Restoration of the tribotechnical pairs in equipment of mining industry

Abstract

Purpose. Substantiation of the possibilities and development of technology for the restoration of the worn-out tribotechnical pairs of mining equipment by methods of hot radial stamping in powder metallurgy using technogenic waste. Methods. Powder for wear-resistant material was obtained from metal-abrasive sludge waste. The grinding sludge of 40X10С2М steel was used, which contains 65 – 70% of metal, 10 – 15% of non-metallic component and 20% of lubricating-cooling fluid by a special preparation: grinding, washing, dehydration, drying, magnetic separation, recovery annealing in a generator gas. The wear resistance of tribotechnical pairs of powder composite materials was assessed according to DSTU 2823-94. The wear resistance of the restored tribotechnical pairs has been determined by means of stand experimental research on the SMC-3 testing machine in the conditions of limited lubricants feeding. The reasons for improving the wear resistance have been revealed by means of metallographic studies, as well as the composition with higher properties has been set through the research of powder compactability. Findings. The compositions of powder, composite materials for the restoration of tribotechnical pairs using technogenic wastes and the technology of their application to the surfaces of parts have been developed. A wear-resistant powder layer for the restoration of the “shaft”-type parts has been obtained, working in pair with a composite recovery layer of the “hub”-type part. The physical and mechanical characteristics of a recovery layer of worn-out surfaces of “shaft – hub”-type parts have been studied. The influence of the percentage anti-seize additive content on the wear resistance of the obtained materials under conditions of contamination with coal dust has been determined. The scheme for restoring worn-out surfaces of “shaft – hub”-type tribotechnical pairs has been proposed. The research results enable to extend the life of worn-out parts, which will result in savings to replace with new parts. Originality. It has been found that the introduction of 15% copper into a composite recovery layer of a “hub”-type part leads to the formation on the surface of a partition of solid and strong non-metallic layer, which leads to increased wear resistance of the tribotechnical pair. Practical implications. The proposed scheme for the restoration of worn-out surfaces by the method of hot radial stamping of powdered materials enables the utilization of technogenic waste and helps to extend the service life of worn-out parts, which leads to savings in their replacement.

Мета. Обґрунтування можливостей та розробка технології відновлення зношених триботехнічних пар обладнання гірничодобувної промисловості методами гарячої радіальної штамповки у порошковій металургії із використанням техногенних відходів. Методика. Порошок для отримання зносостійкого матеріалу отримували з відходів металоабразивних шламів. Використовували шліфувальний шлам сталі 40X10С2М, який містить 65 – 70% металу, 10 – 15% неметалічної складової і 20% мастильно-охолоджувальної рідини за спеціальної підготовки: подрібнення, промивання, зневоднення, сушка, магнітна сепарація, відновлювальний відпал у генераторному газі. Зносостійкість триботехнічних пар порошкових композиційних матеріалів оцінювали за ДСТУ 2823-94. Стендовими експериментальними дослідженнями в умовах обмеженої подачі мастила на випробувальній машині марки СМЦ-3 визначена зносостійкість відновлених триботехнічних пар; металографічними дослідженнями з’ясовані причини підвищення зносостійкості; дослідженнями ущільнення порошків визначено склад з більш високими властивостями. Результати. Розроблено склади порошкових, композиційних матеріалів для відновлення триботехнічних пар із використанням техногенних відходів та технологія їх нанесення на поверхні деталей. Отримано зносостійкий порошковий шар для відновлення деталей типу “вал”, що працює у парі з композиційним відновлювальним шаром деталі типу “втулка”. Вивчено фізико-механічні характеристики відновного шару зношених поверхонь деталей типу “вал – втулка”. Визначено вплив процентного вмісту протизадирної добавки на зносостійкість отриманих матеріалів в умовах забруднення вугільним пилом. Запропоновано схему відновлення зношених поверхонь триботехнічних пар типу “вал – втулка”. Результати досліджень дозволять продовжити термін експлуатації зношених деталей, що призведе до економії коштів на заміну новими. Наукова новизна. Виявлено, що введення 15% міді в композиційний, відновлювальний шар деталі типу “втулка” призводить до утворення на поверхні розділу твердого та міцного неметалічного шару, що веде до підвищення зносостійкості триботехнічної пари. Практична значимість. Запропонована схема відновлення зношених поверхонь методом гарячої радіальної штамповки порошкових матеріалів дає можливість утилізації техногенних відходів, продовження терміну експлуатації зношених деталей, що призводить до економії коштів на їх заміну.

Цель. Обоснование возможностей и разработка технологии восстановления изношенных триботехнических пар оборудования горнодобывающей промышленности методами горячей радиальной штамповки в порошковой металлургии с использованием техногенных отходов. Методика. Порошок для получения износостойкого материала получали из отходов металлоабразивных шламов. Использовали шлифовальный шлам стали 40X10С2М, который содержит 65 – 70% металла, 10 – 15% неметаллической составляющей и 20% смазочно-охлаждающей жидкости по специальной подготовке: измельчение, промывка, обезвоживание, сушка, магнитная сепарация, восстановительный отжиг в генераторном газе. Износостойкость триботехнических пар порошковых композиционных материалов оценивали по ДСТУ 2823-94. Стендовыми экспериментальными исследованиями в условиях ограниченной подачи смазки на испытательной машине марки СМЦ-3 определена износостойкость восстановленных триботехнических пар; металлографическими исследованиями выяснены причины повышения износостойкости; исследованиями уплотняемости порошков определен состав с более высокими свойствами. Результаты. Разработаны составы порошковых, композиционных материалов для восстановления триботехнических пар с использованием техногенных отходов и технология их нанесения на поверхности деталей. Получен износостойкий порошковый слой для восстановления деталей типа “вал”, работающий в паре с композиционным восстановительным слоем детали типа “втулка”. Изучены физико-механические характеристики восстановительного слоя изношенных поверхностей деталей типа “вал – втулка”. Определено влияние про- центного содержания противозадирной добавки на износостойкость полученных материалов в условиях загрязнения угольной пылью. Предложена схема восстановления изношенных поверхностей триботехнических пар типа “вал – втулка”. Результаты исследований позволят продлить срок эксплуатации изношенных деталей, что приведет к экономии средств на замену новыми. Научная новизна. Выявлено, что введение 15% меди в композиционный, восстановительный слой детали типа “втулка” приводит к образованию на поверхности раздела твердого и прочного неметаллического слоя, что ведет к повышению износостойкости триботехнической пары. Практическая значимость. Предложенная схема восстановления изношенных поверхностей методом горячей радиальной штамповки порошковых материалов дает возможность утилизации техногенных отходов, продления срока эксплуатации изношенных деталей, что приводит к экономии средств на их замену.