И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора

 

●

 Технические науки 

 

94                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

ным фактором, определяющим упрочнение, является выбранный материал покрытия, отличающийся от основ-

ного материала детали и обеспечивающий требуемые свойства поверхности. 

Ключевые слова: наплавка, коленчатый вал, порошок, микроструктура, микротвердость, мартенсит. 

 

Для исследования физико-механических свойств наплавленных шеек чугунных коленчатых ва-

лов нами изготовлены шесть образцов изделий с наплавленными шейками и проведена их комплекс-

ная проверка микроструктуры наплавленного металла и его прочностные характеристики. 

Ниже  приводятся  результаты  металлографических  исследований  структуры  наплавленного 

слоя и переходной зоны к основному металлу шеек восстановленных валов. 

Образец  «1».  В  результате  визуального  осмотра  пор,  трещин  и  других  дефектов  в  наплавлен-

ном металле не  обнаружено. Толщина наплавленного слоя 4,4 - 4,5 мм. Микроструктура наплавлен-

ного  металла  представляет  из  себя  среднеигольчатый  мартенсит  и  легированный  феррит,  выделив-

шийся по границам первичных аустенитных зерен в период кристаллизации «ванны» наплавленного 

металла.  Микроструктура  наплавленного  металла  образца  «1»  показана  на  рисунке  1,  (увеличение 

х300). Величина действительного зерна микроструктуры наплавленного металла соответствует баллу 

6 ГОСТ 5639-82. 

Ближе к границе сплавления величина действительного зерна в наплавленном металле возрас-

тает  до  5-го  и  даже  4-го  балла  по  ГОСТ  5639-82,  что  свидетельствует  о  том,  что  металл  на  этом 

участке  длительное  время  сохранял  температуру,  превышающую  температуру  интенсивного  роста 

зерна аустенита. На рисунке 1  приведена микрофотография зоны сплавления: слева – микрострукту-

ра  наплавленного  металла  (мелкоигольчатый  мартенсит  +  легированный  феррит),  справа  –  около-

шовная зона или зона сплавления основного металла, представляющая собой доэвтектический леде-

бурит (иглы цементита и небольшие участки мелкодисперсного перлита). Отбел чугуна (или образо-

вание  структуры  ледебурит)  произошел  на  глубину  0,2  -  0,25  мм.  По  мере  удаления  от  границы 

сплавления, количество цементита в структуре основного металла постепенно уменьшается. На фоне 

мелкодисперсного закаленного перлита расположены небольшие  участки цементита (светлые  участ-

ки на сером фоне) [1,2,3,4]. 

 

 

                                          а                                               б                                                    в 

                                       х  300                                         х 300                                             х 300 

                           наплавленный слой                      переходная зона                зона основного металла 

 

Рис. 1. Микроструктура наплавленного металла  

(образец «1», коренная шейка, 15 ГЮСТЦА +порошок) 

 

Результаты  измерения  микротвердости  наплавленного  металла  и  основного  металла  в  около-

шовной  зоне  и  зоне  термического  влияния  образца  «1»  даны  в  последующих  таблицах. Микротвер-

дость  отдельных  структурных  составляющих  слоя  находится  в  пределах  5200  -  6150  МПа  (55  -  57 

HRC).  Микротвердость  основного  металла  уменьшается  от  границы  сплавления  вглубь  образца  от 

5740 МПа (структура ледебурита) до 2380 МПа (металлическая основа зернистый перлит +феррит). 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

95 

 

Вывод: Качество металла образца «1» удовлетворительное. Основные параметры наплавки (си-

ла тока, напряжение и т.д.) имеют оптимальные значения. 

Образец «4». В результате визуального осмотра обнаружены трещины в наплавленном металле. 

Толщина наплавленного слоя 5,3 - 5,4 мм. 

Микроструктура наплавленного металла состоит из мелкозернистого в основном перлита и не-

большого  количества  феррита  (около  3%  от  обозреваемого  поля  шлифа)  (рис.  2).  Очень  слабо  про-

слеживаются границы первичных аустенитных зерен (в виде нитевидных темных оторочек). Ближе к 

границе сплавления, структура приобретает  игольчатый характер (бейнит).  

 

 

 

                                  а    х  300                                     б   х  300                                       в     х 300 

                            аплавленный слой                 переходная зона                        зона основного металла 

 

Рис. 2.  Образец «4», шатунная шейка, 15 ГСТЮЦА винтовая наплавка 

 

Микротвердость  наплавленного  металла  составляет  2860  -  3530  МПа  (32  -  34  HRC),  ближе  к 

границе  сплавления  микротвердость  несколько  повышается  и  достигает  значений  3730  -  4170  МПа. 

Видимо,  только  в  слое  наплавленного  металла,  прилегающего  к  границе  сплавления,  произошла  

диффузия углерода из чугуна. В околошовной зоне  основного металла имеются лишь отдельные, не 

связанные между собой участки со структурой ледебурит. На рисунке 2 приведена фотография мик-

роструктуры  зоны  сплавления:  слева  –  микроструктура  наплавленного  металла  (бейнит),  справа  не-

большие участки доэвтектического ледебурита (иглы цементита + мелкодисперсный перлит). Микро-

структура основного металла: перлит +феррит + шаровидный графит. 

Отличительной особенностью наплавленного металла образца «4» является наличие, так назы-

ваемых непрореагировавших частиц, т.е. погонная энергия в процессе наплавки была недостаточной 

для их проплавления. 

Вывод: Отсутствие ферритных отторочек по границам первичных аустенитных зерен, наличие 

«непрореагировавшых»  частиц  в  наплавленном  металле,  минимальный  отбел  в  околошовной  зоне, 

недостаточная диффузия углерода из основного металла в наплавленный (о чем свидетельствуют ре-

зультаты  измерения  микротвердости  –  микротвердость  очень  низкая)  -  все  эти  факторы  свидетель-

ствуют о недостаточной величине погонной энергии при наплавке, и как следствие образование «хо-

лодных» трещин в наплавленном металле. 

Образец  «6».  В  результате  визуального  осмотра  установлено,  что  в  наплавленном  металле 

имеются единичные поры. Трещин и других дефектов наплавки не обнаружено. Толщина наплавлен-

ного металла 2,7 - 2,8мм.  

 

 

●

 Технические науки 

 

96                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

 

 

                   а х300                                            б х300                                                в х300  

         наплавленный слой                          переходная зона                          зона основного металла 

 

Рис. 3. Микроструктура наплавленного металла 

(образец «6», шатунная шейка, 15 ГСТЮЦА + СОРМАИТ) 

 

Микроструктура наплавленного металла образуется из среднеигольчатого мартенсита и цемен-

тита (рис. 5, а) (х300). Микротвердость наплавленного металла 5550 - 6360 МПа или 57-60 HRC (рис. 

4, кривая 6). На рисунке 5, б приведена фотография зоны сплавления: слева – наплавленный металл 

(крупноигольчатый мартенсит + цементит), справа –  основной металл (доэвтектический ледебурит). 

Отбел  основного  металла  произошел  на  глубину  около  0,8  мм  от  границы  сплавления.  Цементит 

находится на глубине до 2,5 мм. Микротвердость основного металла в околошовной зоне  составляет 

примерно 6000 МПа. 

Вывод:  Качество  наплавленного  металла  удовлетворительное,  однако,  высокая  температура 

плавления  сплава  типа  «Сормаит»  требует  для  обеспечения  необходимого  качества  наплавленного 

слоя,  применения  высоких  значений  погонной  энергии  наплавки.  При  этом  значительное  тепловое 

воздействие получает поверхность коленчатого вала, что приводит к образованию структуры ледебу-

рита на значительную глубину, в нашем случае на глубину до 3,0 мм. Наличие в структуре основного 

металла  такого  концентратора  напряжений  обычно  значительно  снижает  послеремонтный  ресурс 

восстановленного коленчатого вала. 

 

Заключение 

Проведенный  нами  анализ  современных  наплавочных  материалов,  а  также  способов  воздей-

ствия  на  процессы  формирования  и  кристаллизации,  структуру  и  физико-механические  характери-

стики покрытий из металлов и сплавов, позволил оценить возможности применения новых порошко-

вых материалов. В результате этого расплавленный металл более активно вытесняется из под дуги в 

хвостовую часть сварочной ванны. Это способствует активному периодическому движению металла 

в ванне, выравниванию ее теплосодержания и более равномерному распределению легирующих эле-

ментов по всему объему наплавляемого металла. Для достижения указанной выше цели перспективно 

применение следующих материалов - 15 ГЮСТЦА + порошок и 15 ГСТЮЦА + СОРМАИТ. 

 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

97 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА 

[1] МендебаевТ.М., КаржаубаевА.С.  Особенности процесса восстановления чугунных коленчатых валов 

и используемые присадочные материалы // Труды:   Международной научно-практической конференции, «Ар-

хитектура и строительство в новом тысячелетии», КазНТУ, Алматы  2009,   -С.271-274. 

[2] Каржаубаев А.С. Восстановления  чугунных коленчатых валов  автомобильных двигателей: -  Моно-

графия. Алматы  2010,    -148с          

[3] Бисекен А.Б., Каржаубаев А.С. Технология восстановления чугунных коленчатых валов на примере 

коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53 // Сборник статей научной конференции профессорско-преподавательского 

состава  и  аспирантов,  «Механизация  и  электрификация  сельскохозяйственного  производства»,  Алматы.:  Каз-

СХИ, 1993. Часть-2.   -С.36-39 

[4] Мендебаев Т.М., Каржаубаев А.С. Результаты исследования физико-механических свойств покрытия 

широкослойной  наплавкой  с  добавлением  ферромагнитной  шихты//  Х-международная  научная  конференция: 

«Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан – 2030» научный журнал, Караганда.: 2007. –С. 

67-69. 

[5] Луневский И.И., Ермоленко М.И. Сравнение способов восстановления  коленчатых валов// Автомо-

бильный транспорт, 1966, № 8, С.28-31. 

 

Қаржаубаев Ә.С. 

Шойын  иінді  білік  балқыланған  мойыншасының  физика  -  механикалық  қасиеттері,  құрамын 

зерттеу  және құрылымы. 

Түйіндеме.  Балқыланған  білік  мойыншасын  физика-механикалық  қасиеттерін  зерттеу  үшін  оның  алты 

үлгісі  дайындалған  және  балқылама  қабаттарына  ммкроструктуралық  тексеру,  беріктік  сипаттамалары  жүргі-

зілген.  

Қалпына  келтірілген  білік мойыншаларының  металлографиялық  зерттеулер  нәтижесінде  балқылама  қа-

баттарының негізгі металлға ауысу аймағы көрсетілген. 

Кілт сөздер: балқылау, иінді білік, темір ұнтағы, микроқұрылым, микроқаттылық, мартенсит. 

 

Karzhaubayev A.S. 

Investigation  of the composition, structure, physical and mechanical properties of the deposited layer of 

the necks of cast iron crankshafts 

Summary.  To study the physical and mechanical properties of the weld necks of cast iron crankshafts we made 

six samples of products with weld necks and carried out a comprehensive inspection of the microstructure of the weld 

metal and its strength characteristics. 

The results of metallographic studies of the structure of the deposited layer and the transition zone to the base 

metal necks recovered shafts. 

Key words:  Surfacing, crankshaft, powder,  residual strain, welding, deformation. 

 

4 

 

●

 Технические науки 

 

98                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

УДК 628.32 

 

Е. Магади, (Монголия) 

М. Жараспаев, Б. Бахмагамбетов, Г.Б. Бахмагамбетова,  

(Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева,  

Алматы, Республика Казахстан, e-mail.: bahtyar_1938@mail.ru) 

 

ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ОТХОДОВ ГОРНО-

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 

 

Аннотация. Сегодня в мире существуют разные методы и технологии переработки меди. Очевидно, что 

роль выщелачивания методом SX-EW  увеличивается с каждым годом. Это объясняется, прежде всего, истоще-

нием запасов меди, уменьшением содержания меди в руде, во-вторых, тем фактом, что технология выщелачи-

вания меди методом SX-EW является передовым ноу—хау в металлургии медного производства. Быстрый темп 

освоения данной технологии объясняется тем, что запасы меди в недрах не позволяют работать с традиционной 

технологией  из-за  ее  дороговизны.  Эффективность  работы  выщелачивания  методом  SX-EW  доказана  в  более 

суровых климатических условиях. 

Проведен сравнительный экономический анализ технологии выщелачивания с традиционной технологи-

ей. В статье рассмотрены особенности работы заводов, находящихся в более суровых климатических условиях, 

каждый по отдельности. 

Ключевые слова: кучное выщелачивание, медь, отвал, себестоимость, месторождение. 

 

С накоплением больших запасов забалансовых руд в отвалах и отходов фабрик в хвостохрани-

лищах  стало  развиваться  кучное  выщелачивание  полезных  ископаемых.  Кучное  выщелачивание 

представляет собой гидрометаллургический способ переработки. Различные аспекты  кучного выще-

лачивания рассматриваются в ряде работ [1, 2]. В них затрагиваются вопросы, начиная от строитель-

ства специальной площадки и заканчивая установлением технологического регламента выщелачива-

ния [3, 4]. 

Значительных  успехов  в  области  кучного  выщелачивания  добились  такие  страны  как  США, 

Австралия,  Канада,  Чили,  Зимбабве  и  др.  Во  всем  мире  насчитывается  более  50  предприятий  зани-

мающиеся методом кучного выщелачивания, из них только 19 находятся в США. Кучным выщелачи-

ванием во всем мире добывается более 800 тыс.т/год меди, что составляет 16 % от общего числа про-

изводства меди. Производство меди в США составляет 1,5 млн.т/год, при этом 300 тыс.т/год или око-

ло 20 % производится кучным выщелачиванием. Геотехнологическим методом в США ежегодно до-

бывается 4 тыс.т урана, а также проводятся исследования по выщелачиванию никеля, марганца, мо-

либдена и других металлов [5]. 

Сегодня  в  мире  существуют  разные  методы  и  технологии  переработки  меди.  Начиная  с  1980 

года, резко улучшается и совершенствуется технология получения меди  методом выщелачивания. К 

концу  2005  года  получение  меди  методом  выщелачивания  с  применением  технологии  SX-EW  при-

близилось к 40% от общего производства меди в мире. Очевидно, что роль выщелачивания методом 

SX-EW    увеличивается  с  каждым  годом.  Это  объясняется,  прежде  всего,  истощением  запасов  меди, 

уменьшением содержания меди в руде, во-вторых, тем фактом, что технология выщелачивания меди 

методом SX-EW является передовым ноу—хау в металлургии медного производства. Основные про-

изводители меди быстрыми темпами переходят к этой технологии. Казахстанские производители ме-

ди тоже начали внедрять метод выщелачивания на новых месторождениях и на существующих отва-

лах  рудников.  Начато  проектирование  новых  месторождений  Актогай,  Бощекуль,  Удокан  (Россия), 

отвалы  рудников  Коунрад,  Жезказган,  Саяк  и  другие.  Быстрый  темп  освоения  данной  технологии 

объясняется тем, что запасы меди в недрах не позволяют работать с традиционной технологией из-за 

ее  дороговизны.  Себестоимость  1  тонны  меди  получаемой  по  традиционной  технологии  составляет 

примерно 1400 долларов. В то время себестоимость 1 тонны меди, получаемой по технологии выще-

лачивания методом SX-EW, составляет около 500 долларов США. Сегодня спрос на медь не удовле-

творяется из-за нехватки сырья. Для обеспечения спроса меди на рынке разрабатываются ТЭО. Про-

ектом предусматриваются разработки на существующих отвалах рудников Коунрад, Саяк, Жезказган 

и на отвалах рудника Эрдэнэт (Монголия). Также разработан ТЭО на разработку новых месторожде-

нии Актогай, Аидарлы, Бощекуль (Казахстан), Удокан (Россия) и на других месторождениях. 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

99 

 

Для  удовлетворения  спроса  на  медь  привлекаются  к  обработке    новые  месторождения.  Также 

задействованы  существующие  отвалы  рудников  для  разработки  более  дешевым  технологическим 

способом. Такой технологией является выщелачивание медной руды. В 1980 году по данной техноло-

гии получено всего 2% меди, но в 2005 году этот показатель перевалил за 40% от общей добычи меди 

в мире. Картину развития выщелачивания методом SX-EW можно увидеть из отчетов разных горно-

рудных и металлургических институтов по обработке минерального сырья. В графике 2 и в приложе-

ниях №.2 четко видна тенденция развития и внедрения технологии выщелачивания методом SX-EW . 

Подготовлено более 50 проектов и начато строительство на существующих предприятиях и на отва-

лах рудников.   

На основании сравнительного экономического анализа технологии выщелачивания с традици-

онной технологией видно, что себестоимость 1 тонны получаемой катодной меди по технологии вы-

щелачивания методом SX-EW в 3 раза дешевле, чем по традиционной технологии. Более того, из-за 

уменьшения содержания меди в добываемой руде из недр, себестоимость полученной меди по тради-

ционной  технологии  увеличивается.  Поэтому  извлечение  меди  с  получением  медного  концентрата 

уменьшается, и соответственно качество меди ухудшается. 

Выщелачивание медной руды методом SX-EW разделяется на: 

 отвальное выщелачивание 

 кучное выщелачивание 

 выщелачивание отвальных хвостов обогатительной фабрики 

 выщелачивание медного концентрата 

 подземное выщелачивание медных месторождений 

 извлечение меди из подземных минерализованных вод медных рудников 

Вышеперечисленные методы выщелачивания меди успешно применяется за рубежом на новых 

проектируемых месторождениях, а также на существующих отвалах медных рудников. О чем свиде-

тельствует внедрение быстрыми темпами данной технологии в производство. Большинство разраба-

тываемых  медных  месторождений  находятся  на  южном  полушарии  или  ближе  к  экваториальной 

зоне, где более мягкие климатические условия. Поэтому применение технологии выщелачивания ме-

тодом  SX-EW  быстро  нашло  внедрение  в  производство  на  этих  рудниках.  Из-за  экономической  эф-

фективности отвальное выщелачивание также быстро нашло применение в производстве.  На рудни-

ках,  где  идет  добычная  работа  меди  окисленные  и  бедные    по  содержанию  руды  отправлялись  на 

специальные отвалы для кучного выщелачивания. 

 Начало внедрения технологии выщелачивания произошло на рудниках, которые располагались 

в  районах  теплого  климата,  что  привело  многих  к  такой  точке  зрения,  что  процесс  выщелачивания 

эффективен только в теплых климатических условиях. Однако медные рудники также могут успешно 

функционировать и в более суровых климатических условиях. На этих месторождениях тоже успеш-

но работают заводы, где применяется технология выщелачивания методом SX-EW.   Эффективность 

работы выщелачивания методом SX-EW доказана в более суровых климатических условиях. Можно 

приводить примеры работы заводов по  выпуску меди в суровых климатических условиях, таких как 

Эрдэнэт  (Монголия),  Гибралтар  (Британская  Колумбия),  Коунрад  (Казахстан).  Начаты  проектные 

работы  по  разработке  месторождений  меди  Актогай,  Бощекуль  (Казахстан) Удокан  (Россия)  и  заба-

лансовых  бедных  по  содержанию  меди  руд    в  ГОК  Эрдэнэт  (Монголия)  и  рудниках  России,  где  ис-

тощены  запасы  руды,  проектируется  переход  к  технологии  выщелачивания  на  существующих  отва-

лах. Ниже рассмотрены особенности работы этих заводов, находящихся в более суровых климатиче-

ских условиях по отдельности. 

Предприятие «Эрдмин» (Месторождение Эрдэнэт Монголия) 

Предприятие  «Эрдмин»  находится  в  городе  Эрдэнэт  (Монголия)  работает  на  окисленных  и 

смешанных рудах  месторождения Эрдэнэтиин овоо. Главными рудообразующими породами являют-

ся гранодиориты и гранодиорит порфиры. На месторождении встречаются зоны интенсивного текто-

нического  нарушения  и  пересечений  группы  даек  андезитового,  сиенитового  состава.  В  этих  зонах 

месторождение  окислялись  интенсивнее.  Главные  рудообразующие  минералы  халькозин,  ковеллин, 

халькопирит,  пирит,  молибденит,  окисленные  минералы  -  азурит,  малахит,  куприт  и  другие  формы 

окисленной минерализации. Годовая производительность  - 3000 тонны катодной меди. В настоящее 

время ведутся проектные работы по увеличению мощности, и строительство нового завода по выпус-

ку катодной меди с  производительностью  20 000 тонн в год. Сырьем этого завода будет забалансо-

жүктеу/скачать 51,43 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: