close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

...сцепления металлопокрытия с основной деталью

код для вставкиСкачать
● Х и мия -мет а ллург ия ғ ылымда ры
● ХИМИКО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ
НАУКИ
УДК 621. 791.92: 621. 824. 32
А.С. Каржаубаев
(Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева
Алматы, Республика Казахстан
[email protected])
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЯ С ОСНОВНОЙ
ДЕТАЛЬЮ ПРИ ШИРОКОСЛОЙНОЙ НАПЛАВКЕ
Аннотация. Технологический процесс восстановления коленчатых валов, работающих в условиях
повторно переменных динамических нагрузок и гидроабразивного износа, должен обеспечить сопротивление
усталостному разрушению и износостойкость на уровне новых деталей. В Каз НТУ на кафедре ПТМиГ
разработали технологию широкослойной наплавки. Шейку вала наплавляют колеблющимся электродом.
Колебание электрода – одно из перспективных условий кристаллизации расплавленного металла, улучшения
его качества и получения а также получения размерной наплавки за один проход. Возвратно-поступательное
перемещение дуги энергично перемешивает расплавленный металл, дегазирует его. Колебание электрода
оказывает влияние на геометрические параметры наплавленного слоя.
При широкослойной наплавке, как и при любом виде, прочность наплавочного соединения определяется
интенсивностью деформационных процессов. Вал при наплавке деформируется незначительно, поэтому
прочность сцепления покрытия с основой вала зависит, от деформации присадочной проволокой.
Ключевые слова: наплавка, коленчатый вал, порошок, оправка, проволока, деформация,
металлопокрытия, износостойкость, прочность.
Коленчатый вал тяжелонагруженная деталь, работающая в условиях циклических,
знакопеременных нагрузок. Условия работы детали предопределяют проведение тех или иных
исследований по выявлению значений основных параметров, определяющих ресурс изделия [1–3].
Коленчатые валы,
восстановленные наплавкой,
должны
обладать
достаточной
износостойкостью и усталостной прочностью. При выборе оптимальных режимов наплавки по
качеству нанесённого покрытия используют определяющие признаки – наличие или отсутствие
дефектов.
На получение качественного соединения при наплавке на неподгретые чугунные детали
оказывают значительное влияние технологические и металлургические факторы. К технологическим
относятся сила тока, напряжение дуги, скорость наплавки. К металлургическим – графитизация,
удаление углерода, карбидообразование. Качество наплавленных слоев на чугунные детали зависит,
главным образом, от технологии наплавки и сварочных материалов.
Физическая природа соединения металлопокрытия с основой была раскрыта Ю.В. Клименко и
Э.С. Каракозовым [4].
Известно, что скорость роста прочности сварного соединения при его формировании в
твердой фазе выражается известной зависимостью [4,5].
А 
d

,
dt
Lb
(1)
где  - относительная прочность сварного соединения, равная отношению прочности
соединения при конкретном режиме наплавке к максимально возможной прочности, равной
прочности основного металла вала на разрыв; А-площадь одного активного центра, зависящая от
энергии Q, выносимой дислокацией при образовании активного центра, и высоты потенциального
энергетического барьера U, при достижении которого в пределах отдельного активного центра
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2015
393
● Х и мик о-мета ллург и че ски е на ук и
образуются межатомные связи; t  - скорость деформации; L   0 ,5 - расстояние между
дислокациями;  - плотность дислокаций; b- модуль вектора Бюргерса.
Из работ [5,6],следует, что при широкослойной наплавке скорость и величина пластической
деформации присадочной проволоки определяют качество сцепления металлопокрытия с
основной.
Исследователей больше интересует не скорость роста прочности сварного соединения, а
зависимость прочности сцепления от деформации присадочной проволоки и поверхностных слоев
восстанавливаемого вала.
Уравнение (1) скорость роста прочности сварного соединения математически правильно не
интегрируется, т.к. неизвестны значения параметров А, L, b, входящих в это уравнение. При
исследованиях различных видов сварки давлением в большинстве случаев связи между
параметрами  и  ищут экспериментально [2].И в наших исследованиях связи вида   f ( )
для различных присадочных материалов определялись опытным путем. М.З. Навиковым и В.С.
Ибрагимовым была определена экспериментальным способом следующая зависимость между
прочностью сцепления  покрытия с основным металлом вала и относительной осевой
деформацией присадочной проволокой  у для случая наплавке валов из углеродистых сталей
углеродистыми присадочными проволоками:.
  3,28  у  0,549,
где  у 
L
B
 Lпр 
Lпр
(2)
- относительная осевая деформация проволоки;  

- безразмерная
 max
прочность сцепления покрытия с основной;  - прочность сцепления на исследуемом режиме;
 max - максимально возможная прочность, равная прочности на разрыв основного металла вала; LBдлина наплавленного валика; Lпр- длина затраченной проволоки.
На основе раскрытой связи (2) разработан простой, удобный, применимый непосредственно
на рабочем месте способ контроля качества наплавки [2].
Разборные образцы (рисунок 1) наплавлялись присадочными проволоками 15- ГСТЮЦА
диаметром 1,6 мм. В качестве основного металла детали применялись образцы из стали 45 и чугуна,
вырезанные из опорных шеек коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53. Стальные образцы
изготавливались диаметром 70мм из круглого проката. Приварка покрытия на образцы и их
механическая обработка производилась с использованием специально изготовленной оправки
(рисунок 1).
фиксатор
покрытие
образец
Ф50
Ф 16
оправка
60
12
60
Рис. 1. Оправка
394
№2 2015 Вестник КазНТУ
● Х и мия -мет а ллург ия ғ ылымда ры
Для реализации срезания покрытия боковые поверхности наплавленного слоя обтачивались
до ширины 4...5мм. Подготовленные таким образом образцы продавливались на прессе типа П-125
ГОСТ 8905-73 сквозь закаленное стальное кольца (рисунок – 2).
Методика определения прочности наплавочного соединения предусматривает следующую
последовательность действий:
1.По эталону вырезается кусок присадочной проволоки длинной 700 мм.
2.Вырезанной кусок проволоки наплавляется на исследуемом режиме на цилиндрический
образец или конкретную деталь.
Р
1
2
3
Рис. 2. Определение прочности сцепления при испытании покрытия на срез:
1 – образец; 2- покрытие; 3 – кольцо.
3.Определяется площадь наплавленного валика (по средней линии)
где
D1  D1|
LB  
n ,
(3)
2
D1 - диаметр вала до наплавки; D|| - диаметр вала после наплавки; n- ширина
наплавленного слоя.
4.Прочность сварного соединения подсчитывали по выражению:

F
F

,
A db
(4)
где F- сила сжатия,Н; А- площадь контакта наплавленного слоя и детали,м2; d,b соответственно диаметр образца и ширина покрытия,м.Значения d и b определялись при помощи
штанциркуля ШЦ-II с точностью 5·10-5 м.
В эксперимента параметры режимов наплавки, определяющих прочность сварного
соединения, изменяли случайным образом в следующих пределах: действующиее значение тока
наплавки варировали от 4 до 10 кА, длительность импульсов тока от 0,02 до 0,06 с, скорость
наплавки от 0,015 до 0,30 м/с.
Искомую связь между параметрами  и  у мы прогнозировали в виде зависимости:
 

 k   уm +С,
 max
(5)
где k и m – эмперические коэффициенты; С- постоянная интегрирования, показывающая, что
образование химических связей
соединяемых поверхностей
начинается
с минимальной
деформации присадочной проволоки.
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2015
395
● Х и мик о-мета ллург и че ски е на ук и
Полученные экспериментальные данные показаны кривыми 1 и 2 на рисунке 3. После
статической обработки результатов экспериментов методом наименьших квадратов отклонений
[2] получено следующее уравнение:
  3,04 у0, 70  0,922 ,
( 6)
Среднеквадратическое значение расхождений результатов, полученных экспериментально и
вычисленных по зависимости (6), составляет 0,068. Коэффициент парной корреляции параметров
 и  равен 0,95.
углеродистые стали

 max
сталь 30ХГСА
0,7
0,6
у1  3,28 у  0,549
0,5
0,4
0,3
у
0,2

2
3
0,1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
у
1
Рис. 3. Зависимости прочности сцепления металлопокрытия с основой от осевой от деформации
присадочной проволоки.
Из вышеизложенного следует, что прочность сцепления металлопокрытия с основой детали
при широкослойной наплавке, можно определить по относительной разности длин наплавленного
валика LВ и затраченной присадочной проволоки Lпр.
Таким образом, многократная экспериментальная проверка показало, что максимальное
расхождение результатов определения  путем отрыва наплавленного слоя от основы и путем
определения относительной осевой деформации проволоки  у не превышает 18%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гликман Л.А. ,Бабаев А.Н. Усталостная прочность образцов наплавленных автоматической сваркой
под флюсом - Металловедение и термическая обработка металлов, №10, 1997. – 37-43 с.
2. Авчинников Б.Е. Усталостная прочность поверхностно упроченных деталей, Труды ВВИА, вып.1183.
– М. , 1967. - 290с.
3. МендебаевТ.М., КаржаубаевА.С. Особенности процесса восстановления чугунных коленчатых валов
и используемые присадочные материалы // Труды: Международной научно-практической конференции,
«Архитектура и строительство в новом тысячелетии», КазНТУ, Алматы 2009, -С.271-274.
4. Каржаубаев А.С. Восстановления чугунных коленчатых валов автомобильных двигателей:
- Монография. Алматы 2010, -148с
5. Доценко Г.Н. Износостойкость и усталостная прочность чугунных коленчатых валов ГАЗ-21. – М.:
Автомобильная промышленность, №2, 1969.
6. Касаткин Б.С. Напряжения и деформации при сварке. – Киев: Вища школа, 1998. – 246с
Қаржаубаев Ә.С.
Жалпақ балқылау кезінде негізгі бөлшек пен балқылау қабатының ілінісуін зерттеу
Түйіндеме. Бұл мақалада балқыма қосылыстарының негізгі бөлшекке жабасуы қарастырылған және
сонымен қатар балқылама қосылыстарының беріктігі зерттелген.
Кілт сөздер: балқылау, иінді білік, темір ұнтағы, түзеткіш, сым, деформация, металменқаптау,
тозутөзімділігі, беріктік.
396
№2 2015 Вестник КазНТУ
● Х и мия -мет а ллург ия ғ ылымда ры
Каржаубаев А.С.
Исследования прочности сцепления металлопокрытия с основной деталью при широкослойной
наплавке
Резюме. В этой статье рассмотрены количественные соотношения между прочностью наплавочного
соединения и относительной осевой деформацией присадочной проволокой, а также испытание на прочность
наплавочного соединения.
Ключевые слова: наплавка, коленчатый вал, порошок, оправка, проволока, деформация,
металлопокрытия, износостойкость, прочность.
Karzhaubayev A.S.
Study the adhesive strength of metal coating to the main piece in shirokosloynoy surfacing
Summary. In this clause the quantitative parities between durability of welded connection and relative axial
deformation adding by a wire are considered and also the test for durability welded connection was made.
Key words: Surfacing, crankshaft, powder, mandrel, wire, deformation, metal plating, durability, strength.
УДК544.723.212
1
Н.Е. Ботабаев, 1К.К. Сырманова, 2Э.С. Негим, 1Ж.Б. Калдыбекова
(М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті,
Қазақстан Республикасы)
КЕУЕКТІ МАТЕРИАЛ ҚАБАТЫНДА АДСОРБЦИЯНЫҢ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ
АСПЕКТІЛЕРІ
Вермикулит негізіндегі материалдардың құрылымы және қасиеттерінің кең қолданылуы және
оны зерттеудегі тұрақты қызығушылық өз кезегінде олардың адсорбциялық және ионалмасушылық
қасиеттерінің жоғары болуымен негізделеді. Моделдеуді кеуекті қабатта диффузиялық тасымалдау
барысында ұсталушы компоненттер концентрациясының өзгеруімен көлемді ағымды
байланытырушы дифференциялды теңсіздік көмегімен іске асыруға болатыны қарастырылған. Әдіс
өз кезегінде кеуекті материал қабатында адсорбцияның термодинамикалық аспектілерінің әсер етуін
зерттеу барысында маңызды болып табылады.
Жиі қолданыстағы техникалық минералды сорбенттер ішінде, әсіресе өндірістік тастандыларды
технологиялық тазалау және рафинаттау үшін табиғи минералды шикізат түріндегі адсорбциондыбелсенді материалдардың атқарар рөлі аса маңызды болып табылады. Мұндай шикізаттың негізгі көзі
ретінде қабатты силикаттар, бірінші кезекте вермикулит болып табылады.
Вермикулит өте бағалы табиғи материал болып табылады. Борпылдақ вермикулит, яғни,
термоөңдеуден өткен вермикулит жоғары экономикалық тиімділікпен (сұраныспен) түрлі салаларда
қолданылады.
Борпылдақ вермикулит жанбайды, шірімейді, химиялық түрде инертті, ұзақ
шыдайтын, биотұрақты, мейлінше жарылмайтын және өртке қауіпсіз, экологиялық таза, алтын
түстес, сонымен қатар иондық алмасу және сорбциялық қасиетке ие, сұйықтық және газды сіңіру
және ұстап тұру қабілетіне ие болып табылады.
Вермикулиттің әлемдік қоры аса жеткілікті болып отыр. Негізгі қоры АҚШ, ОАР, Ресей және
бірқатар басқа елдерде шоғырланған /1-2/.
Вермикулиттің біздің Республикамызда бар екені қазіргі таңда белгілі /3-4/. Қазақстан
Республикасының вермикулитке деген қажеттілігі қолданыста аса қажетті шикізат болғандықтан,
жылына ондаған мың тоннаға жетіп отыр. Вермикулитті қолайлы болашағы және экспорттау
мүмкіндігі: вермикулитті экспорттаушы жалғыз өндіріс ОАР болып отыр, ал Батыс Еуропада
вермикулиттің өндірістік қоры мүлдем жоқ десек те болады. Вермикулит бағасы әлемдік нарықта
жылдан жылға өсіп келеді, бұл құбылысты өз кезегінде аса құнды және жоғары сапалы кендердің
учаскелерін өңдеумен және де вермикулитті өндірістің түрлі салаларында кең түрде қолданылудың
түрлі бағыттарының пайда болуымен түсіндірсек болады.
Құрылымдық-сорбциялық және беріктілік сипаттамаларын жоғарылату, сол немесе басқада
заттарға таңдауды жоғарылату, ассортиментті кеңейту, дайындау технологиясын қарапайымдылау
және өндірістік адсорбенттерді өндіруді арзандату мәселелері аса өзекті болып табылады/5/.
Дегенмен қазіргі таңда кеуекті материал қабатында адсорбцияның термодинамикалық
аспектілеріне қатысты теориялық мәселелер және қазақстандық вермакулитті тәжірибе жүзінде
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2015
397
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа