CC BY
327
в диапазоне от 6 до 20 нм. Анализ изображения показал, что нанокристаллы имеют ГЦК-решетку. При изучении тонкой структуры при большом увеличении (рис. 3, б) можно увидеть, что на границах скопилось много дислокаций, а атомные плоскости частично когерентны.
В результате механического легирования в атмосфере аммиака из порошков железа, хрома, никеля и марганца были получены порошковые высоколегированные аустенитные сплавы с сверхравновесным содержанием азота и размером нанокристаллов аустенита 6—36 нм. При помощи механолегирования без дополнительного теплового воздействия удалось не только получить определенный состав порошкового сплава
с нанокристаллической структурой, но и добиться изменения типа кристаллической решетки (исходная ОЦК-решетка железа превратилась в ГЦК). Следовательно, механохимический метод может быть использован для получения порошковых высокоазотистых аустенитных сплавов с нанокристаллической структурой, которые могут применяться при создании криогенной техники, в частности при строительстве танков газовозов СПГ.
Работа выполнена в соответствии с государственными контрактами № П723 и № 16.740.11.0557 на выполнение научно-исследовательских работ для государственных нужд в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Логачёв, С.И. Анализ основных элементов и характеристик современных судов для сжиженного природного газа (судов LNG) [Текст] / С.И. Логачёв // Морской вестник. - 2005, № 3 (15). С. 33-39.
2. Солнцев, Ю.П. Конструкционные стали и сплавы для низких температур [Текст ] / Ю.П. Солнцев, Г.А. Степанов.— М.: Металлургия, 1985.— 271 с.
3. Солнцев, Ю.П. Специальные материалы в машиностроении [Текст] / Ю.П. Солнцев, Е.И. Пря-хин, В.Ю. Пирайнен.— СПб.: Химиздат, 2004.— 640 с.
4. Попович, А.А. Механохимический метод получения порошков тугоплавких соединений [Текст ] /
А.А. Попович, В.П. Рева, В.Н. Василенко // Порошковая металлургия.—1993. № 2.
5. Popovich, A.A. Mechanisms governing tribochem-ical reduction of metals and non-metals from their oxides [Текст] / A.A. Popovich, V.P. Reva, V.N. Vasilenko // Alloys and Compaunds. 1993. Vol. 190.
6. Cisneros, M.M. Processing of m^stmc^^ high nitrogen stainless steel by mechanical alloying // Metallurgical and Materials Transactions. V 36A. May, 2005. — P. 1309-1316.
7. Попович, А.А. Механохимический синтез тугоплавких соединений [Текст] / А.А. Попович.— Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003.
УДК 621.777.4
А.В. Глазков
ТЕХНОЛОГИЯ ХОЛОДНОЙ ГИБКИ ТРУБ МЕТОДОМ ПРОДОЛЬНОГО РАСКАТЫВАНИЯ
Интерес крупных промышленных предприятий к технологиям гибки труб неизменно растет. Специалисты, занимающиеся развитием производства в судостроении, энергетическом машиностроении, автомобилестроении, авиастроении, изучают виды гибки и принципы работы оборудования, проводят анализ технико-коммерческих предложений различных фирм. Наиболее высокие требования к изогнутому
трубопроводу предъявляют автомобильная и аэрокосмическая промышленности. Например, в 2010 году ОАО «Воткинский завод» на аукционе на поставку оборудования указал следующие требования: минимальный осевой радиус гиба Я = 0,7 (В — наружный диаметра трубы), овальность сечения (отклонение от круглости) — не более 2,5—3 % от В, отклонение геометрии трубы теоретического профиля — не более 1 мм.
Металлургия и материаловедение -►
Помимо этого, трубопроводы, применяемые в автомобильной (например, для системы выпуска отработанных газов —СВОГ) и в авиационной промышленности, обладают крайне сложной геометрией (используется множество радиусов гиба, зачастую отсутствуют прямолинейные участки между гибами) и используют сложные для деформации материалы, такие, как коррозионностойкая сталь, сплавы титана или жаропрочные стали. При этом не допускаются дефекты гибки: гофрообразование, следы на поверхности трубы, остающиеся от прижимов, утонения стенки. Для получения таких труб требуются новые эффективные технологии.
Способы холодной гибки труб, применяемые в современном производстве, следующие:
Гибка в штампах. Данный способ предназначается для гибки холодным методом водопроводных и газовых труб с диаметром до 90 мм. Пуансон в виде сегмента, повторяющего диаметр трубы, движется относительно матрицы в форме двух роликов, тем самым сгибает трубу между двух опор. Данный метод удобен и прост в обращении, но не позволяет выполнять качественную гибку трубы радиусом менее Я = 7 Л. В современном производстве используются трубогибы типа РГУ [1].
Гибка на валковых машинах. Этот способ применяется в тех случаях, когда необходимо выполнить операции гибки труб диаметром до 320 мм, а также длинных труб с радиусом гиба Я > 5Л. Труба протягивается между тремя вращающимися роликами. В момент протягивания центральный ролик задавливает трубу между двумя остальными, тем самым сгибает ее. В современном производстве с данным методом используются станки типа СГ [1].
Гибка труб методом наматывания. Труба под действием крутящего момента наматывается на колодку — гибочный ролик. По данному методу осуществляют два типа гибки — бездорновый и дорновый.
Бездорновый вид гибки предназначен для холодной гибки без наполнителя (без дорна) стальных, медных, латунных и т. п. труб с радиусом гиба Я > 3Л. На производстве используются гибочные станки типа СТГ [1] .
Дорновый вид гибки предназначен для холодной гибки с дорном стальных труб с радиусом гиба Я > 1,5Л и отношением толщины стен-
ки трубы к диаметру ^/ё > 0,03). Принцип действия заключается в следующем: трубу устанавливают в ручей гибочного ролика и закрепляют к прямолинейной его части при помощи поджима; устанавливают поджим, которым труба во время гибки прижимается к гибочному ролику. Приводимый во вращательное движение гибочный ролик увлекает за собой трубу, которая, находясь в ручье между гибочным роликом и поджимом, стаскивается с дорна и изгибается на необходимый угол и радиус. Данный метод применяется для гибки особо точных гнутых труб с тонкой стенкой и малым радиусом гиба. На производстве используются гибочные станки типа СГД [1].
Рассмотрим подробнее дорновый вид гибки методом наматывания. Для сохранения заданной круглой формы трубы применяют калибрующие дорны различной конструкции: сплошные, в виде стержня, составные — шаровые гибкие дорны [2].
Наибольшее распространение получили дорны из стержня, имеющего ложкообразную форму конца и шарообразную. Дорн с ложкообразной формой конца применяется для гибки труб диаметром до 75 мм с толщиной стенки 0,7—1,5 мм при радиусе гиба до Я > Л. Дорн с шарообразным концом имеет то преимущество, что на нем можно гнуть трубы, у которых гибы сопрягаются без прямолинейных участков, кроме того, он прост в изготовлении.
Когда при сплошном дорне овализация тонкостенных труб превосходит допустимую величину и образуются гофры, необходимо применять составной дорн. У составных дорнов к сплошному дорну добавляют шарики или ролики со сферическими образующими, которые соединяют так, что дополнительные звенья могут размещаться по всему гибу (рис.1). Такие дорны поддерживают стенку трубы в месте изгиба и, кроме того, создают возможность при перемещении трубы по дорну придать ей круглую форму и даже произвести выравнивание неглубоких гофр. Дорн с шарообразным концом устанавливается с некоторым опережением относительно центра гибочного ролика. [2] Для гибки тонкостенных труб способом наматывания во избежание потери устойчивости стенок трубы устанавливается со стороны гибочного ролика складкоразглаживатель.
Рис. 1. Гибка труб методом наматывания с шаровым дорном
Складкоразглаживатель поддерживает внутреннюю часть гиба. В результате установки складкоразглаживателя та часть трубы, которая гнется, поддерживается со стороны как внутренней, так и внешней части гиба [3].
По экспериментальным данным при дорно-вой гибке методом наматывания труднодефор-мируемых труб из нержавеющих сталей с отношением з/й < 0,02 и радиусом гиба Я = \,5Б под действием возникающих сжимающих сил на внутренней части гиба образуются гофры, а в ряде случаев — складки; искажается проходное сечение трубы — появляются овальность и сплющивание; возникает потеря устойчивости трубы. При таких изменениях формы трубы увеличивается сопротивление движению про-рения и коррозии трубопроводов. Кроме того,
потеря устойчивости трубы приводит к ослаблению ее как несущей конструкции.
При использовании составных шаровых дорнов в зоне гиба из-за потери устойчивости стенки трубы образуются складки — гофры, тем самым часть металла заполняет пространство между шарами, образуются задиры, неровности и другие дефекты трубы. Путь устранения — это уменьшение зазора до минимума между гибким дорном и трубой в зоне гиба. Так как труба переходит из прямолинейного состояния в искрив-ленно-радиусное, то инструменту — дорну — требуется придать возвратно-поступательное движение.
Для решения вышеуказанных проблем дор-новой гибки труб методом наматывания была разработана новая технология: технология гибки труб методом продольного раскатывания. В зону гиба вводится раскатник. Для перекрытия свободных зон между дорном и трубой раскат -нику придают возвратно-поступательное движение. Следовательно, зона работы раскатника должна превышать зону гиба на величину шага раскатных блоков. Раскатные блоки выполнены в виде роликов, при гибке трубы возникает дополнительное облегчение на вытягивание дорна из трубы. Зона напряженного состояния трубы во время гибки распространяется на 45° от начала гиба. Под действием сжимающих сил в зоне гиба труба обжимает гибкий раскатник, что приводит к колебанию стенки и образованию зоны пластического шарнира — облегчению процесса гибки и распределению металла. На прямолинейном участке для выравнивания трубы и облегчения деформирования стенки размещаем цилиндрический раскатник [4]. Цилиндрический раскатник путем возвратно-поступатель-
Я
Рис. 2. Эпюра распределений напряжений стенки трубы под действием раскатника
Металлургия и материаловедение
ного движения и выбора определенного натяга [5] образует пластическая зона трубы — пластический шарнир. В точке приложения раскатывающего элемента под действием натяга возникает сосредоточенная нагрузка Ж (рис. 2). По эпюре распределения напряжений видно, что набольшие значения возникают в точках касания раскатывающих элементов (точки С) и точ-ках прогиба стенки трубы (А и В). Увеличение Ж приводит к появлению пластических деформаций в сечениях А, В, С. Когда материал становится пластическим, изгибные напряжения кратковременно достигают предела текучести по всей площади трех сечений, и прогибы стенки трубы увеличиваются, тем самым облегчая гиб-ку трубы, но сохранив проходное сечение. В момент достижения предельной несущей способности мощность, с которой внешняя сила Ж совершает работу, если она движется с единичной скоростью, равна Жх1 (эта работа пластической деформации в шарнирах выделяется в виде теплоты). Скорость вращения каждого раскатывающего элемента 1/Ь. Если Мр — момент, необходимый, чтобы во всем сечении появились пластические деформации (шарнир), то в точках А и В скорость рассеяния (диссипации) энергии равна Мр/Ь, а в точке С — в два раза больше. Таким образом, Жх1 = 4 М /Ь [7].
В дальнейшем потребуется провести пластический анализ гибки труб с упругими кольцевыми элементами.
Цилиндрическое раскатывание позволит повысить устойчивость стенки трубы в самом начале гиба и создать условие для распределения материала в зону гиба [6], а гибкий раскатник, заходя в пластическую зону, удерживает стенку по всей длине зоны гиба трубы. Возвратно-поступательное движение имеет рабочий ход, равный двойному шагу раскатных блоков. Общий вид технологии представлен на рис.3. Во время раскатывания будет образовываться наклеп, выглаживание, а тем самым — упрочнение и повышение качества внутренней поверхности трубы.
При соблюдении предложенной технологии появляется возможность гибки тонкостенных труднодеформируемых труб из нержавеющих сталей с отношением Б/ё < 0,02 и радиусом гиба Я < 1,5Л, а также гибки труб с внутренним покрытием. Геометрия полученных гнутых труб отвечает высокому качеству — овальность гнутого участка менее 6 % по ОСТ 24.125.03—89. Использование данного метода позволит получить высокоточные трубопроводы. Такой метод будет широко использован в нефтехимической промышленности, судостроении и т. д.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Электронный ресурс: http://technomash.mega- 3. Электронный ресурс: http://www.tubend.ru/ sklad.ru. Шеогу/132/
2. Матвеев, А.Д. Ковка и штамповка. Т. 4. [Текст] / 4. Патент 2 397 835 РФ, МПК Б21Б 9/14. Спо-А.Д. Матвеев.— М., 1987.— 544 с. соб холодной гибки труб [ Текст] / А.В. Глазков.— За-
явка № 2008145769/02.- от 18.11.2008.- Опубл. 27.08.2010.- Бюл. № 24.
5. Козлов, А.В. Определение предельных натягов и усилий при гибке труб методом раскатывания [Текст] / А.В. Козлов, Я.М. Хилькевич // Известия Челябинского научного центра.— 2004.— С. 101-106.
6. Глазков, А.В. Холодная гибка труб продольным раскатыванием [Текст] / А.В. Глазков, С.Г. Лакирев // СТИН.— 2005. № 7.
7. Джонсон, У. Теория пластичности для инженеров [ Текст ] / У. Джонсон, П.Б. Меллор.— М.: Машиностроение, 1979. — 567 с.
УДК 630
СЛ. Котов, В.А. Марков, А.Н. Марков, АЛ. Мальцев
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ПК40Х2 НАНЕСЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО ПРИПЕКАНИЯ
Многие детали ходовой части лесозаготовительных машин, особенно подшипники скольжения и оси, подвержены сильному износу, связанному с тяжелыми условиями эксплуатации техники. Подшипники зачастую дешевле заменить, чем восстанавливать, а вот оси могут быть достаточно дорогими. Причиной изнашиваемости осей ходовой части лесозаготовительной техники служит попадание абразива на фрикционный контакт. Трение — одно из самых распространенных явлений. Оно сопровождает любые относительные перемещения соприкасающихся тел или их частей. В качестве представительной детали для исследования скорости изнашивания выбрана ось катка трелевочного трактора Онежец-300 (рис. 1).
Рис. 1. Оси катка трелевочного трактора
Для восстановления осей катка тракторов предлагается метод электроконтактного при-пекания композиционных материалов, позволяющий повысить их долговечность и одновременно упрочнить рабочие поверхности. Также следует учесть тот факт, что внедрение установки для электроконтактного припекания возможно на большинстве предприятий отрасли и не требует крупных финансовых вложений.
Статья посвящена проведенному исследованию скорости изнашивания восстановленных по данной технологии деталей в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации данной детали. При этом особое внимание уделяется анализу влияния различных параметров технологического процесса припекания (сила тока, напряжение и сила прижима электрода) на износостойкость восстановленной детали.
Методика исследования
Технологическая схема электроконтактного напекания металлических порошков на поверхности деталей показана на рис. 2. Данная схема предназначена для восстановления цилиндрических деталей. Здесь ток в зону наплавки подводится через два наплавляющих ролика. Это позволяет исключить из внешнего контура контактные переходы и тем самым значительно уменьшить потери мощности.
Сущность технологического процесса электроконтактной наплавки заключается в спека-
