МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ БРОНЗЫ БР. ОСЦН 10-13-2-2 ПРИ ЛИТЬЕ В ФОРМЫ С РАЗНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Из рисунка 3 видно, что б структуре применяется новый физический принцип действия, основанный на использовании тепловой энергии для управления жесткостью технологической системы. Реализация данного принципа обусловливает появление в структуре новых элементов (тепловой привод), исключение ряда существующих элементов (сухарь, болт и т.д.) и появление новых функций:

- Р31 - адаптивно менять силу прижима подводимой опоры (Е2) к заготовке;

- Р,2 - базировать тепловой привод (Е3).

На рассматриваемом этапе конструирования могут предлагаться множество улучшенных конструктивных функциональных структур и вариантов их реализации. Фактически на этом этапе определяется перечень необходимых и достаточных функций, которыми должен обладать технический объект, предлагается список физических принципов действия, которые способны реализовывать функции, уточняется список недостатков, подлежащих устранению.

Следующим этапом конструирования является материальная реализация конструктивно-функциональных структур, отвечающим поставленным требованиям.

На рис.4 схематично представлено одно из возможных технических решений, отражаощих приведенную на рис.3 конструктивную функциональную структуру домкрата.

Блок пружинных домкратов с тепловым приводом для обработки маложестких деталей работает следующим образом. Перед началом работь заготовка 7 устанавливается в приспособление на опоры 4, положение которых задается условиями обработки. В процессе обработки

(например, фрезерования плоскости) усиливается тепловыделение в зоне резания и увеличивается нагрев тонкой стенки заготовк/1. Опора 4, выполненная из материала с высоким коэффициентом линейного расширения (например, нитинола), под действием температуры удлиняется, что приводит к сжатию упругого элемента 5. При этом увеличивается сила прижима данной опоры 4 к поверхности обрабатываемой детали 7 и, следовательно, жесткость технологической системы. Происходит уравновешивание силы резания силой прижима. Регулирование силы прижима для различных условий обработки осуществляется выбором жесткости упругих элементов 5, материала с высоким коэффициентом линейного расширения, из которого выполнены опоры 4, и высотой дисков 6. Недостатком описанного технического решения является высокая инерция срабатывания подводимой опоры.

Литература

1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. -М.: Машиностроение, 1988. - 368 е., ил.

Методика определения скорости охлаждения бронзы Бр. ОСЦН 10 13 2 2 при литье о формы с разной

теплопроводностью

A.B. КОРЧМИТ, ассистент, Ю.П. ЕГОРОВ, доцент, канд. техн. наук.,ТПУ, г. Томск

Оловянистые бронзы относятся к металлическим материалам, известным с давних времен, однако, несмотря на это, их строение и свойства изучены еще недостаточно. Особенно мало исследованы применяемые в промышленности сложные бронзы, в состав которых кроме олова входят цинк, свинец, никель и другие элементы [1].

Закономерности формирования структуры и свойств от условий литья у большинства оловянисто-свинцовистых бронз схожи. Поэтому в качестве основного материала для исследований принята пятикомпонентная оловянистая бронза Бр. ОСЦН 10-13-2-2, пэименяемая для изготовления сегментных уплотнений компрессора для сжатия этилена. Химический состав бронзы Бр. ОСЦН 10-13-2-2 приведен в таблице 1.

Таблица 1

Sn Pb Zn Ni Си

9,5-10 12-13 2-3 2 остальное

Химический состав Бр. ОСЦН 10-13-2-2, % (по массе) На формирование структуры и свойств отливок из мно-

гокомпонентных бронз одновременно оказывают влияние ряд технологических факторов, таких как температура заливки (теплосодержание расплава), теплоаккумулирующая способность фоэмы (скорость охлаждения), скорость заливки, и некоторые другие.

В данной работе определяли скорость охлаждения бронзы Бр. ОСЦН 10-13-2-2 в формах с разной теплопроводностью. Для исследований использовали формы с различной теплопроводностью: металлические (стальные), оболочковые и алюмохромфосфатные. Предполагается, что скорость охлаждения в алюмохромфэсфатных формах близка к скорости охлаждения в песчано-глинистых формах. Температуры заливки - 1050°С и 1220°С. Температуру контролировали с помощью быстродействующего оптического пирометра ТПТ-90 с лазерным наведением фирмы Адета (Швеция). Скорость действия пирометра -0,7 °С/сек., погрешность измерения прибора ± 1°С. Плавку проводили в высокочастотной индукционной тигельной печи ВЧГ2-100/0,066 из технически чистых металлов в графитовом тигле. Расплав перегревали перед разливкой на 50...70°С, раскисляли фосфористой медью, а затем под-стуживали до требуемой температуры.

№ 1 (26) 2005 23

-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Для определения скорости охлаждения Бр. ОСЦН 10-13-2-2 в формах с разнсй теплопроводностью, бронзу заливали в металлическую, оболочковую и алюмохро-мфосфатную формы как показано на рис.1. Хромель-алю-мелевую термопару (с!=0,3 мм) располагали на расстоянии 5 мм от стенки формы на 1/2 глубины. Полученная отливка имела размеры 80X15Х' 5 мм. Регистрация значений тер-мо-э.д.с. велась с помощью оригинального высокоскоростного прибора «Термограф», разработанного на кафедре ПМЭ Томского политехнического университета доцентами Солдатовым А.И. и Цехановским С.А. Прибор способен регистрировать 40 значений термо-э.д.с. в секунду и вносить в память 1600 показаний. Объем памяти прибора позволяет сохранять 16 кривых охлаждения. Далее обработка результатов и построение графических зависимостей велись при помощи компьютерной программы.

Рис. 1. Схема определения скорости охлаждения Бр. ОСЦН 10-13-2-2 в фермах с разной теплопроводностью: 1- форма (металлическая, оболочковая, алюмохромфосфатная);

2- расплав; 3- хромель-алюмелевая термопара

Расчет скоростей охлаждения проводили по формуле:

где (Т1 - Т2) - заданный температурный интервал,

т - время кристаллизации в данном интервале.

Бронза Бр. ОСЦН 10-13-2-2 кристаллизуется в интервале температур. Согласно диаграмме состояния Си-вп [2], температура ликвидуса бинарной бронзы с содержанием 10% Бп лежит в пределах 1010±5°С. Никель повьшает температуру плавления [3], в то время как свинец и цинк снижают ее [1^ 1аким образом, предполагаемая температура начала кристаллизации бронзы Бр. ОСЦН 10-13-2-2 приблизительно равна 1010±10°С [3].

Температура солидуса Бр. ОСЦН 10-13-2-2, учитывая, что нашем случае бронза кристаллизуется в неравновесных условиях, равна 8С0°С и совпадает с температурой перитектического превращения а<->р [1].

За расчетный температурный интервал выбрали эффективный интервал кристаллизации (1000 - 800)°С, полагая, что в нем формируются кристаллы а и (3 - фаз, от строения которых, в конечном счете, зависит распределение и морфология вторичных фаз - эвтектоида (а+8) и легкоплавкой свинцовой составляющей. Подставляя в формулу (1) расчетные температурные интервалы кристаллизации в различных формах и время кристаллизации в них, получим следующие результаты (таблица 2).

Таблица 2

Температура Скорость охлаждения

Форма залив<и, °С Vow,, °/сек

(в интервале 1000-800°С)

металлическая 1050 78,1

1220 110,8

оболочковая 1050 8,26

1220 7,15

алюмохромфосфатная 1050 1,18

1220 0,446

Т,°С 1200

1150

1100

1050

1000

950

900

850

800

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

0 10 20 30 40 50 60 70 80

i, сек

Рис.2. Кривые охлаждения Бр. ОСЦН 10-13-2-2 отлитой в формы с разной теплопроводностью:

1- в кокиль при 1050 °С,

2- в кокиль при 1220 °С,

3- в оболочковые формы при 1050 °С.

4- в оболочковые формь при 1220 °С.

5- в алюмохромфос-фатные формы при 1050 °С,

6- в алюмохромфосфатные формы при 1220 °С

Анализ кривых охлаждения отливок (рис.2.), залитых при температуре расплава 1050°С и 1220°С в формы с разной теплопроводностью и данные таблицы 2, показали, что наибольшая скорость охлаждения расплава в температурном интервале кристаллизации (1000...800°Ci наблюдается в металлической форме при температуре заливки 1220°С (кривая 1), а наименьшая - в алюмохромфос-фатной при той же температуре заливки (кривая 6). Скорость охлаждения в металлической форме В10..15 раз выше, чем в оболочковой и в 100.. 150 раз выше чем d алю мохромфссфатной.

Таким образом, при литье в кокиль перегрев расплава ведет к псвышению скорости охлаждения, а при литье в алюмохромфосфатные формы, наоборот, к снижению. По всей видимости, связано это с тем, что алюмохромфосфатная форма, обладающая низкой теплопроводностью, при заливке перегретого расплава не отводит тепло, а задерживает, замедляя процесс кристаллизации. Массивный кокиль, благодаря большой теплоотдаче, успевает отводить тепло подобно металлической водоохлаждаемой форме. Отливки, залитые с разных температур, кристаллизуются примерно в одном промежутке времени, и поэтому скорость охлаждения в кокиле тем выше, чем выше температура заливаемого сплава.

Полученные результаты позволяют проводить дальнейшие исследования и устанавливать зависимости формирования структуры и свойств отливок из бронзы Бр. ОСЦН 10-13-2-2 от скорости охлаждения.

24 № 1 (26)2005

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Литературы

1. Червякова В.В., Пресняков A.A. Сложные латуни и бронзы. - Алма - Ата: Наука, 1974. - 262 с.

2. Лебедев К.П., Райнес Л.С., Шеметев Г.Ф., Горячев

А.Д. Литейные бронзы. - М. - Л.: Машиностроитель, 1973.-311 с.

3. Смирягин А.П., Смирягина H.A., Белова A.B. Промышленные цветные металлы и сплавы: Справочник. - М.: Металлургия, 1974. - 485 с.

Влияние режима сварки на формирование структуры и свойства сварных соединений

Ю.Н. САРАЕВ, профессор, доктор техн. наук, В.П.БЕЗБОРОДОВ, ст. научн. сотр., канд. техн. наук,

A.B. ТЮТЕ В, вед. технолог, И.В.НИКОНОВА, вед. технолог, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск

Трубы диаметром 1020 мм для нефте- и газопроводов из стали 17Г1СУ используются в тяжелых условиях эксплуатации при знакопеременных нагрузках и низких температурах. При сварке такой стали стационарной дугой возникает перегрев металлов шва и зоны термического влияния (ЗТВ), вызывающий сильное укрупнение зерен и снижение прочности сварных соединений. Для решения проблемы повышения прочностных и эксплуатационных свойств сварных соединений в ИФПМ СО РАН используется новый подход, связанный с управлением процессом плавления и переноса электродного металла при адаптивной импульсно-дуговой сварке. Это достигается применением нового технологического процесса, способного обеспечивать управление сложной электродинамической системой «источник питания - электрод - дуга - сварочная ванна» в зависимости от мгновенных значений энергетических характеристик дуги с использованием каналов обратных связей [1-3].

Целью данной работы является исследование влияния режимов стационарной и импульсной сварки труб из низколегированной стали 17Г1СУ на структуру и механические свойства сварных соединений, включая характер распределения легирующих элементов в околошовной зоне, микротвердость структурных составляющих и ее распределение в зонах сварного соединения, а также усталостную прочность.

В работе для изготовления образцов производилась сварка стационарным и импульсным режимами фрагмен-

тов размерами 140x300x14 мм, вырезанных из труб. Сварка стационарным режимом выполнялась по штатной технологии с использованием источника питания инверторного типа МП 2400 фирмы «KEMPPI» (Финляндия), а сварка импульсным режимом - с выпрямителем ВД-306Э в комплекте со специализированной приставкой УДИ-205, обеспечивающей адаптивный технологический процесс [3]. Применялись электроды марки OK (Швеция). Технологические параметры стационарного и импульсного режимов сварки приведены в таблице 1.

Аттестация структуры зон сварных соединений проводилась на оптическом микроскопе МЕТАМ РВ-23. Качественный ми<рорентгеноспектральный анализ в заполняющем слое околошовной зоны сварных соединений осуществлялся на установке «Camebax microbeam» методом поверхностного сканирования при ширине зонда 2 мкм и шаге 20 мкм, ускоряющем напряжении 20 кВ, Мп Ка- и Si Ка- излучении. Измерения микротвердости металлов в зонах сварного соединения производились на приборе ПМТ-3 при нагрузках на индентор 0,5 и 1,0 Н. Испытания образцов на усталостную прочность при динамическом нагружении растяжением проводились при нагрузке 400 МПа и частоте 10 Гц на машине «Hydropuls» фирмы «Schenk». Образцы были вырезаны из сварных соединений стали в соответствии с ГОСТ 25.502-79 с надрезами в области ЗТВ и сварного шва.

Исследования показали, что использование импульсного режима сварки обеспечивает засчет регулируемого

Таблица 1

Марки элект родов и технологические паргмет ры стационарного и импульсного режимов сварки

Режим сварки Применяемые марки электродов для слоев шва Технологические параметры Диаметр

1имп,* А 1пауз,* А Тимп,** сек. Тпауз,** сек. электрода, мм

Импульсный Корень - ОК 53.70 Заполнение 1.- ОК 74.70 Заполнение 2,- ОК 74.70 100 180 200 45 65 70 0,25 0,25 3 4 4

Облицовка - ОК 74.70 200 70 4

Корень - ОК 53.70 80-85 3

Стацио- Заполнение 1.- ОК 74.70 140 - 4

нарный Заполнение 2. - ОК 74.70 Облицовка - ОК 74.70 140 145 _ 4 4

- ток импульса и ток паузы ** - период импульса и период паузы

№ 1 (26) 2005

25