CC BY
7постоянными.
Зависимость интенсивности съёма металла (0„) с разной твердостью (НВ) от скорости шлифования (V) , представленная на рис. 4, достаточно адекватно описывается выражением вида
От = К^\/ + К^ + К^Л + + КНВ2НВ. (4)
Эти зависимости показывают повышение интенсивности съема металла с увеличением окружной скорости шлифовального круга. Полученные значения позволяют выбрать оптимальную окружную скорость шлифовального круга Уоп = 46 м/с. Данная скорость удовлетворяет рекомендациям по применению обдирочных шлифовальных кругов на ручных машинах, где скорость круга варьируется в пределах 35...50 м/с.
Таким образом, экспериментально установлен характер влияния прилагаемой нагрузки (Р), подачи (5), скорости шлифования (V) на интенсивность съёма металла (QJ с разной твердостью металла шва (НВ), при обработке сварных швов 09Г2С, СтЗсп, 12Х18Н10Т шлифовальными кругами ПП150x25x32 13АМ 80/63 ¿ОН 35 37 39 БУ с помощью ручных шлифмашин. Установлены оптимальные режимы резания для данного вида обработки предлагаемыми ин-струмен-ами: 5^= 3,6 м/мин; Уоп=46 м/с при усилии прижа-тия Роп= 55 Н. Полученные уточненные данные можно использовать как для работы в производственных условиях стандартными кругами, так и для испытания новых инструментов с контролируемой формой зерна.
О возможности получения чугунных инваров
В. К. АФАНАСЬЕВ, академик РАЕН, профессор, докт. техн. наук,
С.Н. СТАРОВАЦКАЯ, аспирант СибГИУ, Е.В. КУЗНЕЦОВА, аспирант СибГИУ, В.Н. ТОЛСТОГУЗОВ, директор ОАО «Кузнецкие ферросплавы», г. Новокузнецк
Быстрое развитие измерительной, приборостроительной, микроволно вой техники и автоматики приводит к повышению требований к прецизион ным сплавам. Обычные инвары на основе железа, кобальта, никеля уже не удовлетворяют современным критериям. В настоящее время получают рас пространение новые сплавы на основе хрома, титана, марганца, ниобия с до бавлением благородных и редкоземельных металлов. Увеличение количества легирующих элементов в сплаве приводит к усложнению его обработки, при этом конечная стоимость изделия многократно возрастает. А так как цена материала играет значительную роль при его выборе, то разработка недорогих сплавов с инварными свойствами весьма актуальна.
Ранее в работе [1] уже приводились сведения о том, что доменный чугун после термоциклической обработки может быть достойной заменой многих сплавов на основе железа и никеля (как сплавов с низким коэффициентом линейного расширения (КЛР)). Также в последнее время показана возможность получения инварного эффекта на сплавах А1-30%Э1 с добавками сурьмы и свинца после термоциклической обработки [2].
Следует подчеркнуть, что и доменный чугун и заэвтек-тический силумин являются литейными сплавами, в то время как низкие значения коэффициента у инваров, применяющихся в настоящее время, достигаются после холодного проката.
Все вышесказанное указывает на то, что и литейный нелегированный десятками процентов редких элементов сплав с помощью термической обработки может приобретать низкие значения КЛР. Перспективный материал в этом отношении — серый литейный чугун. Воздействие термической обработки на егэ линейное расширение практически не исследовано. Поэтому целью настоящей работы явилось изучение кинетики изменения КЛР литейного чугуна марки СЧ-20 производства ОАО «ЗСМК», содержащего мае. %: 3,65 С; 1,77 0,56 Мп; 0,021 Б; 0,16 Р; 0,32 Сг; 0,19 0,04 Т1; 0,05 V, после применения различных режимов термической обработки. Определение КЛР проводилось по методике, приведенной в [3]. Термическая обработка чугуна заключалась в циклическом нагреве в
интервале: 20 °С 900...950 °С, выдержке в течение 5 мин и охлаждении о средах: печь, вода, кипящая вода. Изучалось влияние времени выдержки при температуре закалки (900 °С). Образцы с закалочного нагрева охлаждались в масле, время выдержки при этом варьировалось эт 5 до 60 мин. Также проводился термоциклический отжиг в интервале 20 °С <-» 500...600 °С с выдержкой при верхней темпера-уре цикла в течение 1 часа. После 20 циклов такого отжига образцы закаливались по режиму: 900 °С, I =15 мин, охлаждение в воде.
Обработка с нагревом в интервале 900...950°С. На рис. 1 приведены результаты влияния термоциклической обработки с охлаждением с печью на линейное расширение серсго чугуна. Видно, что после 5 циклов обработки происходит незначительное увеличение КЛР, после 10 циклов обработки температурная зависимость КЛР практически совпадает с исходной, 15 циклов ТЦО дают некоторое снижение КЛР, а после 20 циклов термоциклического отжига происходит значительное снижение КЛР в очень важном с грактической точки зрения температурном интервале испытания 50...100 °С. Коэффициент линейного расширения достигает при этом значений «50-100 = (3,38...3,39) хЮ^град-1, что сравнимо со значениями КЛР сплавов 36Н, 32НКД, 36НД.
Результаты влияния ТЦО с охлаждением в воду (рис.2) позволили установить две аномалии на температурных зависимостях КЛР после 5 и 10,15 и 20 циклов ТЦО. Первая аномалия наблюдалась при ¿„сп = 150...200 °С. После 5 циклов ТЦО КЛР снижался с а150исж = 10,12x10"6 град1 до а150 = 5,99x1 О*6 град"1; 10 циклов - до а150 = 5,45x10-6 град"1, 15 циклоз до а150 - 5,15x10"6 град-1. После 20 циклов минимум наблюдался при ?исп =200 °С и составлял а200 = 6,07x10"6 град1.
Вторая аномалия на температурных зависимостях характеризуется увеличением КЛР при температурах испытания 300...350С. При этом коэффициент линейного расширения превышает исходные значения в случае 5 и 10 циклов ТЦО. После 15-20 циклов термоциклической закалки можно говорить о том, что КЛР снижается во всем температурном интервале испытания. При /исл =400...450 °С
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
наблюдается резкое падение КЛР. Минимум значений КЛР установлен после 5 циклов ТЦО, и в этом случае а составил 2,84x1с)"6 град-1.
15
13
У1
а с
ч> *
° 9
х Й
7
5
3
50 100 150 200 ¿50 300 350 400 450 Температура испытания. °С Рис. 1. Влияние термоциклической обработки на линейное расширение серого чугуна ( 1 цикл: 900 °С, Т=5\ охлаждение с печью); —о— без обработки, -о— 5 циклов, —а— 10 циклов, —х— 15 циклов. —20 циклов
Температура испытания. еС
Рис. 2 Влияние термоциклической закалки на линейное расширение серого чугуна ( 1 цукл: 900 °С, Т=5', охлаждение с печью); —о— без обработки, —о— 5 циклов, —л— Ю циклов, —х— 15 циклов, —•— 20 циклов
Термоциклическая обработка с охлаждением в кипящую воду также приводит к аномальному поведению коэффициента линейного расширения, но ярко проявляется оно после 15 циклов обработки (табл.1). В температурном интервале 50...100 °С КЛР повышается с 9,41х10*град-1 до 10,64x10"6град1, затем в интервале 100...200 °С уменьшается с 11,13x10-6 град1 до 7,05x106град-1, дальнейшее повышение температуры испытания до 350 °С увеличивает КЛР до 16,73x106 град1. В интервале температур 350...450°С КЛР резко уменьшается до 3,34х10-6град-1.
Изучалось влияние времени нагрева под закалку на линейное расширение серого чугуна. С этой целью проводилась следующая термическая обработка: закалка с 900 °С в масло, время выдержки при этом варьировалось от 5 до 60 мин. Аномальный характер зависимостей КЛР от температуры испьтаний проявился и в этом случае. Также наблюдались низкотемпературная и высокотемпературная аномалии. Результаты измерений сведены в табл. 2. Установлено, что закалка серого чугуна с 900 °С в масло позволяет резко снизить КЛР даже до отрицательных значений а450 = - 2,13x10"® град1 в случае обработки по режиму: 1= 900 °С,Т= 30 мин, масло.
Обработка с нагревом в интервале 500...600 °С и окончательная закалка. Такая обработка позволила получить достаточно низкие значения коэффициента линейного расширения в интервалах испытания 100...200 °С и 400...450 °С (табл. 2). КЛР снижался до значений а100= 6,67x10-® град1 а150= 5,15x10 6 град-1, 0^= 5,64x10-® град1.
При сопоставлении данных по коэффициенту линейного расширения распространенных прецизионных сплавов на основе системы Ре-№ и серого чугуна после предложенных в работе способов термической обработки было установлено, что КЛР серого чугуна в определенных температурных интервалах не уступает КЛР инваров. Результаты, приведенные в таблице 4, подтверждают это положение.
Вывод. Установлено, что ТЦО в температурном интервале 20°С о 900...950°С оказывается очень эффективной в том случае, если охлаждение производится с печью. Коэффициент линейного расширения при этом снижается до значений, сравнимых со значениями КЛР инваров. Также очень низкие значения КЛР достигаются и применением термоциклической закалки особенно с охлаждением в воду. Значительное воздействие на линейное расширение серого чугуна, выражающееся в резком снижении КЛР в низкотемпературном (100...250 °С) интервале испытания и еще более резком снижении КЛР при £ = 400...450 °С вплоть до отрицательных значений а способна оказывать и закалка в масло. Таким образом, применением термической обработки без пластической деформации можно достичь инварного эффекта у такого литейного сплава, как серый чугун.
Количество циклов КЛР при различных температурах испьтания, осх106град'1
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Без обработки 8,6 9,41 10,2 11,13 11,89 12,72 13,13 14,09 12,87
5 8,91 9,99 10,46 11,26 12,48 13,41 14,06 14,09 13,61
10 7,57 8,95 10,97 10,75 12,13 12,72 13,48 13,97 14,35
15 9,85 10,64 8,16 7,05 10,75 14,31 16,43 15,14 3.34
20 8.45 9,26 9,49 9,92 11,77 13,41 14,06 14,09 12,87
Таблица 1
Влияние термоциклической обработки на линейное расширение серого чугуна (900 °С, т=5\ охлаждение в кипящую воду)
№2(31)2006 29
Таблица 2
Влияние времени выдержки под закалку на линейное расширение серого чугуна = 900 °С, масло)
Время нагрева, мин КЛР при различных температурах, ах106град"1
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Без нагрева 8,45 9,7 10,72 11,74 12,47 13,06 13,47 13,37 12,48
5 8,11 9,26 7,79 4,95 9,43 13,06 16,3 16,75 12,61
15 9,61 10,25 6,73 7,69 12,13 14,99 16,82 15,74 1,86
20 8,60 10,64 8,52 6,07 11,15 14,55 16,05 13,02 1,30
30 8,45 10,38 7,59 7,05 11,65 14,65 16,69 15,86 -2,13
45 8,76 8,62 5,15 9,92 14,38 16,32 14,51 0,07 3,14
60 7,57 8,62 7,77 5,23 9,9 13,15 15,81 15,14 12,74
Таблица 3
Влияние термоциклической обработки в интервале 20°С 500...600 °С и окончательной закалки (900 °С, т=15', вода) на линейное расширение серого чугуна
Вид обработки КЛР при различных температурах испытания, ах106град"1
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Без обработки 8,60 9,41 10,20 11,13 11,89 12,72 13,13 14,09 12,87
ТЦО 20 °С<-»500 °С, 1 час, печь (20 цикловн- закалка 8,45 6,67 5,15 9,92 9,99 14,31 13,89 5,23 4,95
ТЦО 20 °С<->550 °С, 1 час, печь (20 циклов)+ закалка 8,60 6,67 5,15 9,15 12,25 14,25 13,36 7,26 5,64
ТЦО 20 °С<^600 °С, 1 час, печь (20 циклов)+ закалка 9,07 6,90 5,45 9,27 13,04 14,99 14,28 7,26 4,95
Таблица 4
Сравнение линейного расширения сплавов на основе Ре-№ и серого литейного чугуна марки СЧ-20 [4]
Сплав Химический поптяr, % Интервал температур, °С Средний КЛРхЮ'6 град'1 (не более) Термическая обработка
Ni Со Прочие
36Н 35...37 - - 20...80 1,5 Закалка в воде с 840 °С отпуск при 315°С (1 ч)
32НКД* 31,5...33 3,3...4,2 Си-0,6...0,8 20...100 1,0 Закалка в воде при 860 °С, отпуск при 315°С (1 ч)
36НХ* 35...37 - Сг-0,4...0,6 20...100 2,0 Закалка в воде с 840 °С. отпуск при 315°С (1 ч)
39Н* 38...40 - - 20...100 3-4 Отжиг с 850 °С, охлаждение на воздухе
35НКТ 34...35 5...6 Ti-2,2...2,8 20...60 3,5 Закалка в воде с 950 °С, отпуск при 650 °С (4 ч)
СЧ-20" Fe -3,65 %С 50...100 3,4 Отжиг с 900 °С (5 мин), печь (20 циклов)
СЧ-20" 400...450 1,6 Закалка в масло с 900 °С (45 мин)
* Сплавы содержат минимальное количество примесей (С < 0,03 %, Si £ 0,3 %, Мп < 0,4 %, S и Р ^ 0,02 %, остальное Fe) ** Собственные данные
Список литературы
1. Афанасьев В.К., Попова М.В., Кольба A.B. и др. Доменный чугун без выделений графита - новый материал многоцелевого назначения /Обработка металлов.- №2 (19).- 2003.-С. 14-15.
2. М.В. Попова. Некоторые пути получения алюмини-
евых инваров / Обработка металлов.- №3 (24).-2004. -С. 16-19.
3. Афанасьев В.К., Кузнецова Е.В., Сочнев A.B. и др. Линейное расширение чугунов / Изв. вузов Черная металлургия. - №8 - 2005. - С. 36-40.
4. Физическая энциклопедия / Под. ред. A.M. Прохорова.- М.: Сов. энциклопедия. 1990.- 704с.
