Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 «Матеріалознавство» (13 Механічна інженерія). Дніпровський державний технічний університет, м. Кам’янське, 2021.
Об'єктом досліджень є процеси, які відбуваються при різних способах дугового наплавлення тонких сталевих листів і пластин порошковими дротами.
Предметом досліджень є технології та матеріали для наплавлення деталей, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування.
У гірничодобувній і металургійній галузях широко використовуються машини та механізми, що експлуатуються в умовах інтенсивного абразивного зношування. У складі таких машин і механізмів є листові конструкції та деталі. Для збільшення терміну служби подібних деталей в якості футерувальних елементів досить широко використовуються зносостійкі біметалеві листи.
Як показує аналіз, технології та матеріали, що використовуються в даний час, дозволяють виготовляти подібні листи з товщиною основного металу ≥ 6 мм і загальною товщиною ≥ 8…10 мм. Для наплавлення листів меншої товщини існуючі технології та матеріали не придатні. Основна проблема існуючих технологій наплавлення – велике проплавлення основного металу і ризик появи пропалів.
Досліджено вплив різних способів дугового наплавлення порошковими дротами різних діаметрів плоских і циліндричних деталей на проплавлення та частку основного металу в наплавленому металі, якість формування наплавлених валиків і стабільність процесу наплавлення. Дослідження проводили з використанням комп'ютерної інформаційно-вимірювальної системи (КІВС).
Установлено, що найбільш істотно на геометричні розміри валиків і проплавлення основного металу впливають режими наплавлення під флюсом. Даний спосіб забезпечує найбільш широкий діапазон відхилень напруги ΔUT = ± 2 В від оптимальної технологічної напруги UT, при якому забезпечується гарне формування наплавлених валиків. З досліджених способів дугового наплавлення мінімальне проплавлення забезпечує наплавлення відкритою дугою самозахисним порошковим дротом. При цьому мінімально можливе проплавлення (≈ 1,5 мм) при якісному формуванні наплавлених валиків забезпечує використання самозахисного порошкового дроту Ø1,8 мм. Встановлено, що збільшення в три рази погонної енергії наплавлення (зниженням швидкості наплавлення) вдвічі збільшує глибину проплавлення основного металу. Збільшуються також геометричні розміри наплавлених валиків. Істотно менше погонна енергія впливає на частку основного металу в наплавленому металі: при наплавленні під флюсом вона змінюється в межах 36...39 %, а при наплавленні відкритою дугою – 35...41 %. Наведені результати експериментів з удосконалення складу та дослідження властивостей самозахисного порошкового дроту, а також додаткового внесення у наплавні валики легуючих та модифікувальних компонентів. Для випадку зносостійкого дугового наплавлення тонких сталевих листів обрано самозахисний порошковий дріт ПП-АН192с (ПП-Нп-150Х5Т4М) Ø1,8 мм. Розроблено склад газошлакотвірної частини шихти дроту на основі шлакової системи СаО + TiО2 + MgО + CaF2 + Al2O3. Цей склад шихти дозволяє досягти ступеня засвоєння титану наплавленим металом на рівні 55...65 %. Для порівняння: при наплавленні тим же дротом під флюсом АН-26 засвоєння титану не перевищує 40 %. Визначено умови отримання при дуговому наплавлені шарів змінного складу та властивостей, що є важливим з огляду на зменшення залишкових напружень та деформацій у тонких листових елементах. За основу обрано схему наплавлення по шару легуючої шихти. Зареєстровано збільшення твердості металу при збільшенні кількості наплавних шарів та збільшення долі гартувальних структур. Наведено результати дослідження впливу внесення модифікувального компоненту – аеросилу SiO2 – на твердість та структуру валиків. Наведено результати дослідно-промислової перевірки результатів досліджень. Визначено зносостійкість при абразивному зношуванні металу 150Х5Т4М, наплавленого самозахисним порошковим дротом ПП-АН192с. Встановлено, що за зносостійкістю наплавлений метал 150Х5Т4М не поступається високолегованому металу 400Х30М, наплавленому порошковим дротом Hardface hc о. Висока зносостійкість наплавленого металу 150Х6Т4М пояснюється здатністю матриці сплаву добре утримувати карбонітриди титану, що мають високу опірність зносу. Розроблено техніку та технологію зносостійкого наплавлення листів із сталі Ст3 δ = 3 мм самозахисним порошковим дротом ПП-АН192с Ø1,8 мм. За результатами досліджень розроблена „Технологічна інструкція на зносостійке дугове наплавлення порошковим дротом сталевих листів товщиною ≤ 5 мм”.
