Спосіб формування захисного покриття на робочій поверхні мідної стінки кристалізатора установки безперервного лиття металів

Реферат: Спосіб формування захисного покриття на робочій поверхні мідної стінки кристалізатора установки безперервного лиття металів, у якому для формування покриття застосовують термічно оброблену металеву пластину, яку накладають на поверхню мідної стінки і приєднують методом зварювання тертям з перемішуванням із використанням електрода, що обертається. Використовують пластину, виготовлену зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі. Після приєднання пластини стінку кристалізатора піддають термічній обробці шляхом нагрівання до температури 600-700 °C впродовж 16-40 годин. UA 118873 U (12) UA 118873 U UA 118873 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до металургії і може використовуватись на металургійних заводах та в ливарних цехах машинобудівних заводів для виготовлення кристалізаторів установок безперервного лиття сталі та кольорових металів. При просуванні металевого злитку через кристалізатор в зоні взаємодії поверхонь утвореного злитку і робочої мідної стінки відбувається значний абразивний знос міді, що призводить до порушення вихідної геометрії кристалізатора та зниження його експлуатаційної стійкості. Тому розробка методів компенсації зносу робочої поверхні є вкрай актуальною задачею. На даний час для збільшення терміну служби кристалізаторів все частіше вдаються до певних технологічних модифікацій їх робочих стінок - поліпшення якості поверхні кристалізатора за рахунок нанесення захисних покриттів на поверхню мідної стінки. Так, в статті "Непрерывное литье стали" (Евтеев Д.П., Колыбов Н.Н. - М: Металлургия, 1984. - С. 64-65) описана технологія, яка передбачає нанесення захисного плакуючого зносостійкого покриття на робочу стінку кристалізатора. Приєднання покриття здійснюють методом зварювання вибухом. Недолік цього методу обумовлений специфікою фізичних процесів, якими він супроводжується, зокрема хвильовою ударною дією вибуху - цей фактор є причиною того, що в різних місцях поверхні мідної панелі кристалізатора має місце неоднакова міцність зчеплення з плакуючим шаром. Окрім цього, зварювання вибухом здійснюється виключно в об'ємі спеціально облаштованих камер та потребує дотримання суворих умов безпеки. Відомий також спосіб виготовлення кристалізаторів для безперервного лиття заготовок, згідно з яким на робочу мідну поверхню наносять захисне покриття, котре являє собою лист зі зносостійкого металу з необхідними експлуатаційними властивостями. Покриття з'єднують з 9 мідною поверхнею методом автовакуумної пайки під тиском (патент України № 67817, МПК В22О 11/00, опубл. 12.03.2012, Бюл. № 5). Основним недоліком цієї технології є її трудомісткість - процес може бути реалізований тільки в контейнері в умовах вакууму, а для вилучення панелі із вже нанесеним на неї покриттям контейнер необхідно руйнувати. Та і саме покриття, отримане згідно цієї технології, характеризується недостатньо високими експлуатаційними характеристиками. За прототип запропонованої корисної моделі прийнятий спосіб формування захисного покриття на робочій поверхні мідної стінки кристалізатора установки безперервного лиття металів, у якому для формування покриття застосовують термічно оброблену металеву пластину, яку накладають на поверхню мідної стінки і приєднують методом зварювання тертям з перемішуванням із використанням електроду, що обертається (патент України № 28425, 9 МПК : В22D 9/16, опубл. 10.12.2007). Згідно цієї технології для формування покриття використовують пластину, виготовлену з міді, іншими словами - мідь наноситься на мідь. Мідне покриття забезпечує високу теплопровідність стінки кристалізатора, що, безумовно, є позитивним фактором. Але разом з тим воно має суттєві недоліки - окрім того, що мідь доволі дорогий матеріал, мідне покриття є надто м'яким та схильне до швидкого стирання, що призводить до необхідності частого ремонту стінки кристалізатора або і до її заміни. В основу корисної моделі поставлена задача створення економічного та ефективного способу формування захисного покриття на робочій поверхні мідної стінки кристалізатора установки безперервного лиття металів шляхом вибору оптимального матеріалу покриття та удосконалення технологічних прийомів процесу з'єднання, зокрема, шляхом використання пластини, виготовленої зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі, та встановлення оптимальних режимів термічного оброблення наплавленої робочої поверхні кристалізатора, в результаті чого має місце утворення ущільнюючої фази мартенситного характеру розм'якшеного в процесі зварювання матеріалу покриття, підвищується міцніть зчеплення матеріалу пластини та мідної стінки кристалізатора і тим самим забезпечується створення зносостійкого покриття з високими експлуатаційними характеристиками та суттєво спрощується технологічний процес. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в способі формування захисного покриття на робочій поверхні мідної стінки кристалізатора установки безперервного лиття металів, у якому для формування покриття застосовують термічно оброблену металеву пластину, яку накладають на поверхню мідної стінки і приєднують методом зварювання тертям з перемішуванням із використанням електрода, що обертається, згідно корисної моделі, використовують пластину, виготовлену зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі, після приєднання пластини стінку кристалізатора піддають термічній обробці шляхом нагрівання до температури 600-700 °C впродовж 16-40 годин. При цьому може бути використана пластина зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі, котра є безвуглецевою з умістом нікелю та кобальту, товщиною 0,5-5,0 мм. Крім того, процес приєднання пластини до робочої поверхні мідної стінки 1 UA 118873 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 кристалізатора починають на присадочному листі, а закінчують на вивідній планці, пристикованій до краю листа. Досягнення вказаного вище технічного результату стало можливим завдяки тому, що для формування покриття вибраний матеріал, якісний і кількісний склад елементів якого є найбільш прийнятним та ефективним для забезпечення потрібних експлуатаційних характеристик робочої стінки кристалізатора. Таким матеріалом є зносостійка мартенситостаріюча сталь. Завдяки особливостям технології зварювання тертям з перемішуванням зона з'єднання двох елементів пластини покриття та стінки кристалізатора нагріваються до високих температур, набуваючи стану над пластичності. При цьому в об'ємі зазначеного матеріалу покриття (мартенситостаріючої сталі) випадає зміцнююча субстанція мартенситного характеру, завдяки якій значно зростають показники зносостійкості. Крім того, підвищується міцніть зчеплення матеріалу пластини та мідної стінки кристалізатора при незмінності властивостей останньої. Додатковим фактором підсилення експлуатаційних характеристик утвореного покриття з мартенситостаріючої сталі є його термічна обробка, яка передбачає нагрівання до температури 600-700 °C впродовж 16-40 годин. Таке нагрівання спричиняє утворення в об'ємі наплавленого металу зміцнюючої феронікелевої фази. Зазначений вище інтервал термообробки покриття був встановлений в результаті проведення численних експериментів як найбільш прийнятний. Так, температура, менша 600 °C, є недостатньою для утворення зміцнюючої фази, а при температурі, яка перевищує 700 °C, ця фаза просто розчиняється в об'ємі розм'якшеного металу. Так само і термін витримки нагрітих елементів є доцільним тільки в інтервалі 16-40 годин, тому що витримка, яка є меншою 16, або ж більшою 40 годин, негативно позначається на утворенні зміцнюючої феронікелевої фази. Варіантом ефективного здійснення запропонованого процесу може бути використання пластини зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі, котра є безвуглецевою з умістом нікелю та кобальту. Слід зазначити, що в усіх випадках використання у якості покриття пластин з мартенситостаріючої сталі найбільш доцільною їх товщиною є 0,5-5,0 мм. Приєднання пластин до робочої поверхні мідної стінки кристалізатора починають на присадочному листі, а закінчують на вивідній планці, пристикованій до краю цього листа. Проведені експерименти довели, що така послідовність операцій забезпечує найбільш сприятливі умови для здійснення ефективного процесу зварювання тертям з перемішуванням із використанням електрода, що обертається. Із викладеної вище інформації можна зробити висновок: поєднання таких факторів, як методу зварювання тертям з перемішуванням, матеріалу пластини покриття зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі та зазначених умов його термічної обробки обумовлює ефективний та економічно маловитратний захист робочих поверхонь кристалізаторів і вигідно відрізняє запропоновану технологію від відомих на сьогодні методів нанесення таких покриттів. Спосіб здійснюється наступним чином: На поверхню пласкої робочої мідної стінки кристалізатора накладають стальну пластину зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі товщиною 0,5-5,0 мм. Для надання пластині пластичності, сумірній з пластичністю мідного матеріалу робочої стінки, її попередньо відпалюють. Відпалення забезпечує мінімальну розбіжність показників коефіцієнтів теплового розширення з'єднувальних матеріалів, і тим самим убезпечує останні від виникнення концентраторів напруг та утворення тріщин. Пластину приварюють методом тертя з перемішуванням, після чого стінку кристалізатора з утвореним на ній покриттям піддають термічній обробці нагріванням до температури 600-700 °C і витримкою при цих температурах впродовж 16-40 годин. ПРИКЛАД На поверхню мідної плити кристалізатора (мідь марки М1) накладалась пластина товщиною 2,0 мм зі сталі Н18К8М3Т. З'єднання елементів здійснювалось електродом діаметром 10 мм, який обертався зі швидкістю 2000 об./хв. та переміщувався поступально. Після зварювання плита нагрівалась до температури 650 °C впродовж 25 годин. Механічні та спектральні випробування покриття, утвореного на стінці кристалізатора, підтвердили його високі міцнісні характеристики та рівномірне взаємне розподілення матеріалів з'єднуваних елементів. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Спосіб формування захисного покриття на робочій поверхні мідної стінки кристалізатора установки безперервного лиття металів, у якому для формування покриття застосовують термічно оброблену металеву пластину, яку накладають на поверхню мідної стінки і приєднують 2 UA 118873 U 5 10 методом зварювання тертям з перемішуванням із використанням електрода, що обертається, який відрізняється тим, що використовують пластину, виготовлену зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі, після приєднання пластини стінку кристалізатора піддають термічній обробці шляхом нагрівання до температури 600-700 °C впродовж 16-40 годин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують пластину зі зносостійкої мартенситостаріючої сталі, котра є безвуглецевою з умістом нікелю та кобальту, товщиною 0,55,0 мм. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що процес приєднання пластини до робочої поверхні мідної стінки кристалізатора починають на присадочному листі, а закінчують на вивідній планці, пристикованій до краю листа. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3