CC BY
3
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Petrenko Vladimir Romanovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, [email protected], Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University,
Gubanov Oleg Mikhailovich, candidate of technical science, docent, project manager for the development of new types of products of NLMK Group, gubanov_oleg81@mail. ru, Russia, Lipetsk, Novolipetsk metallurgical plant Public joint stock company,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs of TulSU Publishing House, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 669.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-695-698
ФАКТОРЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СПЛАВОВ
Г.Г. Бурый
В статье рассматривается актуальность проведения исследований химического состава сплавов. Рассматриваются подготовительные этапы для проведения анализа структуры сплава. Описываются химические реактивы для травления неметаллических структур в сплаве, по которым далее определяется химический состав сплава. Рассматриваются предварительные исследования детали, такие как изучение излома образца, замер его твердости. Описывается алгоритм и факторы исследований химического состава сплава произвольной детали. Приводится сравнительный анализ твердости сплава детали с другими сплавами на основе меди. Рассматривается применение диаграммы состояния сплава медь-цинк для определения химического состава сплава. Осуществляется подбор марки латуни в соответствии с рассмотренными факторами в работе.
Ключевые слова: сплав, химический состав, структура, факторы, травление.
При производстве или ремонте деталей, или других изделий очень важен подбор правильного сплава. Сплав должен иметь достаточные эксплуатационные свойства. Поиск причины поломки изделия или детали начинают с анализа сплава, из которого она произведена. В случае если материал неизвестен, стоит очень сложная задача по его определению. В данной работе рассмотрим каким образом с минимальными затратами возможно определение марки сплава с достаточной точностью.
Процесс определения марки сплава называют микроанализом. Данный процесс, включает в себя несколько этапов, подготовка исследуемой поверхности изделия, травление поверхности, определение марки сплава по диаграммам состояния сплавов. Подготовка исследуемой поверхности заключается в ее выравнивании путем шлифования и полирования. Полирование осуществляется до тех пор, пока на поверхности не будет видно никаких дефектов. С этой целью используется микроскоп в отраженном свете. Поверхность рассматривается под увеличением в 30 и более раз. Далее переходят к процедуре травления исследуемой поверхности. Дело в том, что на поверхности помимо металлических составляющих присутствуют неметаллические, которые представляют собой различные химические соединения такие как карбиды, нитриды и т.д. Процедура травления представляет собой использование кислот для выжигания неметаллических включений. На их месте после травления образуется неровная поверхность, которая в микроскоп видна в виде темных областей определенной формы. По размерам, форме и оттенкам прогоревших структур можно определить марку сплава.
Рассмотрим подробнее виды реактивов для травления различных сплавов. Для травления сплавов на основе железа, таких как углеродистые, низколегированные стали, а также чугуны целесообразно применять реактив, содержащий 4% азотной кислоты HNO3 и 96% этилового спирта. Добавление кислоты придает большую четкость при просмотре строения сплава под микроскопом. Для травления высоколегированных и нержавеющих сталей целесообразно применять реактив, состоящий из 10% HNO3, 30% HCl, 60% этилового спирта. Следует отметить, что после процедуры травления сталей и чугунов продукты травления следует удалить путем промывки в спирте. Содержание кислот также может изменяться в зависимости от конкретной марки. Для травления сплавов на основе алюминия хорошо подходит реактив, состоящий из 10...20% едкого натра NaOH и 80...90% воды. Промывка продуктов травления на алюминиевых сплавах осуществляется концентрированной азотной кислотой. Сплавы на основе меде хорошо протравливаются реактивом, содержащим 5гр. хлорида железа FeCl3, соляной кислоты HCl 30 и 100 мл воды или этилового спирта. После процедуры травления исследуемый образец промывают водой и высушивают [1, 2, 3, 4, 5, 6].
Сплавы в большинстве своем состоят как минимум из трех металлов. Для более точного определения марки сплава целесообразно использовать диаграммы состояния сплавов и свойства сплава. Для того, чтобы определиться какой вид диаграммы использовать целесообразно провести предварительные исследования изделия. В предварительные исследования входит анализ излома сплава, его цвет и вязкость. По цвету излома и по магнитным свойствам изделия определяют основу сплава, из которого он произведен. Так сплавы на основе железа имеют серый излом и имеют магнитные свойства, сплавы на основе алюминия имеют светло-серый излом и не магнитны. Сплавы на основе меди имеют излом красного, желтого или зеленого оттенка и также не магнитны. Следует отметить, что бронзы практически всегда имеют более темный оттенок, чем латуни. Это обусловлено наличием в составе латуней большого количества цинка. Чем больше цинка содержится в латуни, тем светлее становится оттенок от красного до зеленого. Предварительно следует произвести замер твердости испытуемого изделия. Замер твердости осуществляется на ровной и гладкой поверхности изделия. Один из наиболее универсальных методов замера твердости - это метод Роквелла. Каждый сплав в зависимости от состава имеет определенное значение твердости. Рассмотрим деталь корпус датчика, представленную на рис. 1. По красному оттенку излома было определена медная основа сплава. Для уточнения было измерено число твердости данной детали, которое составило НЯВ28. Данное значение твердости имеет кремнистая бронза и несколько видов латуней. Так как кремнистая бронза имеет более темный оттенок, выбор сплава будем проводить из марок латуней. Таким образом, для определения марки сплава будем использовать диаграмму состояния сплавов медь-цинк представленную на рис.2. После процесса травления и промывки торцевой поверхности корпуса была получена структура, представленная на рис. 3. [7,8]
Рис. 1. Корпус датчика
<-и 2п, % ¿п Рис.2. Диаграмма состояния сплава медь-цинк
Рис.3. Структура сплава корпуса
Следует отметить, что анализ структуры боковой поверхности корпуса показал зернистое строение, следовательно, можно сделать вывод, что корпус получен литьем, т.е. сплав литейный. Исходя из двухфазного а+01 строения сплава и анализа диаграммы на рис. 1б можно сделать вывод, что содер-
жание цинка в сплаве составляет от 36% до 45%. Данный промежуток обусловлен тем, что растворимость цинка в меди при комнатной температуре составляет 36%. Именно при таком содержании цинка ограничивается а твердый раствор. Граница фазы 3i начинается от 45% цинка в составе латуни. Фаза 3i протравливается реактивом, поэтому её зерна видны в микроскоп темным цветом. Определение содержания цинка в латуни начнем с рассмотрения отрезка с содержанием от 36% цинка граница а твердого раствора до 45% цинка граница Pi фазы. Далее определяем соотношение светлых зерен а твердого раствора к темным зернам р1 фазы, которое составляет 4/5. Таким образом, в латуни содержится примерно 40% цинка. С таким содержанием цинка распространены следующие марки литейных латуней ЛЦ40С, ЛЦ40Мц3Ж. По твердости подходит марка ЛЦ40С в виду отсутствия содержания железа. Марки латуней с добавлением железа, алюминия и марганца имеют более высокие значения твердости. Свинец немного понижает твердость латуни. Резьба на корпусе датчика также свидетельствует от хорошей обрабатываемости резанием данного сплава, которую придает свинец, вводимый в состав латуни. [9, 10, 11, 12]
Таким образом, на примере детали корпус датчика был рассмотрен алгоритм определения марки сплава, из которого изготовлена деталь. Рассмотрены факторы, которые необходимо учитывать при определении марки сплава.
Список литературы
1. Кондратьев С.Ю., Фукс М.Д., Фролов М.А., Петров С.Н. Анализ структуры, фазового состава и механических свойств трубного сварного соединения из жаропрочного сплава HP40NBTI // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. №11 (785). С. 21-31.
2. Антипенко А.В., Колобылина Н.Н., Лобода А.Ю., Терещенко Е.Ю., Мульд С.А., Смекалова Т.Н., Яцишина Е.Б. Исследование химического состава металлических изделий из могильника левадки // Кристаллография. 2018. Т. 63. №4. С. 677-682.
3. Старцева А.В., Шарыгин Б.Л., Литуненко Е.Г. Исследование микроструктуры роторов двухстепенных поплавковых гироскопов с помощью сканирующего электронного микроскопа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. №2. С. 247-254.
4. Павлова Л.А., Павлов С.М., Горюнова О.И. Рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ металлических изделий эпохи бронзы // Аналитика и контроль. 2002. Т.6. №4. С. 360-365.
5. Павлова Л.А., Павлов С.М. Электронно-зондовый рентгеноспектральный микроанализ археологических находок прибайкалья // Журнал аналитической химии. 2006. Т. 61. №7. С. 718-724.
6. Беккерт М., Клемм Х. Справочник по металлографическому травлению. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979. 336 с.
7. Казеннов Н.В., Калмыков К.Б., Дунаев С.Ф., Зверева Н.Л., Дмитриева Н.Е. Фазы а и в системы AL-MN-SI // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2010. Т. 51. №6. С. 450-456.
8. Исследование микроструктуры лент NB-TI методами электронной микроскопии/ А.В. Овчаров, И.А. Каратеев, К.Г. Каратеева, В.В. Гурьев, С.В. Шавкин, А.Л. Васильев // Кристаллография. 2019. Т. 64. №6. С. 862-866.
9. Щербакова О.О., Муравьева Т.И., Загорский Д.Л. Исследование антифрикционных алюминиевых сплавов, содержащих железо до и после трибологических испытаний // Письма о материалах. 2018. Т.8. №2 (30). С. 123-128.
10. Сабирова Т.М., Русских Е.Л., Бельтюков А.Н., Аверкиев И.К. Исследование металлических изделий из кладов городища иднакар IX-XIII ВВ. методом электронно-зондового микроанализа // Химическая физика и мезоскопия. 2021. Т. 23. №3. С. 353-365.
11. Бурый Г.Г. Принцип подбора металлических материалов для деталей автомобилей и тракторов // Справочник. Инженерный журнал. 2018. №4 (253). С. 51-56.
12. Большаков В.И., Сухомлин Г.Д., Лаухин Д.В. Атлас структур металлов и сплавов. Днепропетровск: ГВУЗ «ПГАСА», 2010. 174 с.
Бурый Григорий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет
FACTORS OF EXPERIMENTAL RESEARCH CHEMICAL COMPOSITION OF ALLOYS
G.G. Buriy
The article discusses the relevance of conducting research on the chemical composition of alloys. The preparatory stages for the analysis of the alloy structure are considered. Chemical reagents for etching nonmet-allic structures in the alloy are described, which further determine the chemical composition of the alloy. Preliminary studies of the detail, such as studying the fracture of the sample, measuring its hardness, are considered. The algorithm and factors of studies of the chemical composition of the alloy of an arbitrary part are described. A comparative analysis of the hardness of the alloy of the part with other copper-based alloys is given. The application of the copper-zinc alloy state diagram to determine the chemical composition of the alloy is considered. The selection of the brand of brass is carried out in accordance with the factors considered in the work.
Key words: alloy, chemical composition, structure, factors, etching.
Buriy Grigoriy Gennadjevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Road University
УДК 621.952 +06
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-698-702
СНИЖЕНИЕ УРОВНЕЙ ШУМА КОРОБОК СКОРОСТЕЙ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ
И.Т. Хиникадзе, А.Н. Чукарин, Т.А. Финоченко
Сверлильные станки, оснащенные различными типами коробок скоростей, их технические и виброакустические характеристики. По данным различных исследований коробки скоростей являются причиной повышенного уровня звукового излучения, которое идет от корпусных деталей коробки. В статье приведена схема уравнений энергетического баланса для выполнения расчета уровня акустического дискомфорта при работе станков данного типа с 9-ти и 12-ти ступенчатыми коробками.
Ключевые слова: сверлильные станки, коробки скоростей, уровня звукового излучения, уравнений энергетического баланса
Сверлильные станки оснащены коробками скоростей, со ступенчатым регулированием, обеспечивающие в зависимости от модели станка, от 5 до 12 частот вращения до знаменателя ряда ф = 1,41, что и обеспечивает соответствующие диапазоны скоростей вращения шпинделя (табл. 1).
Таблица 1
Технические характеристики сверлильных станков__
" ^.Параметры d сверла, Высота шпинделя Частота вращения i Кол-во часто Кол-во подач Мощность квт
Модель — м мм об/мин вращения
2Н106П 6 125 1000-8000 7 ручн. 0,4
2М112 12 190 450-4500 5 ручн. 0,6
2Н118 18 200 180-2800 9 ручн. 1,5
2Н1251 25 250 90-1420 9 3 1,5
Экспериментальные исследования, проведенные для этих типов станков и выполненные на рабочих местах станочников, показали, что даже на холостом ходу, уровни звукового давления превышают санитарные нормы на 5 - 9 дБ в среднечастотной части спектра. Источником, создающим повышенные уровни звукового давления, является шпиндельная бабка. Звуковое излучение корпуса коробки скоростей возникает в следствие вибраций, передаваемых в корпус через подшипниковые узлы, от элементов кинематики привода главного движения. В отечественных сверлильных станках коробки скоростей обеспечивают от 5 до 12 скоростей вращения сверла.
В частности, у станка модели 2М106П обеспечивается 7 скоростей вращения; у станка 2М112 -5; у станка 2Н118 - 9; у станков 2М125, 2Н135, 2Н150, 2Г175 и 2175М - 12. Существующие способы снижения интенсивности звукового излучения корпусных деталей достигается путем применения сварных конструкций, с двойными стенками, между которыми засыпается сыпучий поглотитель [1,2], изменением толщины стенок корпуса [3], виброизоляцией подшипниковых узлов [4,5]. Применительно к корпусам шпиндельных бабок, рассматриваемых станков предлагается способ снижения интенсивности звукового излучения при использовании либо многоскоростных электродвигателей, либо при соответствующем регулировании количества частот вращения односкоростного электродвигателя.
В этом случае упрощается кинематика механической части привода, то есть, уменьшается количество зубчатых передач, количество валов и подшипниковых узлов, что в свою очередь существенно уменьшает вводимую в корпус вибрационную мощность и, следовательно, интенсивность звукового излучения. Для коробок скоростей вышеуказанных станков предлагаются следующие варианты:
для станка 2М112 предлагается шестиступенчатая коробка передач, с тремя скоростями электродвигателя. Картина скоростей и кинематические схемы которой приведены на рис. 1.
Вариант б является более предпочтительным, так как наличие электромагнитных муфт позволяет переключать скорости вращения на ходу станка, что позволяет при такой компоновке исключить механизм переключения зубчатых передач:
для станков 2 М 106 П, 2 Н 118 предлагается девятиступенчатая коробка передач. Картина скоростей и кинематические схемы которой приведены на рис. 2.
Не смотря на преимущества электромагнитных муфт, их наличие может привести к неоправданному увеличению вертикального габарита коробки скоростей. Поэтому вариант в является более предпочтительным, с точки зрения не только габарита корпуса, но и его металлоемкости.
Следует отметить, что варианты коробок скоростей, как шестиступенчатой, так и девятисту-пенчатой имеет два, а не три вала. Поэтому вибрационная мощность в корпус вводится от четырех, а не шести подшипников.
Для станков 2М125, 2М135, 2Н150, 2Г175 и 2175М предлагается использовать двухскоростной двигатель. Картина скоростей и. кинематическая схема приведены на рис. 3.
