CC BY
34
Moscow Polytechnic University,Moscow, Russia
DEVELOPMENT OF LOW ALLOY COMPOSITION FOR COPPER ALLOYS INGIENNEERING TECHNOLOLOGIES
Abstract. The paper deals with the synthesis of low-alloyed copper alloys for advanced engineering technologies. Studied copper low alloy castability and film formation processes on alloyed molten copper with additions of nickel, silicon, tin, iron, chromium and other elements. The optimization of the alloy composition by means of mathematical models. The prospects for the synthesis of new groups of low alloyed copper alloys.
Keywords: low alloy copper, new technology, alloying elements of alloys, casting properties, mathematical model, optimization of formulations.
УДК 621.791.313.3-034.2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗНО-ВОДНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ПАЙКЕ РАДИАТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС Семешин Александр Леонидович, к.т.н., доцент (e-mail:as200261@yandex.ru) Буравцов Сергей Александрович, магистрант (e-mail: buryi0223@yandex.ru) Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина,
г. Орел, Россия
В данной работе даны понятия о газопламенной обработке металлов и области её применения в ремонтном производстве. Даны рекомендации по применению электролизно-водных генераторов при восстановлении радиаторов системы охлаждения ДВС пайкой. Приведены основные технические характеристики современных электролизно-водных генераторов. Продукты сгорания водородно-кислородного пламени являются практически экологически чистыми - это пары воды, водорода и некоторого количества СО. Применение водородно-кислородного пламени при восстановлении радиаторов пайкой по своим механическим свойствам не отличается, от пайки ацетилено-кислородного пламени.
Ключевые слова: восстановлении радиаторов, пайка, газопламенная обработка, пламя.
Газопламенная обработка металлов является одним из основных производственных процессов в большинстве промышленных и ремонтных предприятий. Она характеризуется значительной гибкостью технологических процессов и поэтому, несмотря на производственные преимущества электрических способов обработки, находит все большее применение [3].
К газопламенной обработке относят совокупность технологических процессов обработки материалов газокислородным и газовоздушным пламенем с целью соединения, разделения, изменения формы и физико-механических свойств, а также получения локальных покрытий с заданными свойствами. В настоящее время газопламенная обработка объединяет более 30 методов.
Наибольшее применение в промышленности из представленных способов газопламенной обработки имеют сварка, пайка и кислородная резка.
Детали автотракторных радиаторов системы охлаждения изготавливают из латуни Л62, Л90 и меди М3. При эксплуатации техники возникают поломки радиаторов: пробоины, вмятины или трещины на бочках, обломы и трещины на пластинах каркаса, нарушение герметичности в местах пайки, помятость и обрыв охлаждающих пластин и повреждение охлаждающих трубок.[4]
На ремонтно-эксплуатационных предприятиях для ремонта радиатора используют технологию пайки латунных и медных деталей оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40, ПОС-ЗО и ПОССу 30-0,5.
В качестве источника нагрева для пайки служат обычный паяльник нагреваемый в пламени газовой горелки, электропаяльник или горячий воздух нагретый до 500-600 оС при прохождении через змеевик, укрепленный на паяльной лампе. Также используют технологии пайки с применением ацетиленокислородным и пропан-бутановой смеси [5].
В настоящее время получили распространение газосварочные электро-лизно-водные аппараты, работающие на водородно-кислородной газовой смеси Переносной газосварочный аппарат МБВ-500 с производительностью около 300-400 л/ч газовой смеси. Малая потребляемая мощность электроэнергии, малые габаритные размеры (от 450х480х160 мм) и масса (от 36кг.) электролизеров дает ряд преимуществ при выполнении ремонтных работ по сравнению с оборудованием ацетилено-кислородной сварки (масса кислородного баллона без газа 67 кг, ацетиленового - 83 кг). При использовании ацетилено-кислородной сварки возникает множество проблем: хранение баллонов с кислородом и ацетиленом; хранение карбида кальция; транспортировка баллонов с газом и их заправка; сложность использования ацетиленовых генераторов в закрытых помещениях; утилизация отходов ацетиленовых генераторов.[2]
Электролизно-водные аппараты "Москва" показаны на рисунке 1. Обработку выполняют водород-кислородным пламенем. Смесь водорода с кислородом получают электролизом воды непосредственно в аппаратах.
Аппарат «МОСКВА-3» - переносный, для ремонтных работ. Может питаться от бытовой розетки 220 В на 6,5 или 10 А. При потреблении 6,5 А (1,5 кВт) позволяет сваривать и резать сталь, латунь и алюминиевые сплавы толщиной 2 мм. При потреблении 10 А (2,2 кВт, как импортный чайник) можно сваривать и резать сталь, латунь и алюминиевые сплавы толщиной 3 мм. Мелкие работы можно выполнять микрофакелом диаметром менее 1 мм. При потреблении 15 А можно сваривать стальной лист толщиной 4 мм.
Технологические возможности этого аппарата - рекордные для полутора- и двухкиловаттных аппаратов, потому что на каждый ампер тока он дает в 1,5-2 раза больше газа, чем аппараты большинства фирм.
Аппараты «МОСКВА-10» - передвижные, универсальные, для промышленности, строительства и коммунального хозяйства. Зимой их можно эксплуатировать и оставлять при температурах ниже 0 0С. Аппарат весит не больше кислородного баллона. Один рабочий может перекатить его, двое -перенести. Помещается даже в легковой машине. Пригоден как для больших работ, требующих мощного пламени (например, заварки дефектов чугунного и цветного литья), так и для мелких работ - даже микрофакелом диаметром менее 1 мм. Для сварки, резки и пайки стали, латуни, алюминиевых сплавов толщиной до 5 мм включительно достаточно половины мощности этого аппарата. С его помощью можно выполнять все газосварочные работы на трубопроводах в зданиях. Он позволяет также резать сталь толщиной до 100 мм с водородно-кислородным подогревающим пламенем (вместо ацетиленового или пропанового) и подачей режущего кислорода из баллонов. Такая замена при машинной резке приводит к ликвидации грата и закаливания поверхности реза, к улучшению качества реза без снижения скорости, к сокращению расходов и к прекращению загрязнения воздуха окислами азота. Поэтому при машинной кислородной резке применение ацетилена или пропана стало нерациональным. "Москва-10" позволяет также решить проблему безопасного выполнения газовой резки и сварки в колодцах и тоннелях.
Аппараты «Москва-20» - стационарные, для газопитания сварочных участков и кислородной резки. Толщина разрезаемой листовой стали достигает 300 мм. включительно. Преимущества при резке по сравнению с работой на ацетилене: - грата нет совсем;
- поверхность реза гораздо чище;
- устраняется главный вредный фактор при работе на ацетилене и пропане - загрязнение воздуха окислами азота;
- процесс значительно дешевле.
Технические характеристики аппаратов представлены в таблице 1.
Существует проблема совершенствования процесса пайки, повышения ее экологичности, экономичности и качества, а также разработка технологий с отработкой рациональных режимов пайки тонкостенных деталей изготовленных из медных сплавов с использованием пламени на водородно-кислородной газовой смеси.
Отмечено, что с точки зрения экономической целесообразности, водо-родно-кислородное пламя, получаемое в результате сжигания газовой смеси, вырабатываемой электролизно-водными газогенераторами, может быть использовано взамен дорогостоящих баллонных газов (ацетилена, пропана, кислорода и др.) для газопламенной низкотемпературной пайки оловянно-свинцовыми припоями деталей из меди и ее сплавов, с использованием стандартных припоев и флюсов.
При проведении ремонтно-восстановительных работ радиаторов пайкой с использованием водородно-кислородной газовой смеси возникает необходимость изучения теории протекания реакций между продуктами сгора-
ния газовой смеси и металлами радиатора, а также используемыми припоями и флюсами.
Горение смеси гремучего газа с парами бензина проходит в два этапа без учета кислорода окружающего воздуха и с добавлением кислорода окружающего воздуха [1]:
а) без добавления О2 воздуха
4Н2 + 2О2 + 0,2828С7,О7Н15 = 2Н2О + 4Н2 + 2СО(1)
б) при добавлении кислорода воздуха (I этап)
4Н2О + 4Н2 + 2СО + 3О2 ^ 6Н2О + 2СО2(2)
Энергия Гиббса определяется условиями протекания реакции при пайке. Она зависит от свойства вещества, алгебраической суммы энтальпий продуктов реакций и исходных веществ, а также параметров процесса: температуры и парциальных давлений веществ. Величина изобарного потенциала реакции связана с химическими свойствами и вычисляются по формуле:
АОх.р = АН - АБТ,(3) где АН - изменение энтальпии реагирующих веществ;
ДБ - изменение энтропии реагирующих веществ.
Для того, чтобы реакция:
1/пМетОп + Н2 = т/пМе + Н20(4)
протекала слева направо, то есть для восстановления металла, необходимо, чтобы величина свободной энергии Гиббса была меньше нуля (АОх.р< 0), а в противном случае реакция не будет протекать или будет протекать справа налево, то есть металл будет окисляться
Таблица - Характеристики аппаратов
Характеристики аппаратов Москва-3 Москва-10 Москва-20
1 2 3 4
Максимальная производительность по газовой смеси, не менее, л/ч 1100 ЗООО 6000
Потребляемая мощность, не более, кВт 3,1 10 20
Давление газовой смеси, МПа 0,5 0,5
Электропитание 220 В, 50 Гц, однофазное 380 В, 50 Гц, трехфазное
Масса, не более, кг 40 75 115 (генератор)
Ширина х длина х высота, мм 270х560х520 360х765х670 360х1290х830
Номера сменных наконечников горелки 0,1,2,3 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,7
Электролит 5%-ный раствор КОН в дистиллированной воде
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4
Продолжительность не-
прерывной работы без до- 3 1,5 5
заправки, не менее, час
Расход электролита на
первичную заправку элек- 5 10 27
тролизёра, не более, л
Расход дистиллированной
воды на дозаправку элек- 1,6 3,5 16
тролизёра, не более,л
Расход воды на заправку водяного затвора, л 0,75 0,8 2,5
Время выхода холодного
аппарата на номинальную мощность при 20 0С, не 15 15 15
более, мин
Рисунок 1 - Электролизно-водные аппараты Москва
Таким образом, величина АОхр является показателем химической активности веществ по отношению к окислам, то есть способности веществ восстанавливать окислы металлов при давлении в системе.
Исходя, из выше изложенной методики проанализированы реакции продуктов сгорания газовой смеси с металлами: сталь, медь, латунь, олово, свинец.[2]
На рисунке 2 представлены графики зависимости изменения энергии Гиббса АО в зависимости от температуры для различных реакций.
Термодинамический анализ показывает:
- с увеличением температуры уменьшается величина свободной энергии Гиббса АО, т.е. в реакции будет происходить самопроизвольный процесс восстановления железа водородом при температуре 1150 К;
- на рисунке 2 пересечение кривых реакций указывает на оптимальную температуру восстановления обеих реакций;
- при пайке водородно-кислородным пламенем восстановление свинца, олова и меди происходит самопроизвольно, что подтверждает график.
Для подтверждения теоретических расчетов были проведены исследования экспериментального определения показателей паяемых изделий в соответствии с требованием государственным стандартом и с использованием водородно-кислородного пламени. [2]
При этом определялись:
- растекание и смачивание;
- заполнение зазора припоем;
- коррозионная стойкость;
- прочность сцепления;
- металлография.
Для защиты от окисления металла в процессе пайки использовался следующий флюс: ФП состав - 25...30% хлористый цинк, 5...20% хлористый аммоний, 50.. .70% вода.
Установлено (рисунок 3), что предел прочности соединения при растяжении образцов из меди М3 имеет значение ав = 34,9...35,2 МПа при зазоре 0,1 ...0.15 мм, так как в этом случае достигается более полное заполнение зазора припоем. Следует отметить, что ав паяных соединений, полученных водородно-кислородным пламенем, практически не отличается от ав соединений, полученных пайкой ацетилено-кислородным пламенем.
Выводы
Оловянно-свинцовые припои Бп-РЬ, взаимодействуя с продуктами сгорания водородно-кислородной газовой смеси при температуре свыше 600оК самопроизвольно восстановливаются.
У латуни и меди, также при температуре свыше 600оК происходит самопроизвольный процесс восстановления.
Продукты сгорания водородно-кислородного пламени являются практически экологически чистыми - это пары воды, водорода и некоторого количества СО (2Н2О+4Н2+2СО, 6Н2О+2СО2).
Для медно-латунных радиаторов, восстанавливаемых пайкой с использованием водородно-кислородного пламени, рекомендуется использовать пламя в интервале температур от 600о до 1000оК (300 - 800оС). Значение температуры зависит от паяемого металла.
Исходя из выше изложенного можно сделать следующий вывод: применение водородно-кислородного пламени при восстановлении радиаторов пайкой по своим механическим свойствам не отличается, от пайки ацети-лено-кислородного пламени
Для ремонта радиаторов системы охлаждения пайкой с использованием водородно-кислородного пламени целесообразно применение сварочных установок МБВ-500 и Москва, взамен дорогостоящих баллонных газов (ацетилена, пропана, кислорода и др.) для газопламенной низкотемпературной пайки оловянно-свинцовыми припоями деталей из меди и ее сплавов.
Рисунок 2 - График изменения энергия Гиббса АО в зависимости от температуры для реакций: 7п0+Н2^7п+Н20; 7п0+С0^7п+С02; 8п02+2Н2^8п+2И20; Бп02+2С0^8п+2С02; Си0+Н2^Си+Н20; Си0+С0^Си+С02; РЬ0+Н2^РЬ+Н20; РЬ0+С0^РЬ+С02; Ее203+3Н2^2Бе+3Н20; Ее203+3С0^2Ее+3С02
Ов, МПа 36 т
М3
35
34
33
32
31
Л63
30
29
28
27
26
25
DB, мм
0,05 0,1 0,15 0,2
Рисунок 3 - Влияние зазора ДВ на предел прочности оВ паяного соединения образцов из латуни (Л63)и меди (М3)
Список литературы
1. Корж, В .Н. Тепловые и технологические основы газопламенной обработки металлов водородно-кислородным пламенем. [Текст] / В.Н. Корж. - Дисс....д-ра.техн.наук. -Киев, 1991.- 427 с.
2. Хромов, В.Н. Использование водородно-кислородной газовой смеси в ремонтном производстве для пайки деталей: Монография [Текст] / В.Н. Хромов, А.Л. Семешин, П. А. Семешин. - Орел: изд-во Орел ГАУ, 2009 - 228 с.
3. Соколов И.И. Газовая сварка и резка металлов. М.: Высшая школа 1981. с.
4. Есенберлин Р.Е. Восстановление автомобильных деталей сваркой, наплавкой и пайкой. - М.: Транспорт, 1994 - 256 с., с. 40-53.
5. В.М. Рыбаков «Сварка и резка металлов» Москва «высшая школа» 1979 г.
6. Г. Л. Петров, Н.Г. Буров, В.Р. Абрамович «Технология и оборудование газопламенной обработки металлов» Ленинград «Машиностроение» 1979 г.
7. В.В. Курчаткин «Учебная книга кузнеца-газосварщика», Москва «Высшая школа»
8. А.И. Акупов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич «Технология и оборудование сварки плавлением» Москва «Машиностроение» 1977 г.
9. Н.П. Сергеев «Справочник молодого электросварщика», Москва «Высшая школа»
10. А.Г. Шустик, В.П. Савченко, А.М. Табунщик, Н.Н. Побрус «Справочник по газовой резке, сварке и пайке», Киев «Тэхника» 1989 г.
11. Корж В.Н. Тепловые и технологические основы газопламенной обработки металлов водородно-кислородным пламенем. - Дисс....д-ра.техн.наук.- Киев: 1991.- 427 с.
10. А.с.СССР 1400814. Устройство для газопламенной обработки материалов /Корж В Н., Матвеев И.В., Иванов А.И. и др. Опубл. в Б.И. N21, 1988.
11. Хромов В.Н., Семешин А.Л. Устройство для газопламенной обработки материалов / Заявка на изобретение в ФИПС Роспатент №99107687/02(007299) с приоритетом от 05.04.99.
1980 г.
1980 г.
12. А.с.СССР 1184870. Электролизер для получения водорода и кислорода /Горбачев А.К., Рублевский В.В., Ищенко Л.И. и др. Опубл. в Б.И. N38, 1985.
13. Патент Р.Ф. 2133785. Способ получения кислорода и водорода и устройство для его осуществления /Давыдова Т.И., Давыдов О.В. Опубл. в Б.И. N21, 1999.
14. Вялкин В.А., Ляпин Р.М., Хромов В.Н. Комбинированный газоэлектросварочный аппарат с раздельным получением водорода и кислорода электролизом воды. Материалы научно-практической конференции «Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей». - М.: ГОСНИТИ, 1999. - 216 с., с.162-164
Semeshin AlexanderLeonidovich. Cand.Tech.Sci. associate professor (e-mail: as200261@yandex.ru)
FGBOU VO Orel state agrarian University name N.V.Parahina, Orel, Russia Buravcov Sergei Alexandrovich, undergraduate (e-mail: buryi0223@yandex.ru)
FGBOU VO Orel state agrarian University name N.V.Parahina, Orel, Russia THE USE OF ELECTROLYSIS-WATER DEVICES DURING SOLDERING OF THE COOLING RADIATORS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES
Abstract. In this paper we give the concept of flame treatment of metals and its application in the repair industry. The recommendations for the use of electrolysis and water generators in the recovery engine radiator soldering. The main technical characteristics of modern-electrolysis water generators. The products of combustion of hydrogen-oxygen flame are virtually non-polluting - is water vapor, hydrogen, and a number of JI. The use of hydrogen-oxygen flame brazing radiators for the restoration of its mechanical properties is different from soldering oxyacetylene flame.
Keywords: the restoration of radiators, soldering, flame treatment, flame.
УДК 621
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ КОМБИНАЦИЕЙ МЕТОДОВ МЕТАЛЛОПЛАКИРОВАНИЯ Сидоров Михаил Игоревич, к.т.н., первый заместитель директора -заместитель директора по научной работе, (e-mail: info @niigeo.ru), ФКП «НИИ «Геодезия», г.Москва Буткевич Михиал Николаевич, д.т.н., профессор, (e-mail: stavrov@list.ru) Ставровский Михаил Евгеньевич, д.т н., профессор, зам. директора по научной работе, (e-mail: stavrov@list.ru) ФГАУ «Научно-исследовательский институт «Центр экологической промышленной политики», г.Москва Юрцев Евгений Сергеевич, начальник сводного отделения центра технологического развития, (e-mail: yurtsev@bk.ru) ФГУП «Научно-производственное объединение «Техномаш», г.Москва
Предложено для деталей узлов трения машин и оборудования, работающих в условиях ограниченного смазывания, применение многофункциональных покрытий, с последующей обработкой поверхностей смазочными материалами, содержащими металлоплакирующие компоненты. Приве-
