15_Pashechko.doc Подрібнення автомобільних шин з використанням ножів зміцнених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 89 Пашечко М.І.,* Домбскі Я.** *Люблінський політехнічний інститут, м. Люблін, Польща, **Фірма Д.К. Новорециклінг, м. Пухачув, Польща ПОДРІБНЕННЯ АВТОМОБІЛЬНИХ ШИН З ВИКОРИСТАННЯМ НОЖІВ ЗМІЦНЕНИХ ЕВТЕКТИЧНИМИ ПОРОШКОВИМИ ЕЛЕКТРОДАМИ СИСТЕМИ Fe-Mn-C-B Проблема Проблема утилізації зношених автомобільних шин [1] вимагає розробки технології їх подрібнен- ня. Для наплавлення ножів до подрібнення автомобільних шин (зміцнення та відновлення) використо- вуються різні за хімічним складом електроди, зокрема такі що містять карбіди вольфраму, хрому, ніобію. Для одержання евтектичних покриттів використовували евтектичні порошкові електроди системи Fe-Mn- C-B леговані Sі, Ni і Cr [2,3]. Покриття наносили методом електродугового наплавлення. В якості мате- ріалу для виготовлення ножів використовували сталь Brinar (табл. 1). Таблиця 1 Хімічний склад (мас. %) сталі Brinar Склад елементів, % C Si Mn P S N Al Cu Cr Ni 0,28 0,73 1,03 0,011 0,002 0,006 0,060 0,02 0,91 0,04 Найвищу зносостійкість ножів одержано при використанні ванадій і хромовмісних електродів фірми Lastec (табл. 2). Таблиця 2 Хімічний склад електродів Елемент C Cr V Mn Ni Min. 4,0 20,0 10,0 0.5 3 Max. 4,5 24,0 12,0 1,0 5 Слід відмітити, що наплавлені вказаними електородами ножі працюють 3 - 4 дні. Довговічність ножів, наплавлених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B-Si-Ni-Cr становить 18 днів і більше. Дослідження зносостійкості наплавлених ножів (рис. 1) проведені у виробничих умовах фірми Д.К. Новорециклінг, Люблінське воєводство (Польща). Рис. 1 – Ніж до подрібнення автомобільних шин після експлуатації протягом 12 днів Одержані результати і дискусія Фірма Д.K. Новорециклінг на сьогоднішній день переробляє протягом року 10 тисяч тон зношених шин. Планується в перспективі переробляти коло 20 тисяч тон. При подрібненні шин використовується трьохкрокова система подрібнення. На першому кроці відбувається первинне подрібнення шин до розмірів ~ 350 мм (рис. 2). Потужність двигуна, який приво- дить в рух механізм подрібнення становить 90 кВт, передача черв’ячна. Швидкість обертання ножів до подрібнення становить 9 обертів на хвилину (рис. 2, б). Продуктивність лінії: шини із особових автомо- білів до 12 т/год., шини із важкопідйомних автомобілів до 8 т/год. Система подачі (рис. 2, а) направляє матеріал до наступного подрібнення. Наступний крок подрібнення дає можливість роздрібнити попередньо подрібнені шини до роз- мірів ~ 100x100 мм. Потужність двигунів, які приводить в рух механізм подрібнення становить 2 × 75 кВт, передача черв’ячна. Швидкість обертання ножів до подрібнення становить 23 оберти на хви- лину (рис. 3, б). Продуктивність лінії: шини із особових автомобілів до 12 т/год., шини із важкопідйом- них автомобілів до 8 т/год. Продукт який виходить із гранулятора складається із суміші чіпсів і дроту. Система подачі (рис. 3, а) направляє матеріал до третього кроку подрібнення. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Подрібнення автомобільних шин з використанням ножів зміцнених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 90 а б Рис. 2 – Перший крок подрібнення автомобільних шин а б Рис. 3 – Другий крок подрібнення автомобільних шин На третьому кроці відбувається поздрібнення чіпсів до розмірів ~ 35 мм і менше (рис. 4). Швид- кість обертання валу, двох замахових колес вагою 3,5 тони і ножів до подрібнення (рис. 1) становить 220 обертів на хвилину. Продуктивність лінії становить близько 3,5 т/год при використанні сита Ø 35 мм. а б Рис. 4 – Третій крок подрібнення автомобільних шин Сталеві дроти, які містяться в шинах відділяються від чіпсів (рис. 5). Завдяки розробленій мето- диці механічного подрібнення шин вдається видалити близько 95 % сталевих дротів із шин при викорис- танні сита діаметром більшим ніж 25 мм. Західні виробники машин вважають за неможливе відділення дроту при використанні сит такого великого діаметра. Система до сепарації дротів із шин розроблена на основі сталих магнітів в формі прямокутника із змінним магнітним полем. Магніти замонтовано під пря- мим кутом до стрічки транспортера чіпсів і сталевого дроту. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Подрібнення автомобільних шин з використанням ножів зміцнених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 91 Рис. 5 – Система до сепарації сталевих дротів від чіпсів Готовий продукт, який виходить із гранулятора після трьох кроків подрібнення і сепарації дроту складається із мішанини різних розмірів гуми (чіпсів) (рис. 6) і дроту (рис. 7). Рис. 6 – Подрібнена гума діаметром до 35 мм Рис. 7 – Сталевий дріт відділений із шин Мікроструктурними дослідженнями встановлено, що евтектичні покриття складаються із евтек- тики типу легований аустеніт (м’яка фаза) – марганцовистий карбід заліза Fe0,4Mn3,6C (зміцнююча фаза) і дисперсійних включень борида Fe2B i карбіда хрому Cr7C3 (дисперсійні фази) (рис. 8) [3]. Рис. 8 – Мікроструктура покриття (х 200) наплавленого шару одержаного методом електродугового наплавлення з використанням евтектичного порошкового електроду системи Fe-Mn-C-B легованого Si, Ni і Cr Проведено мікроструктурний аналіз поверхні тертя з метою виявлення розподілу елементів на поверхні тертя. Дослідження розподілу елементів на поверхні тертя та по глибині від поверхні тертя про- ведено із використанням SEM з приставкою EDS (Accelerating Voltage: 20.0 kV. Magnification: 200). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Подрібнення автомобільних шин з використанням ножів зміцнених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 92 Дослідження проведено на шліфах поверхні наплавлених шарів з використанням порошкового евтектичного електрода (a 1, б) і ванадій-хромового електрода (a 2) (рис. 9). а б Рис. 9 – Мікроструктура (SEM) поверхні наплавлених шарів з використанням порошкового евтектичного електрода (a 1, б) і ванадій-хромового електрода (a 2) Одержано нерівномірний розподіл атомів Fe, Si, Cr, Mn, Ni, V, C, Mo на поверхні тертя наплав- лених шарів. Виявлено підвищений вміст С, О, а також Si (рис. 10) на поверхні тертя в порівнянні з їх вмістом на вихідній поверхні перед тертям. Вміст кремнію збільшується з 2,74 - 3.30 до 17,71 - 43,42 на досліджуємих поверхнях тертя. Вказує це на те, що в процесі тертя відбувається сегрегація атомів C, В і Si на поверхню тертя внаслідок термодифузії і її активації фрикційним розігріванням поверхні тертя. В результаті трібосинтезу утворюються нестехіометричні за складом нано фази, чим і пояснюється висока зносостійкість евтектичних покриттів. Аналогійний механізм зношування розкрито в процесі тертя ев- тектичних сплавів системи Fe-Mn-C-B-Si-Ni-Cr, одержаних методом електродугового наплавлення з ви- користанням порошкових електродів [2]. Рис. 10 – Розподіл атомів Si на поверхні тертя Зносостійкість наплавлених евтектичним порошковим електродом ножів в чотири рази і більше вища в порівнянні із наплавкою ванадій і хромовмісним електродом фірми Lastec. Висновки Найвищу зносостійкість ножів одержано при використанні ванадій і хромовмісних електродів фірми Lastec. Наплавлені вказаними електородами ножі працюють 3-4 дні. Довговічність ножів, наплав- лених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B-Si-Ni-Cr становить 18 днів і більше. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Подрібнення автомобільних шин з використанням ножів зміцнених евтектичними порошковими електродами системи Fe-Mn-C-B Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 93 Одержаний в процесі подрібнення матеріал може бути запропонований на ринку для різного виду спалювання, наприклад як альтернативне паливо на цементних заводах, при спалюванні сміття ітп. На сьогоднішній день в фірмі D. K. Novo Recykling продовжуються дослідження над розробкою технології одержання дрібної фракції гуми. Дрібна фракція гуми буде використовуватися в багатьох галузях народного господарства, зокрема: покращення властивостей грунту, спорудження дитячих площадок, в якості підкладу для доріг, виготовлення поверхні спортивних майданчиків, формування гумових виробів – колеса, коврики, мати для погашення вібрації на мостах, щітки до автомобілів ітп. З використанням сканінгового електронного мікроскопу SEM виявлено підвищення вмісту C, O і Si на поверхні тертя евтектичного покриття в порівнянні із вихідним матеріалом. Висока зносостійкість наплавлених евтектичними сплавами ножів обумовлена тим, що в процесі тертя відбувається сегрегація атомів C, В і Si на поверхню тертя. В результаті трібосинтезу формуються нестехіометричні фази (нанофази) на основі B2O3, SiO2 i C. Це призводить до зменшення коефіцієнта тертя, а відповідно до підвищення зносостійкості етектичних покриттів. Утворення оксидів на поверхні тертя вказує на окиснювальний механізм зношування евтектич- них наплавлених шарів. Література 1. W. Рarasiewicz, L. Pyskło, J. Magryta. Recykling zużytych opon samochodowych.– Piastów: Poradnik. Instytut Przemysłu Gumowego, 2005.–S. 93. 2. M. Pashechko, K. Lenik. Segregation of atoms of the eutectic alloy Fe-Mn-C-B-Si-Ni-Cr at friction wear.– Wear.– Volume 267.–2009.–S. 1301-1304. 3. M. И. Пашечко, В. M. Голубец, M. В. Чернец. Формирование и фрикционная стойкость евтек- тических покрытий.–K.:– Наукова Думка.–1993.– 344 с. Надійшла 10.05.2011 Ч И Т А Й Т Е журнал “P r o b l e m s o f T r i b o l o g y” во всемирной сети I N T E R N E T ! http://www.tup.km.ua/science/journals/tribology/ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.tup.km.ua/science/journals/tribology/ http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com