CC BY
8
УДК 609.131.7
М. I. Пашечко, К. С. Лен1к, В. Р. Скальський
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГИВИГОТОВЛЕННЯI МЕТОДИКИ РАНЖУВАННЯ ЗА ЯК1СТЮ ПОРОДОРУЙНУЮЧИХ Б1МЕТАЛЕВИХ ДИСК1В ПРНИЧОПРОХЩНИЦЬКИХ
КОМПЛЕКС1В
Приведено розроблену технолог1ю виготовлення \ методику ранжування за якстю породоруйнуючих б1металевих диске г1рничопрох1дницьких комплексе. Показано, що методом АЕ можна ефективно ранжувати за якстю б1металев1 елементи конструкцй та виробв. Для цього доцльно створювати напруження у )'х перер1з1, яю р1вном1рно розпод\-ляються по всьому об'ему виробу. Виявлено, що швидксть навантаження (в межах без-печних значень) суттево не впливае на генерацю сигнал ¡в АЕ яксними виробами.
Вступ
В Укратн до 1989 року породоруйнуючi 6iMeTa-левi диски до Мрничопрохщницьких комплексв застосовувались тльки зарубiжного виробництва i3-3a вщсутност вщповщних вп"чизняних технолога i матерiалiв. Диски призначенi для работи с породами твердютью бтьше 12 одиниць по шкалi Про-тодяконова. При цьому вони пщдаються циклiчим навантаженням стиску, а тимчасове навантаження на один диск при наявност трщин в забот i при корекци ходу комбайна сягае до 200...250 kN, а короткочасн, при корекци ходу комбайна у лавi -до 1000 kN [1,2].
Тому матерiал рiжучоТ частини диска повинен мати високу твердють (HRC 57-62) в поeднаннi i3 достатньо високою в'язкiстью, а матерiал ступицi - высоку в'язкiсть i пластичнiсть.
Мета проведених дослiджень - розробити тех-нологiю виготовлення i методику ранжування за якiстю литих породоруйнуючих бiметалевих дискiв гiрничопрохiдницьких комплексв.
Технологiя виготовлення i структура породоруйнуючих бiметалевих дискiв прничопро-хщницьких комплексiв
Першi партп породоруйнуючих литих дискiв (рис. 1, 2), розроблен i виготовленi на дослщному вироб-ництвi ФМ1 НАН Укратни, почали серiйно застосову-ватись в 1989 роц при будiвництвi "Севсромуйско-го" тонеля БАМ. Вони були цтьнолитими iз одного зносостiйкого матерiалу. Однак Тхн експлуатацiйнi властивостi виявилися на 10-20 % нижчими зару-бiжних аналогiв фiрми "Вiрт" (ФРН) i "Роббiнс" (США) [1].
Технолопя виготовлення литих породоруйнуючих бiметалевих дисюв повинна забезпечити високу твердють i зносостiйкiсть рiжучоТ перифермнот частини iз Ыструментальнот сталi типу Х12 [1, 2] iз високою в'язкютью ступицi, виготовленот iз конст-рукцйнот сталi.
© М. I. Пашечко, К. С. Ленж, В. Р. Скальський 2006 г.
Рис. 1. Лит породоруйную^ бiметалевi диски
Рис. 2. Макрошлiф бiметалевого диска
Б1металев1 в1нц1 диск1в породоруйн1вного ¡нстру-менту (ВДП1) виготовляють вщцентровим електрош-лаковим литвом. Вони мають форму к1лець (рис. 1), зовншня твердосплавна частина яких е робо-чою I виготовлена 1з зносо-стйкот та твердот стал1, а внутр1шня (матриця) е пром1жною м1ж ВДП1 I валом, на який вони напресовуються, I виготовлена 1з в'язких сталей типу 40ХЛ (рис. 2) [1]. Скпаднють технологчного процесу виготовлення ВДП1 та Тх значна соб1варт1сть вимагають високот якост1 виготовлення. Це зумовлюе проведення вщбракуван-ня виробу перед здмсненням фУшнот механчнот обробки.
Вивчення в1тчизняного I заруб1жного досв1ду виробництва б1металевих вироб1в показало, що
найбтьш доцтьним i перспективним е використан-ня хромистих сталей. В якост флюав при виготов-леннi бiметалевих дисш методом електрошлако-вого переплаву використовували СаО, А12О3, СаР, ВаС1, В2О3, №Р. Розробленi склади флюав волод-iють низькою температурою плавлення i невеликим поверхневим натягом.
Встановлено, що для пщсилення ефекту зми-вання корки шлаку iз вшьноТ поверхнi металу рiжу-чоТ частини, необхiдно при заливцi металу ступиц змiнювати швидкiсть обертання ливарноТ форми.
Структура вiдливок характеризуеться наявнютю евтектики системи Ре-Сг-С по границях зерен (рис. 3), а зона сплавлення - високою адгезiею (500-600 МПа) (рис. 4).
Рис. 3. Структура ржучоТ частини сталi литих суцтьноме-талевих (а) i бiметалевих (б) дискiв
Рис. 4. Структура зони сплавлення бiметалевих дискiв
Вщпрацьовано декiлька варiантiв режимiв тер-мiчноТ обробки дискiв [1]:
1. Гартування вiд температури 1100-1120 °С, при яш значна частина хромистих карб^в переходи-
ла в розчин, з послщуючим вiдпуском вище 500 °С для одержання бiльш дисперсних карб^в Сг7Сз, дестаб^заци залишкового аустенiту.
2. Гартування вщ температури 1075 °С з послщу-ючим выпуском вище 500 °С. При цьому вщбу-ваеться видiлення переважно карб^в цементитно-го типу F езС i зменшуеться кiлькiсть залишкового аустенггу внаслiдок утворення мартенситу.
3. Гартування вщ температури 950-1000 °С з послщуючим подвiйним вiдпуском вище 500 °С i нижче 500 °С. При цьому утворюються карбiди F езС и Сг7Сз, а твердий розчин значно збiднюеться вуг-лецем.
Результати АЕ-дослщжень та 1х штерпре-тування
Використовували ВДП1, виготовленi на сильному укратнсько-ымецькому пiдприемствi "1СМ" (м. Дрогобич) [1]. Початковi точки прикладання сил (по-зицiя I) вибирали довтьно, а потiм вирiб наванта-жували в точках, що ф^сувалися в затисках гщрав-лiчноТ розривнот машини марки Р-100 пюля обертання ВДП1 на 90° вщносно своет осi (позиця II).
ОбГрунтування методики ранжування за якютю породоруйнуючих бiметалевих дискiв приведено в [3-5]. Метод акустичнот емiсiТ (АЕ) дае безпосеред-нью Ыформацю про динамiку зародження мiкро-та макротрщин в об'емi контрольованого об'екту без додаткового збудження фiзичних полiв. Особливо привабливою е перспектива застосовувати його для оцЫки якост виробiв iз позицiй лУйнот мехаыки руйнування.
Мета даних дослiджень е створення та апроба-цiя методики оцЫки якостi бiметалевих вiнцiв поро-доруйнiвного iнструменту за сигналами АЕ безпо-середньо пiсля вiдливання виробу.
В основу методики покладено АЕ-контроль го-товот вiдливки пiсля створення в тт об'емi напру-жень, що провокують зародження мiкро- та макродефект [2]. Такi напруження рiвномiрно розпод^ ляються по об'ему ВДП1 i за сигналами АЕ Ытег-рально оцiнюють якiсть виробу в цтому.
Блок-схема експериментальних дослщжень приведена в працi [2]. На боковм поверхнi матрицi ВДП1 встановлювали первинний перетворювач сиг-налiв АЕ, що ф^сувався струбциною iз притиском 25...30 N. Сигнали АЕ поступали на попереднм пщсилювач, а звщти - на прилад АЕ типу АВН-3, вiдтак записувалися в аналогов^ формi на швид-кодiйному реестраторi Н-338/4, куди надходили також аналоговi сигнали вiд тензометричного динамометра сили. Сигнали АЕ реестрували у смузi частот 120...360 kHz з коефiцiентом пщсилення 75 dB, а дискримЫаця сигналiв АЕ була на рiвнi 0,4 V.
Поеднуючи записав акустограми одержанi вiд ВДП1 з даними про навантаження, амплггуду та пщсумковий рахунок сигналiв АЕ в позицях I та II,
оцнювали ïx яксть за в1дпов1дним спввщношен-ням i3 урахуванням даних тарування чутливост АЕ-тракту джерелом Гсу [4,5].
Як показуе акустограма, записана у реальному масштабi часу, на початку навантаження АЕ викли-калася, напевно, притиранням затисюв i3 матрицею ВДП1. Вона супроводжуе iнтервал навантаження 0...180 kN (дтянка мiж точками 0 i 1 на рис. 5) i псля цього зникае. Загасання АЕ характерне також в межах 180...250 kN (дтянки I-II), потм з'являеться спалах АЕ-активностi, водночас збтьшуеться амп-лiтуда та рiзко зростае пдсумковий рахунок сигналiв АЕ N. Це, очевидно, i свщчить про початок розвит-ку мiкро- (безперервн сигнали АЕ малих амплiтуд) та макродефектв в об'емi ВДП1 (дискреты АЕ висо-ко'|' амплiтуди). В цей же час дiаметр ктьця звужуеть-ся в перерiзаx, перпендикулярних до осi сил.
На дтянках III-IV (рис. 5,а), в межах 250...430 kN, АЕ-активнють спадае порiвняно з загальною фоно-вою. Гпотетично можна вважати, що в цей час де-фекти внаслiдок мiкророзтрiскування, чи тертя не-рiвностей поверхонь твердих вкраплень, не виника-ють. Вище 430 kN починаеться новий потужний спалах АЕ (акт^заця процесiв розвитку дефектiв), який тривае в межах 430...460 kN (дтянки IV-V). Тому, щоб запоб^и руйнування ВДП1, розтягальн зусил-ля не збтьшували i почали його розвантажувати. Характер АЕ на дiлянкаx V-IX аналопчний, як в Ытер-валi зростання навантаження. Отже, за сигналами АЕ встановлено значну дефектнють ВДП1 (позицiя I). Це пiдтвердилось при повторному навантаженн i змiнi точок прикладання сил (позицiя II, рис. 5,б). ВДП1 зруйнувався в точц VI дiаграми пiд час розванта-ження вiд 500 до 450 кН.
Якюн ВДП1 мали незначн спалахи АЕ-активностi в позицiяx I i II (рис. 6,а). Тому ктька таких ВДП1 на-вантажували вище критичного зусилля розтягання [P] = 533 kN аж до Р = 740 kN. Пдвищення верхньо' межi безпечного допускного навантаження визначе-но за вказаною методикою. Воно зумовлене покра-щенням механчних властивостей матерiалiв робочо' (зовншньо'') частини та матриц ВДП1 внаслiдок до-даткових теxнологiчниx операцiй. Характер АЕ-вип-ромiнювань майже не змiнився (рис. 6,б). Подiбне спостерiгалося, коли змЫювали швидкiсть навантаження. Так, випробовували ВДП1 зi швидкостями навантаження 70 kN/min, а з ïï збiльшенням у 2,5 рази характер i покази АЕ-випромЫювання якюних виробiв залишалися такими ж.
ÎMN
б
Рис. 5. Часова залежнiсть розтягуючих зусиль Р та ампл^уд A сигналiв АЕ вiд часу t для ВДП1 низько' якосп: - позицiя I, б - позиця II
ад-
a
а
à,. i,
б
Рис. 6. Розподiл навантаження та ампл^уд сигналiв АЕ niA час випробувань якюних ВДП1 зi швидкiстю навантаження 70 kN/min у межах допускних зусиль Р (позначення а i б вщповщають рис. 5)
У результат експериметлв встановлено, що якiснi вироби мають значення ^ в межах вщ 0,07
до 2,0 а.и./ст3, середньоТ якостi - 2,0......9,5, а
неякюы - 9,5......31,2, вщповщно.
Висновки
Розроблено технолопю виготовлення пород о-руйнуючих бiметалевих дискiв прничопрохщниць-ких комплексiв. Показано, що методом АЕ можна ефективно ранжувати за якiстю бiметалевi елемен-ти консрукцiй та виробiв. Для цього доцiльно ство-рювати напруження у Тх перерiзi, якi рiвномiрно розподiляються по всьому об'ему виробу.
Швидкють навантаження (в межах безпечних значень) суттево не впливае на генерацю сигналiв АЕ якiсними виробами.
Список литературы
1. Разработка технологии изготовления породо-разрушающих биметаллических дисков горнопроходческих комплексов / С. И. Кантор, В. М. Голубец, М. И. Пашечко и др. // Физ.-хим. механика материалов. - 1991. - № 3. - С. 117-
120.
2. Скальський В.Р. Акустико-емiсiйна оцЫка якост бiметалевих вЫцв породоруйывного Ыструмен-ту // Фiз.-хiм. мехаыка матерiалiв. - 1996. -№5. - С. 82-90.
3. Скальський В.Р. Акустико-емюмне визначен-ня накопичення об'емноТ пошкодженостi твер-дих тт // Фiз.-хiм. механiка матерiалiв. - 2003. - №2. - С.84 - 92.
4. Методические аспекты применения метода акустической эмиссии при определении статической трещиностойкости материалов / А. Е. Андрейкив, Н. В. Лысак, В. Р. Скальский, О. Н. Сергиенко. - Львов, 1990. - 34 с. - (Препринт / АН УССР, Физ.-мех. ин-т; № 165).
5. Скальський В.Р., Пашечко М.1., Коваль П.М. Методика ранжування за якютю бiметалевих еле-метлв машинобу^вних конструкцй/Вюник дви-гунобудування. - 2004.- № 3. - С. 212.
Поступила в редакцию 28.05.2006 г.
Приведена разработанная технология изготовления и методика ранжирования по качеству породоразрушающих биметаллических дисков горнопроходческих комплексов. Показано, что методом АЕ можна эффективно ранжировать по качеству биметаллические элементы конструкций и изделий. Для этого целесообразно создавать напряжения по их разрезу, которые равномерно распределяются по всему объему изделия. Выявлено, что скорость наагружения (в пределах безопасных значений) существенно не влияет на генерирование сигналов АЕ качественными изделиями.
The technology of the production and the methodics of the estimation of the quality of bimetallic disks for demolishing drills of mining complex are developed. It is shown that acoustic emission (AE) method allows effectively divide by quality bimietalics elements of consruction. Creation stresses along their section that uniformly distribute in all volume of the article are advisable. Established that the speed of loading (in safety ranges) has insignificant influence on generating AE signals in qualitative products.
