Коллектив российских ученых в сотрудничестве с производителем горно-обогатительной техники «Гормашэкспорт» разработал новые износостойкие покрытия зубьев оборудования для горнодобывающей промышленности. Исследования образцов проводились в том числе с использованием синхротронного излучения (СИ). Детали с новым покрытием уже установлены на промышленные шнекозубчатые дробилки (тяжелая техника для дробления руды, угля и кокса) и проходят эксплуатационные испытания на трех горно-обогатительных и металлургических комбинатах России.
Разработку технологии производства новых материалов для покрытий ведут сотрудники Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН), Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») и ООО «Гормашэксперт» в рамках гранта Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на период до 2030 года и дальнейшую перспективу.
Во время эксплуатации горнодобывающая техника испытывает интенсивные нагрузки – сжатие, удары, трение, воздействие агрессивных химических сред, высокие и низкие температуры. Предприятия отрасли заинтересованы в увеличении межремонтного периода и общего срока службы оборудования, этого возможно достичь путем повышения износостойкости самых нагруженных деталей.
«Была разработана технология получения материалов с увеличенным на 25–30 % пределом прочности на сжатие по сравнению с лучшими марками высокопрочных сплавов, используемых в промышленности. Использование новых технологий позволило снизить скорость износа дробящих зубьев в 4 раза по сравнению с серийно выпускаемыми деталями», – рассказывает директор ООО «Гормашэкспорт» Андрей Степаненко.
Ученые создали градиентное покрытие на основе металлической матрицы из железа, вольфрама и молибдена с использованием керамик различного типа и показали, что оно обладает не только высокой твердостью, но и износостойкостью при сохранении пластичности материала.
«При дроблении породы большая часть механической энергии, затрачиваемой на разрушение, превращается в тепло и нагревает материал покрытия. В горной промышленности температура на поверхности зубьев может достигать 400-500 градусов Цельсия. С помощью синхротронного излучения на источниках ВЭПП-3 и ВЭПП-4 в Институте ядерной физики СО РАН мы провели уникальные эксперименты in situ и показали, что прочностные характеристики разработанного материала начинают снижаться только после 1300 градусов Цельсия», - рассказывает заведующей лабораторией «Лазерные технологии», ведущий научный сотрудник ИТПМ СО РАН, доктор технических наук Александр Маликов.
Шнекозубчатые дробилки используются в производстве руд, флюсового известняка, угля, нефтяного кокса и так далее. Например, дробилка известняка на одном из горно-обогатительных комбинатов перерабатывает порядка 700 тонн руды в час. Во время своей работы зубья испытывают около 35 млн циклов нагрузок. Ресурс серийно выпускаемых зубьев на данной руде составляет 8 тыс. часов. Исследования говорят о снижении скорости износа зубьев с новым покрытием в 4 раза.
Кроме снижения скорости износа, получена конфигурация зуба с эффектом самозатачивания, что приводит к повышению эффективности процесса дробления.
Сейчас промышленные испытания проводятся на горно-обогатительных комбинатах, входящих в структуру «НЛМК», «Евразруда» и «РУСАЛ».
«До настоящего момента мы вели работы, исходя из нашего теоретического понимания материаловедения, металлургии, лазерных технологий. Изучение свойств материалов было ограничено классическими методиками материаловедения, исследованиями с определением разрушающих нагрузок на образцы, фиксацией факта разрушения. Применение источников синхротронного излучения при создании новых материалов значительно расширяет наши возможности. Эксперименты как под статической, так и динамической нагрузкой с использованием СИ позволяют выяснить, откуда начинают идти разрушения, вычислить очаги разрушения и в дальнейшем предотвратить их появление.
Запуск СКИФа позволит проводить эти эксперименты на принципиально другом уровне, мы сможем исследовать уже крупноразмерные натурные образцы, подвергая их реальным нагрузкам, которые они испытывают в ходе промышленной эксплуатации», – резюмировал Андрей Степаненко.
Пресс-служба ЦКП "СКИФ"
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии