CC BY
19
УДК 669.187.56; 669.187.26
С. Н. ЖЕРЕБЦОВ В. В. ГРЯЗНОВ
ЗАО «Омский завод специальных изделий»
Омский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСХОДУЕМОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗАГОТОВОК ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ
В статье изложены особенности технологии электрошлакового литья заготовок рабочих деталей штампов из инструментальных сталей. Установлено, что стойкость опытных штампов по сравнению с обычными повысилась. Увеличение стойкости позволило сократить общее количество потребляемой штамповой оснастки. Исключена необходимость применения кузнечно-прессового оборудования для доработки литых заготовок. Приближение к форме готовых изделий сократило объем механической обработки штампов.
Анализ причин выхода из строя прессовых, молотовых, ковочных штампов горячей штамповки в машиностроении показывает, что такие характеристики, как сопротивление термической усталости, трещиностойкости и теплостойкость являются определяющими. Изготовление заготовок кузнечных штампов методом элекрошлакового переплава (ЭШП) позволяет улучшить указанные свойства за счет регулирования состава твердого раствора дополнительным легированием слитков отходами инструментальных сталей. Для этих целей использовали лом быстрорежущей стали Р6М5, который выполнял роль дополнительной присадки к основному электроду изготовленному из стали 5ХНМ. Добавление в твердый раствор хрома, вольфрама, ванадия обеспечивает комплексное легирование заготовок штампов и положительно влияет на свойства отливки, полученной ЭШП.
Химический состав исходных материалов электрода представлен в таблице 1. Расчетный химический состав с:али ЭШП определен из условий технико-экономической целесообразности при весовом соотношении стали 5ХНМ к стали Р6М5 как 10:1 (см. таблицу 2).
Полная масса композиционного переплавляемого электрода составляла 600 кг. Переплав осуществляли в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе прямоугольной формы. Расход воды составлял — 5,6 мэ
в час, давление в трубопроводе — 0,25 МПа, температура на входе + 20 °С, на выходе + 60 °С.
Переплавляли на модернизированной установке А-550У, использовали сварочный трансформатор с жесткой вольтамперной характеристикой марки ТШС-10000-1, мощностью — 400 кВт. Напряжение и = 42В, сила тока на начальном этапе переплава 1св. = = 2000-2200А, на рабочем режиме 1св. = 6500-7000 А. Время переплава составило 240 минут. Затем слитки помещали в колодцы для замедленного охлаждения. Переплав осуществляли на "жидком старте".
Для переплава использовали флюс: СаР2 — 55%, А12Оэ - 35%, МдО - 5%, БЮ - 5%.Масса флюса -80 кг. После разборки кристаллизатора и остывания в колодце, слиток подвергался всестороннему исследованию. Замеры показали хорошую геометрию изделия, поверхность металла равная, отклонения в поле допуска. Толщина шлакового гарнисажа составляла 1,1-2,2 мм.
Для снижения твердости и подготовки структуры к последующей термической обработке слитки ЭШП подвергались отжигу по режиму: нагрев до температуры 860 "С, выдержка 6 часов; охлаждение с печью со скоростью 40 °С/ч до температуры 740 0 С; выдержка — 6 часов; охлаждение с печью до 400" С и далее на воздухе. Твердость после отжига составила 4,1 мм (диаметр отпечатка).
Химический состав сталей
Таблица 1
Марка стали Химический состав, %
С МП Сг V МО М Б р
5ХНМ 5950-73 0,50-0,60 0,10-0,40 0,50-0,80 0,50-0,80 - - 0,15-0,30 1,40-1,80 <0,03 <0,03
Р6М5 ГОСТ 19265-73 0.80-0,8В <0,5 <0,4 3.80-4,30 5,50-6,50 1,70-2,10 5,0-5,5 £0,40 — —
Расчетный химический состав стали ЭШП
Таблица 2
Весовое соотношение Химический состав комбинированного переплавляемого электрода, %
5ХНМ Р6М5 С & Мп Сг Мо № V
10 1 0,53 0,13 0,47 0,80 0,59 1,27 0,50 0,15
-0,63 -0,26 -0,72 -1,13 -0,77 -1,64 -0,59 -0,19
Таблица 3
Свойства сталей ЭШП
Весовое соотношение стали, в.ч. Температура закапки, °С Предел прочности, МПа Ударная вязкость, КДж/м2 Телостойкость НИС 41, при "С Расход стали Р6М5 на 1000кг стали 5ХНМ, кг
5ХНМ Р6М5
10 1 880-990 1480-1510 340-430 590-610 100
Таблица 4
Промышленные испытания стойкости штампов
Наименование обрабатываемой детали Наименование оборудования, характеристика Стойкость (количество отштампованных деталей)
5ХНМ 5ХНМВФШ
Фланец ГОСТ12820-80 Ду100РУ25 Молот штамповочный с массой падающих частей 5 тонн 3740 7410
Фланец ГОСТ12821-ВО Ду100РУ16 Молот штамповочный с массой падающих частей 5 тонн 3300 6740
После предварительной механической обработки штампы подвергались закалке и отпуску.
После окончательной механической обработки штампы испытывали на стойкость в промышленных условиях (см. таблицу 4).
Проверка химического состава стали показала его соответствие с расчетным по таблице 2. Дополнительный химический анализ материалов композиционного электрода при различных весовых соотношениях сталей 5ХНМ и Р6М5 показал, что содержание углерода, кремния, марганца в стали ЭШП практически не изменяется. При увеличении в комбинированном электроде массовой доли стали 5ХНМ содержание никеля увеличивается, а хрома, молибдена, вольфрама и ванадия уменьшается.
Эта закономерность позволяет выбрать соотношение стали 5ХНМ и стали Р6М5, позволяющее получить сталь ЭШП комбинированным электродом с максимальной теплостойкостью и температурой закалки не выше 1000 °С. Это соотношение — 10:1.В таблице 3 представлены механические свойства испытуемых образцов сталей ЭШП.
Для проведения производственных испытаний стойкости изделий из слитков ЭШП изготовлен штамп, с химическим составом стали: С = 0,58%; 5 = 0,010%; 51 = 0,28%; Мп = 0,63%; Сг=1,1%; Ш = 0,54%; V = 0,19%; № = 1,40%; Мо = 0,61%; Р = 0,014%. Весовые соотношения компонентов по таблице 3.
Расходуемый электрод собрали из отработанных штампов стали 5ХНМ, к нему приваривали с помощью ручной дуговой сварки отработанные сверла из
стали Р6М5 с предварительно отрезанными хвостовиками.
Анализ представленных данных (табл. 4) показывает, что стойкость штампов из стали 5ХНМВФШ увеличивается в 1,8 ч 2,2 раза в сравнении со стандартными штампами из стали 5ХНМ.
Штамповый инструмент из электрошлаковых отливок имеет более высокую стойкость по сравнению с инструментом, полученным из поковок металла открытой выплавки. В отливках отсутствуют ликваци-онные дефекты, металл плотен и имеет изотропные свойства по всем сечениям. Литым штампам присуща большая по сравнению с обычным металлом сопротивляемость развитию трещины. Это объясняется их высокой термической ударной прочностью и малой склонностью к растрескиванию.
Приведенные данные достаточно убедительно свидетельствуют о высоких служебных свойствах литого электрошлакового металла в сравнении с соответствующими свойствами кованого металла. Деформация литого электрошлакового металла несущественно влияет на его свойства. При этом большая степень деформации порождает анизотропию механических свойств, которую не имеет литой электрошлаковый металл. Это исключает необходимость обязательного дополнительного деформирования заготовки штампа для достижения требуемой карбидной однородности.
Процессы ЭШП обладают гибкостью, т. к. позволяют получать стали с заданным химическим составом и физико-механическими свойствами. Это обес-
печивается введением в переплавляемый металл определенных составов порошков, расходуемых легирующих элементов (дополнительный привариваемый электрод) и подготовкой композиционного электрода по весу, габаритам, по форме.
Библиографический список
1. Гринюк B.C. Повышение стойкости крупных молотовых штампов, изготовленных излитого металла ЭШП/В С. Гринюк, Карпов В.Ф и др. // Рафинирующие переплавы.- Киев: Наукова Думка, 1975. - Вып.2. - С. 109-111.
2. Патон Б.Е. Фасонное электрошлаковое литье - новый метод получения эаготовокдеталей ответственного назначения / Б.Е Патон, Б.И, Медовар, Ю.В. Орловский - Киев: НауковаДумка,1980.-Вып. 13,- С. 9-12.
3. Патон Б.Е. Электрошлаковое кокильное литье / Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, Ю.В. Орловский. - Киев: Общество Знание УССР, 1982.- С. 64.
4. Гринюк B.C. Производство крупных штамповых заготовок методом ЭШЛ/ B.C. Гринюк, В.Я. Саенко, Б.И. Медовар, Г. А. Бойко и др. // Проблемы специальной электрометаллургии. - Киев: НауковаДумка, 1978. - Вып. 8. - С. 31-37.
5. Власов А.Ф. Влияние электрошлакового переплава на свойства литой штамповой стали 5ХНМ / А.Ф. Власов, Г. А. Молодан, М.М.Дьяков, Т.С. Изотова//Проблемы специальной электрометаллургии. - Киев: НауковаДумка, 1989. - Вып. 2. С.. 23-28.
ЖЕРЕБЦОВ Сергей Николаевич, генеральный директор ЗАО «Омский завод специальных изделий». ГРЯЗНОВ Владимир Васильевич, доцент кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» Омского государственного технического университета.
УДК ¿29.7.018.4
М.Ю.СЕРГАЕВА В. Г. ЦЫСС
Омский государственный технический университет
МЕТОДОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТ ПО ПОДТВЕРЖДЕНИЮ ТРЕБУЕМОГО РЕСУРСА И ГАРАНТИЙНОГО СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ СИСТЕМ ВИБРОЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ_
Рассмотрена методология, обеспечивающая выполнение работ по подтверждению требуемого ресурса и гарантийного срока эксплуатации виброизоляторов систем виброзащиты оборудования. Методология апробирована как на серийных, так и на вновь разрабатываемых конструкциях различных типов виброизоляторов. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований произведено увеличение гарантийных значений срока эксплуатации и ресурса ряда виброизоляторов.
Виброизолирующие системы на основе рези- Подтвердить требуемый срок эксплуатации (Шлет) новых и пневматических упругих элементов находят и ресурс работы (50 тыс. часов) виброизолирующих широкое применение в амортизирующих крепле- систем без проведения теоретических и экспери-ниях оборудования, установленного на автомобиль- ментальных исследований в настоящее время прак-ном транспорте, судах, летательных аппаратах. В тически невозможно по следующим причинам: настоящее время виброизолирующие системы име- 1) отсутствуют данные по эксплуатации таких кон-ют, в основном, гарантийный срок эксплуатации не струкций в течение длительного времени в реальных более 5 лет и ресурс 25...30 тысяч часов. Растущие условиях эксплуатации;
требования к долговечности и надежности аморти- 2) прямые стендовые испытания виброизолирую-зируемого оборудования и конструкций (включая и щих конструкций являются достаточно длительными, виброизолирующие системы), обуславливают необ- В методическом плане работы по подтверждению ходимость выполнения работ по повышению срока требуемого ресурса и гарантийного срока эксплу-эксплуатации и ресурса виброизоляторов, входящих атации виброизоляторов различного оборудования в качестве основного элемента виброизолирующих предусматривают выполнение следующих основных систем. этапов (11:
