Жоғары берік TIC штангасының күшейтілген құю

Жоғары хромды титан карбидті композитті шыбықтар құймаларының өнімділік артықшылықтары

Жоғары хромды титан карбиді композициялық шыбықтар - жоғары хромды қорытпа матрицасында титан карбидінің (TiC) қатты фазаларын біркелкі дисперстілеу арқылы жасалған композициялық құймалар. Олардың өнімділік артықшылықтары жоғары хромды қорытпалардың жоғары беріктігі мен коррозияға төзімділігі мен титан карбидінің жоғары қаттылығы мен тозуға төзімділігі арасындағы синергетикалық қосымшадан туындайды. Олар әсіресе тозуға, коррозияға және соққы жүктемелеріне байланысты ауыр жұмыс жағдайларына қолайлы. Төменде олардың негізгі құю өнімділігінің артықшылықтарының егжей-тегжейлі талдауы берілген:

I. Тозуға ерекше төзімділік: 'Қатты тозуға төзімділік' және 'Соққыға тозуға төзімділік' теңдестіру

Тозуға төзімді құймалардың негізгі артықшылығы ретінде, жоғары хромды титан карбидті композициялық шыбықтар 'қатты, бірақ сынғыш' немесе 'қатты, бірақ тозуға төзімді емес' дәстүрлі тозуға төзімді материалдардың ауыру нүктелерін 'қатты фазалар + күшті матрицаны' біріктіретін құрылымдық дизайн арқылы шешеді:

Қатты фазалардан қаттылыққа негізделген тозуға төзімділік: Титан карбиді (TiC), негізгі тозуға төзімді фаза ретінде, Mohs қаттылығы 9–9,5. Құймада микрон өлшемді бөлшектер ретінде біркелкі дисперсияланған ол 'қатты тозуға төзімді тосқауыл' құрайды. Кенді ұнтақтау, металды тазарту және бөлшектердің соғуы сияқты жұмыс жағдайларына ұшыраған кезде, TiC абразивтік ортаны кесуге және экструзияға тікелей қарсы тұрады. Оның тозуға төзімділігі қарапайым жоғары хромды шойыннан (мысалы, Cr15 сериясы) 2-4 есе, таза титан карбиді материалдарының тозуға төзімділік деңгейіне жақындайды.

Соққыға төзімділігі жоғары хромды матрица кепілдендірілген: Жоғары хромды қорытпалы матрица (әдетте 12%–20% Cr бар) термиялық өңдеуден кейін жоғары беріктікті (созылу беріктігі ≥ 800 МПа) және жақсы беріктікті (соққыға төзімділік ≥ ≥2; см) көрсететін мартенсит + карбид құрылымын құрайды. Құйма соққы жүктемелеріне ұшыраған кезде (мысалы, материалдың құлауы, жабдықтың дірілі) матрица соққы энергиясын жұтып, сынғыш сыну салдарынан TiC қатты фазасының құлауын болдырмайды. Таза TiC құймаларымен (ұсақтауға бейім) немесе керамикалық тозуға төзімді бөлшектермен (төмен соққыға төзімділік) салыстырғанда, ол 'тозуы және соққысы' бар күрделі сценарийлерге (мысалы, ұсақтағыш балғалары, конвейер құбырларының төсемдері) бейімделеді.

II. Тамаша коррозияға төзімділік: бірнеше медиамен қатал ортаға бейімделу

Жоғары хромды қорытпалардың өзі классикалық коррозияға төзімді материалдар болып табылады, және TiC химиялық инерттілігі композициялық құймалардың коррозияға төзімділігін одан әрі арттырады, бұл оларды коррозиялық орталардың тозуға төзімді жұмыс жағдайларына жарамды етеді:

Жоғары хромды матрицаны пассивациядан қорғау: Ауада, суда немесе әлсіз коррозиялық ортада (мысалы, құрамында күкірті бар сарқынды су, әлсіз қышқыл кен массасы) жоғары хромды қорытпа тез арада өз бетінде тығыз Cr₂O₃ пассивациялық пленка түзіп, матрицаның әрі қарай тотығуын немесе коррозиясын болдырмайды. Пассивациялық пленка жергілікті түрде зақымдалған болса да, Cr элементтері коррозияға төзімділікті сақтау үшін оны тез таратып, жөндей алады.

TiC инерттілігі арқылы коррозияға төзімділікті арттыру: TiC көптеген қара металдарға (мысалы, көміртекті болат, тот баспайтын болат), түсті қорытпаларға (мысалы, алюминий, мыс) және көптеген қышқылдар мен сілтілерге (концентрлі азот қышқылы сияқты күшті тотықтырғыш қышқылдардан басқа) инертті және коррозиялық ортамен әрекеттеспейді. Композиттік құймаларда TiC дисперсті таралуы матрицаның пассивациялық пленкасын зақымдап қана қоймайды, сонымен қатар коррозиялық орта мен матрица арасындағы жанасу аймағын азайтып, коррозия жылдамдығын одан әрі төмендетеді. Оның коррозияға төзімділігі қарапайым жоғары хромды шойынға қарағанда 30%-50% жоғары, бұл оны жағалаудағы кенді өңдеу және химиялық қалдықтар қалдықтарын өңдеу сияқты коррозиямен тозу сценарийлеріне қолдануға мүмкіндік береді.

III. Жоғары температурада жақсы тұрақтылық: орташа және жоғары температурадағы тозу жағдайларына төтеп беру

Көптеген органикалық тозуға төзімді материалдармен немесе төмен легирленген тозу бөлшектерімен салыстырғанда, жоғары хромды титан карбидті композициялық шыбықтар жоғары температуралық өнімділікте маңызды артықшылықтарға ие және агломерациялық жабдықтың төсеніштері мен ыстық қожды тасымалдау компоненттері сияқты орташа және жоғары температурадағы тозу орталарына (300–800 °C) бейімделе алады:

TiC қаттылығын жоғары температурада ұстау: Титан карбидінің балқу температурасы 3140 °C-қа дейін жетеді және 800 °C-тан төмен жұмсармайды. Оның жоғары температурадағы қаттылығы (HRA ≥ 85) бөлме температурасындағы қаттылықпен салыстырғанда 5%-8%-ға ғана төмендейді, бұл оған абразивтік ортаның жоғары температурада эрозиясына үздіксіз қарсы тұруға мүмкіндік береді. Керісінше, қарапайым жоғары хромды шойын 500 °C-тан жоғары матрицаның жұмсартылуына байланысты тозуға төзімділіктің күрт төмендеуіне (қаттылықтың жоғалуы 30% -дан астам) ұшырайды.

Жоғары хромды матрицаның жоғары температурадағы тотығуға төзімділігі: Жоғары хромды матрицадағы Cr элементтері жоғары температурада тұрақтырақ Cr₂O₃ + TiO₂ композиттік оксидті қабықша түзеді (TiC тотығу нәтижесінде пайда болған TiO₂ құрылымды түзу үшін Cr₂O₃-мен синергетикаланады). Бұл пленка оттегінің құйманың ішкі бөлігіне таралуына жол бермейді, матрицаның жоғары температуралық тотығу шашырауын болдырмайды және жоғары температуралық жұмыс жағдайында құрылымның тұтастығын қамтамасыз етеді.

IV. Құю процесінің жақсы бейімделуі және өлшемдік тұрақтылығы

Жоғары хромды титан карбидінің композициялық құрылымында қаттылығы жоғары TiC фазалары болса да, олар әлі де жақсы құйылатындығымен ерекшеленеді, ал құймалар қалыптаудан кейін тамаша өлшемдік дәлдік пен қызмет көрсету тұрақтылығына ие:

Құю процестерімен үйлесімділік: TiC (әдетте 5–50 мкм) бөлшектердің өлшемін реттеу және ылғалдануды жақсарту үшін сирек жер элементтерін (мысалы, Ce, La) қосу арқылы құм құю және орталықтан тепкіш құю сияқты кәдімгі процестерді өндіру үшін пайдалануға болады. Құймалар әртүрлі жабдықтың (мысалы, көмір диірменінің роликтері, тасымалдау бұрандалары) орнату талаптарын қанағаттандыру үшін шыбықтар, түтіктер және пластиналар сияқты әртүрлі пішіндерде дайындалуы мүмкін.

Шөгуге және деформацияға төзімділігі төмен: TiC (7,4×10⁻⁶/°C) мен жоғары хромды матрица (11–13×10⁻⁶/°C) арасындағы термиялық кеңею коэффициентінің айырмашылығы шамалы, сондықтан құйманы салқындату процесінде термиялық кернеуден туындаған жарықтар азырақ болады. Бұл ретте композиттік құймалардың термиялық кеңею жылдамдығы бөлме температурасынан жоғары температураға дейін (≤ 12×10⁻⁶/°C) тұрақты және қызмет көрсету кезінде температураның ауытқуына байланысты өлшемдік деформация болмайды, жабдықпен (мысалы, мойынтірек орындары, тығыздағыш беттер) қондыру дәлдігін қамтамасыз етеді.

V. Ұзақ қызмет ету мерзімі және үнемділігі: кешенді пайдалану шығындарын азайту

Толық өмірлік цикл тұрғысынан жоғары хромды титан карбидті композиттік өзекшелердің өнімділік артықшылықтары тікелей экономикалық пайдаға аударылады:

Өте ұзақ қызмет ету мерзімі: 'тозуға төзімділік + коррозияға төзімділік + соққыға төзімділік' сияқты кешенді өнімділікке сүйене отырып, бұл құймалардың қызмет ету мерзімі әдетте жоғары хромды шойын бөлшектерінен 2-3 есе және жоғары марганецті болаттан жасалған бөлшектерден 4-6 есе көп. Бұл қосалқы бөлшектерді ауыстыру үшін жабдықты өшіру жиілігін азайтады (мысалы, шахталық ұсақтағыш балғалары үшін ауыстыру циклін 1–2 айдан 6–12 айға дейін ұзартуға болады).

Төмен техникалық қызмет көрсету және ауыстыру шығындары: Бастапқы сатып алу құны қарапайым тозуға төзімді материалдарға қарағанда жоғары болғанымен, қызмет ету мерзімін ұзарту және ақаулық жөндеуді қысқарту есебінен уақыт бірлігіндегі толық пайдалану құны (сатып алу, орнату және тоқтап қалу шығындарын қоса алғанда) 40%-60%-ға қысқартылуы мүмкін. Олар әсіресе ірі өнеркәсіптік жабдықтардың негізгі тозу бөліктері үшін қолайлы (мысалы, цемент тік диірмендері, металлургиялық илемдеу стандары).

Қорытындылай келе, жоғары хромды титан карбидті композициялық сырық құймаларының өнімділік артықшылықтары 'көптеген қасиеттердің синергетикалық оңтайландыруына' бағытталған. Олар титан карбидінің экстремалды тозуға төзімділігін сақтап қана қоймайды, сонымен қатар жоғары хромды матрица арқылы қатты материалдардың сынғыштығы мен коррозияға төзімділігінің кемшіліктерін толтырады, сонымен бірге құйылатын және үнемділігін теңестіреді. Олар тау-кен өнеркәсібі, құрылыс материалдары, металлургия және химия өнеркәсібі сияқты салаларда 'тозуы жоғары және күрделі жұмыс жағдайлары' сценарийлері үшін таңдаулы тозуға төзімді құймалар болып табылады.