesá povrchovo zakalené, kde sa maximálne hodnoty pohybovali v rozsahu od 669 HV 10 do 703 HV 10. U kolies renovovaných naváraním boli namerané hodnoty tvrdosti nižšie. Z hodnotených návarov najvyššiu hodnotu tvrdosti dosahoval návar zhotovený drôtom A 508 s tavivom F 13, čo je možné zdôvodniť tepelným spracovaním Obr. 2 – Meranie tvrdosti na skúšobných vzorkách METODIKA HODNOTENIA MIKROTVRDOSTI NÁVAROV Mikrotvrdosť jednotlivých vrstiev návarov a prechodových fáz bola stanovená na priečnych výbrusoch odobratých vzoriek podľa STN EN 1043-1. Skúška bola realizovaná na skúšobnom prístroji SHIMADZU – DUH 202. Použité bolo zaťaženie 0,01 N a doba záťaže 5 s. Použité označenie vzoriek: Vzorky A – návar zhotovený kombináciou drôtu A 508 s tavivom F 13 s medzivrstvou tvorenou drôtom A 106 s tavivom F 11 Vzorky R – návar zhotovený kombináciou drôtu RD 520 s tavivom F 56 s medzivrstvou tvorenou drôtom A 106 s tavivom F 11 Vzorky L – návar zhotovený kombináciou drôtu Lincore 40-O s medzivrstvou tvorenou drôtom C 113 v plyne (Ar + CO 2 ). Obr. 3 – Maximálne hodnoty tvrdosti namerané na skúmaných vzorkách návarov – povrchovým kalením. Maximálne hodnoty tvrdosti namerané na skúmaných vzorkách sú grafi cky znázornené na obr. 3. Priemerné hodnoty mikrotvrdosti HV 0,01 jednotlivých vzoriek s označením A, R, L sú uvedené v tab.3. Najvyššie hodnoty boli namerané v krycích vrstvách návarov. Pri vzorkách typu A hodnota mikrotvrdosti dosahovala 475 HV 0,01 a to v dôsledku zakalenia krycej vrstvy kolies. Maximálne hodnoty mikrotvrdosti návarov pri vzorkách typu R a L boli len o niečo nižšie a to bez použitia tepelného spracovania kolies po naváraní. Najnižšie hodnoty mikrotvrdosti dosahovala oblasť tepelne neovplyvneného základného materiálu 186–189 HV 0,01. METALOGRAFICKÝ A CHEMICKÝ ROZBOR ŠTRUKTÚR Na vzorkách s návarmi a z referenčného materiálu sa uskutočnil chemický rozbor prvkov podľa uvedenej metodiky. Mikroštruktúra koľajníc je na obr. 4. Jedná sa o hrubozrnnú perlitickú štruktúru s minimálnym obsahom feritu. Obr.5 – Makroštruktúra a mikroštruktúry návarov zhotovených kombináciou drôtu A 508 s tavivom F 13, s medzivrstvou zhotovenou drôtom A 106 s tavivom F 11 premene na bainitickú, čo potvrdili aj merania mikrotvrdosti v tejto oblasti. Hrúbka medzivrstvy je 2 mm. Na základe chemickej analýzy medzivrstvy sa dá povedať, že v nej došlo k poklesu množstva legujúcich prvkov oproti krycej vrstve. Pokles množstva spomínaných prvkov závisí aj od premiešania jednotlivých vrstiev návarov. Tepelne ovplyvnená oblasť medzi medzivrstvou a základným materiálom je tvorená acikulárnou feriticko-perlitickou štruktúrou, vplyvom tepelného ovplyvnenia došlo k rastu a zhrubnutiu zŕn. Je viditeľný plynulý rast a premena perlitu na bainit. V štruktúre sa vyskytoval aj doskovitý ferit a na hraniciach zŕn sú viditeľné cementitické fázy. Metodika hodnotenia adhezívneho potrebenia Pojazdové kolesá sú v technickej praxi namáhané vysokým plošným tlakom a zároveň dochádza ku kombinácii viacerých typov opotrebenia. Pri posudzovaní vzájomného vplyvu kolesa a koľajnice je treba zohľadniť najmä druh opotrebenia, ku ktorému dochádza pri ich vzájomnom dotyku a pohybe. Adhezívne opotrebenie skúmaných materiálov bolo hodnotené na prístroji AMSLER s plošným dotykom, ktorý dovoľuje skúšanie klzných dvojíc za sucha. Príložky boli vyrobené zo skúšaného materiálu a kotúčik z ocele STN 41 0420 (materiál koľajnice). Uloženie kotúčika a príložky bolo regulované na tlak v dotykovej ploche stlačením pružiny silou 1,5 kN. Oceľový kotúčik sa otáčal rýchlosťou 200 ot.min -1 . Veľkosť adhezívneho opotrebenia bola hodnotená na základe hmotnostných zmien skúšobných vzoriek v jednotlivých etapách experimentu za dobu 30 sekúnd a do zadretia kinematickej dvojice. VÝSLEDKY EXPERIMENTOV Maximálne hodnoty tvrdosti boli zistené v miestach najbližších funkčnému povrchu skúmaných vzoriek v oboch skúmaných smeroch. Vzorka Krycia vrstva Prechod krycej vrstvy do medzivrstvy Medzivrstva Obr. 4 – Mikroštruktúra koľajnice (materiál STN 41 0420) (zv. 100x) Výsledné štruktúry jednotlivých vrstiev návarov sú zobrazené a popísané na obr. 5, 6, 7, a 8. Na obr. 5 je makroštruktúra návaru zhotoveného technológiou I. Keďže návar bol tepelne spracovaný, je možné pozorovať na vrchnej krycej vrstve povrchovo zakalenú vrstvu. Jedná sa o bainitickú štruktúru. V krycích vrstvách sú rozptýlené jemné častice karbidov chrómu, čo potvrdila aj EDX analýza. Zároveň bola potvrdená aj prítomnosť prvkov Mn a Si, ktoré návar získal z prídavného materiálu A 508, ale svoj vplyv malo aj použité mangánovo-kremičité tavivo F 13. Štruktúru medzivrstvy je možné označiť ako bainitickú, v niektorých miestach bola pozorovaná feriticko-perlitická štruktúra pri postupnej Prechod medzi medzivrstvou a zákl. mat. Základný materiál A 475 347 324 241 187 R 462 378 340 220 189 L 448 328 262 215 186 Tabuľka 3 Priemerné hodnoty mikrotvrdosti HV 0,01 vzoriek A, R, L Obr. 6 – Makroštruktúra a mikroštruktúry návarov zhotovených kombináciou naváracieho drôtu RD 520 s tavivom F 56, s medzivrstvou zhotovenou drôtom A 106 s tavivom F 11 Na obr. 6 je makroštruktúra návaru zhotoveného technológiou II. Mikroštruktúru krycích vrstiev do hrúbky 3,5 mm od povrchu tvorí bainitická štruktúra. Bainitickú štruktúru potvrdila aj skúška tvrdosti a mikrotvrdosti. EDX analýzou bola v krycích vrstvách návaru zistená prítomnosť legujúcich prvkov ako Cr a Si, ale v návare mal ako legujúci prvok najväčšie zastúpenie Mn. Tieto legujúce prvky boli do návaru dodané z prídavného materiálu RD 520 a nemalú úlohu SVĚT SVARU / 23
Page 1 and 2: 1/2008, ročník XII. MIGATRONIC Fe
Page 3 and 4: editorial OBSAH EDITORIAL Tiskové
Page 5 and 6: dusíku, který se okamžitě vypa
Page 7 and 8: technologie svařování Obr. 5 - Z
Page 9 and 10: partnerské stránky Aktivity Česk
Page 11 and 12: technologie svařování Velkoobjem
Page 13 and 14: Lhutník kontrol, revizí a zkouše
Page 15 and 16: MIGATRONIC MWF 50/55 YARD Malý pod
Page 18 and 19: technologie svařování Optimaliza
Page 20 and 21: zařízení pro použití technick
Page 24 and 25: 24 / technologie svařování zohra
Page 26 and 27: partnerské stránky Novinka od spo
Page 28 and 29: partnerské stránky Jak se chráni
Page 30 and 31: partnerské stránky SVÁŘEČSKÝ
Page 32: Rozumíme Vašim potřebám. Porozu

obsah Ä. 1/2008 - Hadyna

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

obsah Ä. 1/2008 - Hadyna