Сравнительный анализ металла, полученного при плазменно-дуговом жидкофазном восстановлении титаномагнетита метаном и углеродом



страница5/7
Дата28.11.2017
Размер0.96 Mb.
ТипИсследование
1   2   3   4   5   6   7

Заключение

1. Впервые электровзрывным способом получены покрытия из молибдена и карбида титана, параметр шероховатости которых Ra составляет 3,0 мкм. Морфология поверхности покрытий представлена композиционными микрокаплями TiC-Mo диаметрами от 1 до 50 мкм. Толщина покрытий составляет 55–70 мкм. На границе покрытия с основой формируется рельеф. Покрытие обладает композиционной наполненной структурой, представляющей собой молибденовую матрицу с расположенными в ней упрочняющими включениями карбида титана, причем соотношение матрицы и упрочняющих включений составляет 2:1, 1.5:1 и 1:1.

2. Электровзрывное напыление позволяет формировать беспористые и однородные по глубине композиционные покрытия системы Al-TiB2 толщиной 100 мкм. Параметр шероховатости Ra поверхности покрытий составляет 2,0 мкм. Морфология поверхности характеризуется наличием наплывов, микропор, микрократеров, микротрещин, наслоений, сформированными высокодисперсными частицами диборида титана округлой формы и каплями продуктов взрыва алюминиевой фольги. Размеры включений диборида титана в алюминиевой матрице изменяются в пределах от 0,5 до 2,5 мкм. На границе покрытия с основой при напылении происходит формирование зоны проникновения частиц диборида титана в основу без нарушения ее сплошности.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-02-12009 офи_м и госзадания Минобрнауки № 2.4807.2011.



Список используемой литературы
1. Fukushima T. High temperature properties of TiC/Mo coatings by thermal spraying. // Journal of High Temperature Society. 2002. Vol. 28. No. 4.Рр. 171 – 175.

2. Xiaoqian G., Yaran N., Liping H., Heng J., Xuebin Z. Microstructure and tribological property of TiC-Mo coating prepared by vacuum plazma spraying. // Journal of Termal Spray Technology. 2012. Vol. 21(5). Рр. 1083 – 1089.

3. Jiang Xu, Yide Kan, Wenjin Lui In-situ synthetic TiB2 particulate reinforced matrix composite coating on AA2024 aluminum alloy by laser cladding technology// Surf. Rev. Lett. 2005. Vol. 12. Is. 04. P. 561.

4. Popoola P.A.I., Pityana S.L., Fedotova T., Popoola O.M.YAG laser treatment of aluminium – CTiB2 coated: optimization of corrosion properties // Materials Science-Poland. 2011. Vol. 29. No. 2. P. 92.

5. Anandkumar R., Almeida A., Vilar R. Wear behavior of Al-12Si/TiB2 coatings produced by laser cladding// Surf. Coat. Technol. 2011. Vol. 205. Is.13–14. P. 3824.

6. Романов Д.А., Будовских Е.А., Громов В.Е. Электровзрывное напыление электроэрозионностойких покрытий: формирование структуры, фазового состава и свойств электроэрозионностойких покрытий методом электровзрывного напыления. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012, 170 с.

7. Мэтьюз Ф., Ролингз Р. Композитные материалы. Механика и технология. М.: Техносфера, 2004. 408с.

8. Жмакин Ю.Д., Романов Д.А., Будовских Е.А. и др. Автоматизированная электровзрывная установка для повышения эксплуатационных характеристик материалов // Промышленная энергетика. 2011. № 6. с. 22-25.

9. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов: моногр. / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов. Новокузнецк, СибГИУ, 2007, 301 с.

10. Панин В.Е., Панин А.В., Моисеенко Д.Д. и др. Эффект “шахматной доски” в распределении напряжений и деформаций на интерфейсах в напряженном твердом теле // Докл. Акад. наук. 2006. т. 409. № 5. С. 1–5.

11. Будовских Е.А., Громов В.Е., Романов Д.А. Механизм формирования высокой адгезии электровзрывных покрытий с основой металла // Докл. Акад. наук. 2013. т.449. № 1. С.25-27.

ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА


ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ ДЛЯ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ АЭС

Паршаков С.И.1, Серебряков Ал.В.2, Серебряков Ан.В.3, Прилуков С.Б.3,


Мальцев В.В.3 , Циндраков А.С.3
1
Россия, Уральский федеральный университет, spi@eka-net.ru,
2 ООО «Новые технологии труб», ntt@pervouralsk.ru,
3 ОАО «Первоуральский новотрубный завод», Andrey.Serebryakov@chelpipe.ru
Аннотация

Осуществлен анализ значений предела текучести при 350°С металла труб, предъявленных для контроля за двухлетний период. Проанализированы статистические связи результатов контроля предела текучести с датой изготовления, плавкой и ее химическим составом. Показано, что замена сплошной выборки на случайную 10%-ную не выводит риск потребителя за пределы, установленные техническими условиями. Подтверждена надежность полученных результатов.



Ключевые слова: трубы для парогенераторов, предел текучести, стабильность, дисперсионный и регрессионный анализ, выборочные методы контроля.
Введение

Бесшовные холоднодеформированные трубы из стали марки 08Х18Н10Т размерами 16х1,5 мм, поставляемые по ТУ14-3Р-197-2001, Протокол ПР812-2008, используются как теплообменные трубы в парогенераторах АЭС. Потребность в трубах при строительстве только одного блока АЭС с ВВЭР, включающего четыре парогенератора, например, ПГВ-1500, составляет 756 тыс. метров [1]. В ближайшие годы планируется строительство 11 новых энергоблоков АЭС в РФ. За рубежом по российскому проекту планируется построить 21 энергоблок в 9 странах [2].

Проблема в том, что в себестоимости производства теплообменных труб велика доля затрат, связанных со сдаточным контролем продукции. По ТУ14-3Р-197-2001, Протокол ПР812-2008 контролю, в том числе испытаниям на растяжение при 350оС подвергается 100 % труб партии.

Целью данной работы являлось показать, что если имеет место стабильность технологического процесса, то при переходе от сплошного к выборочному контролю риски потребителя (вероятность получить продукцию несоответствующего качества) и изготовителя (вероятность забраковать качественную продукцию) изменятся не существенно.



Материал и методы анализа

Анализу подвергнуты результаты определения значений предела текучести при 350оС металла труб в состоянии поставки, которые зафиксированы в протоколах испытаний труб, предъявленных для контроля за двухлетний период. Исходные данные составили 1099 протоколов, содержащих результаты испытаний 49151 штуки труб по 107 производственным заказам из 51-ой плавки за период с 01.07.2009 г. по 30.06.2011 г.

Протоколы испытаний преобразованы в формат электронных документов, удовлетворяющих стандарту РФ ГОСТ Р ИСО/МЭК 26300-2010 [3] и аналогичному международному стандарту ISO/IEC 26300:2006. Дополнительно исходные данные структурированы, сгруппированы по датам и сохранены в текстовом формате. Кроме того, для каждой партии найдены минимальное, максимальное и подсчитано среднее значение в партии. В результате сформирована обобщенная таблица, содержащая информацию о каждой партии, в частности, о количестве труб в партии, минимальном, максимальном и среднем значении пределов текучести при температуре 350оС, дате и плавке. Тем самым, материалы испытаний приведены к форме, пригодной для автоматизированного анализа в открытом пакете статистического программирования R [4].

Для анализа больших массив данных сконструировано несколько программ-скриптов в пакете программирования R, обеспечивающих группировку данных, проверку статистических гипотез о законах распределения, проверку однородности дисперсий, сравнение средних [5-13].



Результаты и обсуждение

Оценка стабильности значений предела текучести за двухлетний период. В соответствии с требованиями ТУ14-3Р-197-2001 предел текучести при 350оС металла труб в состоянии поставки должен находиться в интервале значений 20 … 35 кгс/мм2. Для проверки результатов испытаний труб на соответствие указанному интервалу проанализировано распределение минимального и максимального значений предела текучести в партиях, сгруппированных по датам.

На рисунке 1 показаны минимальные и максимальные значения предела текучести в партиях за двухлетний период. Как видно, в партиях содержался только один результат, выходящий из диапазона допустимых значений. При проверке по критерию Груббса этот результат исключен из дальнейшего анализа как ошибка регистрации. Остальные значения не выходят за пределы поля допуска с учетом погрешности определения предела текучести 0,5 кгс/мм2 по ГОСТ1497, что свидетельствует об отсутствии несоответствия по этому показателю.

Для оценки стабильности значений предела текучести в течение двухлетнего периода выбраны три квартала, по одному из 2009, 2010 и 2011 годов, характеризующиеся наибольшей сдачей труб.

Анализ стабильности значений предела текучести за двухлетний период осуществляли по выборкам минимального, максимального и среднего значений предела текучести в партиях, изготовленных в указанные периоды. Для всех трех случаев наблюдалось наличие тренда [13] в направлении уменьшения значения к концу периода.

На рисунке 2,а приведено изменение минимального значения предела текучести в партиях труб, изготовленных в течение двухлетнего периода времени. Красная линия – линия тренда, синие линии – границы поля допуска. Обнаруженный тренд оказался статистически значимым с доверительной вероятностью более 99%. Аналогичные результаты получены для максимального (рисунок 2,б) и среднего значений предела текучести в партии. Такие выводы сделаны по 658 партиям труб, изготовленным в течение двухлетнего периода.

В таблице 1 приведены статистики изменения предела текучести во времени в виде линейной регрессии, построенной для данных приведенных в безразмерной форме. Из таблицы 1 видно, наклон линии регрессии, определяемый коэффициентом b, для минимального, максимального и среднего значений практически одинаков и свидетельствует о снижении предела текучести за двухлетний период. Данный тренд отражает результат последовательно реализованных в этот период мероприятий, направленных на снижение наклепа металла в процессах правки и шлифования труб.

При этом размах значений предела текучести, определяемой разностью максимального и минимального значений в партии (рисунок 2,в) фактически не изменился. В безразмерной форме ему соответствует статистически незначимый коэффициент, равный -0,004059.

Итак, представленная статистика свидетельствует о наличии объяснимого тренда значений предела текучести за двухлетний период, однако, этот тренд не выводит значения за пределы допуска. Важно также отметить, что размах значений предела текучести стабильно сохранялся в течение всего периода, что положительно характеризует стабильность технологии.



Связь предела текучести с химическим составом металла. Химический состав металла труб изменяется от плавки к плавке в пределах отклонений, допускаемых ТУ14-3Р-197-2001.

Для проверки влияния колебаний химического состава металла на стабильность результатов измерения предела текучести проанализированы связи значений предела текучести с фактором номера плавки. С этой целью все результаты сгруппированы по номерам плавок. Всего за два года использовано свыше пятидесяти различных плавок. Для анализа взяты данные по плавкам, сдача по которым превышала 1000 штук труб. Такие плавки составляют около 85% труб, предъявленных для контроля, за двухлетний период.

Для каждой плавки определены стандартное отклонение, минимальное, максимальное и среднее значение предела текучести. Однородность дисперсий проверяли по F-критерию. По t-критерию Стьюдента проверяли различие средних. Для большинства пар плавок различие средних оказалось статистически значимым, что свидетельствует о влиянии колебаний химического состава металла в пределах допускаемых отклонений на значение предела текучести при 350 ˚С.

Для оценки влияния колебаний химического состава металла построена матрица коэффициентов парной корреляции. В таблице 2 приведены коэффициенты корреляции статистических параметров результатов испытаний и элементов химического состава стали. Фоном выделены статистически значимые коэффициенты по абсолютной величине превышающие критическое значение, которое для 95% доверительной вероятности и числа степеней свободы 17 составляет 0,45. Нужно отметить, что коэффициенты корреляции и критическое значение получены в первом приближении грубой оценкой без учета веса плавок – количества испытаний для плавки. Учет весов плавок может выявить менее заметные влияния других химических элементов и расширить возможности более тонкого управления разбросом и значениями предела текучести. Однако, в данной работе такая цель не ставилась.

Анализ коэффициентов корреляции свидетельствует о влиянии колебаний химического состава металла в пределах допускаемых отклонений на значение предела текучести при 350 ˚С, но эти колебания не выводят предел текучести из поля допуска.

Возможность выхода за нижнюю границу допуска определяется колебаниями количества Si в металле плавки (коэффициент корреляции min~Si больше критического). Возможность выхода за верхнюю границу допуска определяется колебаниями количества P в металле плавки (коэффициент корреляции max~P больше критического).

При этом снижение разброса значений предела текучести между разными плавками может быть достигнуто за счет уменьшения содержания фосфора (уменьшается максимум) и (или) увеличения содержания кремния (возрастает минимальное значение).

Сравнение сплошного и выборочного контроля труб. Зарегистрированные в течение двухлетнего периода результаты испытаний на растяжение при 350оС дают возможность сравнить сплошной и выборочный контроль труб.

Для моделирования выборочного 10% контроля взяты сгруппированные по плавкам результаты испытаний с количеством труб в плавке не менее 1000 штук, что составило в сумме 40913 тысяч испытаний или почти 85% зарегистрированных данных.

Из результатов испытаний осуществлены случайные выборки в количестве 10% от общего числа труб в плавке. В качестве генеральной совокупности рассматривалось общее число труб в плавке. Для каждой плавки определены статистические характеристики сплошной и 10%-ной выборки (таблица 3).

Для сравнения законов распределения генеральной совокупности и 10%-ной выборки построены гистограммы и кривые плотности распределения сплошной и 10%-ной выборки. На рисунке 3 показана типовая пара, иллюстрирующая сходство законов распределения. Стандартное отклонение и предел текучести приведены в размерности из протокола испытаний – кгс/мм2.

В таблице 3 для 100%-ой и 10%-ой выборок приведены средние значения, доверительные интервалы для среднего и стандартное отклонение, характеризующее разброс выборки, и разность средних выборочных.

По характеристикам генеральной совокупности рассчитаны теоретические оценки средней и предельной ошибок 10%-ной выборки[13].

Для наихудшего случая теоретическая средняя ошибка, характеризующая разность между сплошной и 10%-ной выборками составила ±0,221 кгс/мм2. Реальная разность средних (таблица 3) только в двух случаях оказалась больше теоретической средней ошибки.

Максимальное теоретическое значение предельной ошибки составило ±0,44 кгс/мм2.. Реальная разность средних только в одном случае вышла на уровень максимальной теоретической предельной ошибки (таблица 3). Причем эта разность не превышает погрешности определения предела текучести ±0,5 кгс/мм2, регламентируемой ГОСТ1497.

Итак, случайная выборка не существенно изменяет риски потребителя и изготовителя.

Чтобы определить насколько надежными являются результаты 10%-ой выборки проверяли статистические гипотезы об однородности дисперсий и равенстве средних между сплошной и 10%-ной выборками.

Установлено, что гипотеза «дисперсии сплошной и 10%-ной выборок однородны» не может быть отвергнута ни для одной плавки. Гипотеза «среднее генеральной совокупности и среднее 10%-ной выборки статистически одинаковы» может быть отвергнута при доверительной вероятности 95% лишь для одной плавки 95555.

Таким образом, показано, что при переходе от сплошного к выборочному контролю риски потребителя и изготовителя изменятся не существенно. Проверка статистических гипотез об однородности дисперсий и равенстве средних между сплошной и 10%-ной выборками подтвердила надежность полученных результатов.



Заключение

Осуществлен анализ значений предела текучести при 350оС металла труб, предъявленных для контроля за двухлетний период. Проанализированы статистические связи результатов контроля предела текучести с датой изготовления, плавкой и ее химическим составом.

Минимальные и максимальные значения предела текучести в партиях труб за двухлетний период не выходят за пределы поля допуска с учетом погрешности его определения, что свидетельствует об отсутствии несоответствия по этому показателю.

Представленная статистика свидетельствует о наличии объяснимого тренда значений предела текучести за двухлетний период, однако, этот тренд не выводит значения за пределы допуска.

Размах значений предела текучести в течение двухлетнего периода остается неизменным, что свидетельствует о стабильности технологического процесса.

Обнаружена существенная связь между номером плавки и характеристиками распределения предела текучести внутри плавки, что косвенно свидетельствует о влиянии различий химического состава между плавками.

Колебания химического состава металла в пределах допускаемых отклонений по ТУ14-3Р-197-2001 не выводят значения предела текучести из поля допуска.

Уменьшение разброса между разными плавками может быть достигнуто за счет уменьшения содержания фосфора (уменьшается максимум) и(или) увеличения содержания кремния (возрастает минимальное значение) в пределах допускаемых отклонений.

Показано, что при переходе от сплошного к выборочному контролю риски потребителя и изготовителя изменятся не существенно. Подтверждена надежность полученных результатов.

Библиографический список


  1. Н.Б.Трунов, Б.И.Луксевич, В.В.Сотсков, С.А.Харченко. Прошлое и будущее горизонтальных парогенераторов [Электронный ресурс]. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/seminar7/documents/f55.pdf ( дата обращения 09.04.2013)

  2. Россия в БРИКС [Электронный ресурс]. URL:http://www.mid.ru/brics.nsf/WEBNovBric/
    C325786100462DFE432579DB006AA18A (дата обращения 09.04.2013).

  3. ГОСТ Р ИСО/МЭК 26300-2010 Информационная технология. Формат Open Document для офисных приложений (OpenDocument) v1.0

  4. R Development Core Team (2011). R: A language and environment for statistical computing [Элек­тронный ресурс]. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0. URL: http://www.R-project.org/ (дата обращения 20.06.2012).

  5. ГОСТ Р 50779.30-95 Статистические методы. Приемочный контроль качества. Общие требования

  6. ГОСТ Р 50779.42-99 (ИСО 8258-91) Статистические методы. Контрольные карты Шухарта

  7. ГОСТ Р 50779.52-95 Статистические методы. Приемочный контроль качества по альтернативному признаку

  8. ГОСТ Р 50779.71-99 (ИСО 2859.1-89) Процедуры выборочного контроля по альтернативному признаку. Часть 1. Планы выборочного контроля последовательных партий на основе приемлемого уровня качества AQL

  9. ГОСТ Р 50779.72-99 (ИСО 2859.2-85) Процедуры выборочного контроля по альтернативному признаку. Часть 2. Планы выборочного контроля отдельных партий на основе предельного качества LQ

  10. ГОСТ Р 50779.73-99 (ИСО 2859.3-91) Процедуры выборочного контроля по альтернативному признаку. Часть 3. Процедуры выборочного контроля с пропуском партий

  11. ГОСТ Р 50779.75-99 (ИСО 8422-91) Планы последовательного выборочного контроля по альтернативному признаку

  12. ИСО/ТО 8550-94 Руководство по выбору системы, схемы и плана выборочного приемочного контроля штучных изделий в партиях продукции.

Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 816 с. ISBN 5-9221-0707-0.

ПРОБЛЕМА КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ

АЛ.В.СЕРЕБРЯКОВ1, А.И.СЛЕСАРЕВ2, АН.В.СЕРЕБРЯКОВ3, С.Б.ПРИЛУКОВ3
1 ООО «Новые технологии труб», , ntt@pervouralsk.ru
2Уральский федеральный университет, fmpk@dpt.ustu.ru
3 ОАО«Первоуральский новотрубный завод», Andrey.Serebryakov@chelpipe.ru
Аннотация

Для процессов обработки металлов давлением характерно адгезионное взаимодействие металла с инструментом. Последствиями являются брак изделия и необходимость смены инструмента. Рассмотрена проблема, как осуществить выбор материала инструмента. Описан механизм развития трещин адгезионного разрушения поверхностного слоя металла на примере волочения труб на оправке. На основе анализа работ по адгезии твердых тел высказана гипотеза, что адгезионная активность материала инструмента связана с его работой выхода электронов. Методом фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии определена работа выхода электронов ряда керамических материалов. Установлена зависимость между работой выхода электронов материала инструмента и шероховатостью поверхности металла. Предложен критерий выбора материала инструмента и разработан способ волочения труб принципиального нового качества.



Введение

Для процессов обработки металлов давлением характерно адгезионное взаимодействие металла с инструментом. Это взаимодействие приводит к переносу (налипанию) деформируемого металла с изделия на инструмент, последствиями которого являются брак изделия и необходимость смены инструмента.

Проблема налипания недостаточно изучена. В частности, в литературе отсутствуют сведения, какие именно свойства материала инструмента предопределяют налипание металла, отсутствуют также критерии выбора материала инструмента.

Практическое решение проблемы налипания методами механики обработки металлов давлением не представляется возможным. Решение этой проблемы возможно путем установления связи между процессом налипания металла с известными физическими процессами и свойствами материала инструмента.

В работе представлены результаты исследования, которые позволили выявить свойства материала инструмента, предопределяющие адгезионное разрушение металла в контакте трения инструмент – металл, и предложить критерий выбора материала инструмента.

Проблема выбора материала инструмента

На практике для снижения налипания в качестве материала инструмента применяют керамические материалы [1]. Керамический материал (керамика) — это материал на основе тугоплавких соединений, т.е. соединений неметаллов III-VI групп периодической системы элементов друг с другом и(или) с любыми металлами. Такими соединениями являются бориды, карбиды, нитриды и оксиды металлов или сложные соединения на их основе. Термин керамика относится к объемным телам, пленкам, покрытиям. Частным случаем керамики являются композиционные материалы (керметы или твердые сплавы), состоящие из одной или нескольких керамических и металлических фаз. В качестве керамических фаз обычно используют бориды, карбиды, нитриды и оксиды металлов, а металлических — металлы, например Co, Ni, Mo и др. [2].

Что касается практического применения керамических материалов, то их использование в контакте трения инструмент – металл основывается лишь на субъективных и эмпирических критериях. Это относится, в частности, к твердости, которая на практике часто считается эквивалентной понятию "высокой прочности на износ и истирание".

Вместе с тем, как показывает практика, различные керамические материалы со сходными характеристиками твердости проявляют по отношению к одному и тому же металлу различную активность с точки зрения адгезионного взаимодействия. Критериев же, которые позволяли бы сделать выбор между различными материалами со сходными характеристиками свойств, в настоящее время нет.

Триботехнические исследования керамических материалов в основном сосредоточены на изучении их сравнительной изностойкости. На основе экспериментов обобщена связь между абразивной износостойкостью и физико-механическими свойствами материалов [3]. Подобные эмпирические соотношения приемлемы для однотипных материалов, полученных по единой технологии и тщательно аттестованных по химическому составу.

Итак, проблема состоит в том, как осуществить выбор между различными группами материалов или различными материалами внутри группы, который позволил бы исключить адгезионное разрушение поверхностного слоя металла в контакте трения инструмент – металл. Решение этой проблемы тем более важно, что сейчас на рынке появляется большое количество разных видов керамических материалов.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница