CC BY
83
УДК 621.99
ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА РЕЗЦА НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Рассмотрено влияние износа режущей пластины на шероховатость поверхности, обработанной точением. Показано, что шероховатость при увеличении износа вначале снижается, а затем возрастает.
Ключевые слова: шероховатость, точение, износ инструмента.
Обычно полагают, что с увеличение износа шероховатость обработанной поверхности увеличивается [1]. Для проверки этого утверждения нами был поставлен специальный эксперимент. Обрабатывалась заготовка, изготовленная из стали 40Х ГОСТ 4543-71. Использовался резец M02L012520M08 ^4Ы; m08p-Ф) с механическим креплением режущей сменной многогранной пластины (СМП) WNMG080408MC, изготовленной из твердого сплава ТТ8115 производства фирмы TaeguTec (Южная Корея), без применения СОЖ с режимами резания, указанными в таблице, и параметрами у = 00, ф = 95°, ф1 = 5°, г = 0,8 мм. Результаты измерения износа показаны на фото (рис. 1)
Нгуен Ван Кыонг, Е.Ю. Кузнецов, А.С. Ямников
а Н3 = 0 мм
б Н3 = 0,23 мм
в И3 = 0,35 мм
г И0 = 0 мм
д И0 = 0,13 мм
е Н0 = 0,22 мм
Рис. 2. Износ резца: а, б, в - по задней поверхности; г, д, е - по передней
Таблица І
Режимы резания________________________________
Обозначение Параметр Значение
D диаметр обрабатываемой заготовки, мм 22,0
d диаметр обработанной поврхности, мм 20,0
s подача, мм/об 0,15
n частота вращения шпинделя, мин -1 1500
t глубина резания, мм 1
V скорость резания, м/мин 103,62
Для исследования влияния износа резца на шероховатость обработанной поверхности были изготовлены специальные образцы (рис. 2).
а
б
в
Рис. 2. Фото образцов: а - обработанного резцом с нулевым износом; б - обработанного резцом с износом 0,23 мм по задней поверхности; в - обработанного с износом 0,35 мм по задней
поверхности
В настоящее время существуют приборы и методы оценки характеристик профиля поверхностей. На приборе HOMMEL TESTER W55 немецкой фирмы HOMMELWERKE производились замеры параметров поверхностного слоя. Прибор позволяет измерять и интерпретировать большое количество параметров поверхностного слоя. Из всех параметров были выбраны: высотные параметры профиля Ra, Rz, Rmax .
Профилограммы и высотные критерии шероховатости сведены в общую картину на рис. 3. Из сопоставления экспериментальных данных на рис. 3 видно, что высота микронеровностей профиля по десяти точкам -Rz , среднее арифметическое отклонение профиля - Ra и наибольшая высота неровностей профиля - R max с увеличением износа сначала уменьшаются (рис. 3,б), а затем возрастают (рис. 3, в).
a
1st nominal LT UT <>
Ra 1.03 |jm 0.00 0.00 0.00 0.00 мт
Rz 5.15 |jm 0.00 0.00 0.00 0.00 jjm
Rmax 6.51 |jm 0.00 0.00 0.00 0.00 pm
1st nominal LT UT <>
Ra 0.90 |jm 0.00 0.00 0.00 0.00 мт
Rz 5.66 (jrn 0.00 0.00 0.00 0.00 |jm
Rmax 6.51 pm 0.00 0.00 0.00 0.00 pm
5.0
0.0
[Mm]
-5.0
R- Profile aligned Filter IS0 11562(M1) Lc = 0.800 mm
i A A ;'..ШШлАЛЛШаЬл \ \ I
v n v цч V vvVv\ v\/vv у
Probe TKU300 Lt = 4.80 mm Lc = 0.800 mm Vt = 0.50 mm/s
4.80
б
5.0
0.0
[pm]
-5.0
R- Profile aligned Filter IS0 11562(M1) Lc = 0.800 mm
Probe TKU300 Lt = 4.80 mm Lc = 0.800 mm Vt = 0.50 mm/s
4.80
1st nominal LT UT <>
Ra 1.36 мт 0.00 0.00 0.00 0.00 мт
Rz 6.58 мт 0.00 0.00 0.00 0.00 мт
Rmax 7.14 мт 0.00 0.00 0.00 0.00 мт
5.0
0.0
[|jm]
-5.0
R- Profile aligned Filter IS0 11562(M1) Lc = 0.800 mm
Probe TKU300 Lt = 4.80 mm Lc = 0.800 mm Vt = 0.50 mm/s
4.80
Рис. 3. Профилограмма поперечных шероховатостей образца, обработанного получистовым точением: а - новым резцом; б - резцом с износом 0,23 мм по задней поверхности; в - резцом с износом 0,35 мм по задней поверхности
Такое колебание высотных параметров вполне объяснимо с позиции общей теории резания и технологии машиностроения [2, 3].
Начальное снижение высотных параметров объясняется явлением «приработки» резца, в том числе и увеличением силы трения по задней поверхности резца и, как следствие, повышение демпфирующих свойств технологической системы [4]. Дальнейшее увеличение шероховатостей можно
в
объяснить увеличением амплитуды вибраций при увеличении составляющих силы резания из-за затупления инструмента.
Эти явления хорошо коррелируются с известной в теории резания и технологии машиностроения кривой износа инструмента: вначале идет период приработки и уменьшение шероховатостей на самой режущей кромке резца, затем - нормальный износ [2, 3]. При переходе в зону предельного износа возрастают силы резания и вызываемые ими вибрации, что и отражают наши замеры.
Работа представлена на второй Международной Интернет-конференции по металлургии и металлообработке, проведенной в ТулГУ 1 мая - 30 июня 2013 г.
Список литературы
1. Нгуен Ван Кыонг, Ямников А.С. Методология оптимизации режимов резания//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. № 1 (291) 2012. с. 56-63
2. Бобров В.В. Основы теории резания. М.: Машиностроение, 1976.
344 с.
3. Основы технологии машиностроения: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов./ Ямников А.С. и др.- под ред. А.С. Ямникова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 269 с.
4. Ямникова О.А. Моделирование упругих колебаний валов при лезвийной обработке: Монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 187 с
Нгуен Ван Кыонг, аспирант, neuyencuone20032004@yahoo. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кузнецов Евгений Юрьевич, канд. техн. наук, ассистент, ke200 7@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, Yamniko vas@ jnail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF WEAR OF CHISEL ON ROUGHNESS OF A TREAT SURFACE Nguyen Van Cuong, Е^т Kuznetzov, А.S. Yamnikov
Influence of wear of cutting plate is considered on the roughness of surface, treated sharpening. It is rotined that a roughness at the increase of wear in goes down the beginning, and then increases.
Key words: roughness, sharpening, wear of instrument.
Nguyen Van Cuong, postgraduate, Nguyencuong20032004@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University,
Kuznetzov Evgeniy Yuryevich, candidate of technical science, assistant,
ke200 7@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yamnikov Aleksandr Sergeevich, doctor of technical science, professor, Yamniko vasamail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 620.171:669-1
О ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ НАПЛАВЛЕННОГО НИЗКОЛЕГИРОВАННЫМИ СВАРОЧНЫМИ
ПРОВОЛОКАМИ МЕТАЛЛА
Е.А. Протопопов, А.И. Вальтер, А.А. Протопопов, П.И. Маленко
Рассмотрена оценка ударной вязкости при +20 °С, -40 °С и -60 °С наплавленного металла при использовании стальных низколегированных сварочных проволок. Показано, что сварочная проволока Св-08Г2С при определенном сочетании легирующих элементов и примесей в пределах допуска на их содержание, регламентированного ГОСТ 2246-70, может обеспечить высокую ударную вязкость наплавленного металла при температуре эксплуатации до -60 °С.
Ключевые слова: ударная вязкость, сварной шов, низколегированные стали, степень ковалентности, степень металличности, сварочная проволока Св-08Г2С.
При изготовлении сварных конструкций ответственного назначения широко применяются низколегированные стали, например перлитные: 09Г2, 09Г2С, 16ГС, 15ГФ, 10Г2, 10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД и др.; бейнит-но-мартенситные: 14Х2ГМР, 14ХГН2МДАФБ и др., для сварки которых в среде защитных газов используется сварочная проволока Св-08Г2С [1, 2].
Каждая плавка стали, предназначенной для производства проволоки Св-08Г2С, имеет свой уникальный химический состав. При этом эксплуатационные свойства металла, наплавленного данной проволокой, во многом определяются взаимными соотношениями содержания различных легирующих элементов и примесей.
В связи с вышеизложенным, актуальна разработка расчетных критериев, позволяющих проводить оперативную коррекцию химического состава выплавляемой для получения сварочной проволоки стали, для обеспечения улучшенных механических характеристик наплавленного металла.
Для сварных соединений ответственных металлоконструкций, особенно эксплуатируемых при пониженных температурах, одной из обязательно регламентируемых механических характеристик является ударная вязкость.
Теоретическую оценку ударной вязкости сварных швов, полученных сваркой легированных сталей в защитном газе, можно получить с использованием регрессионных зависимостей, например, представленных в [3]. Однако применение соответствующих уравнений регрессии ограничено областью варьирования факторов при их получении и не позволяет выделить вклады основного и наплавленного металла в формирование ударной вязкости сварного шва.
Методика проведения исследований. В работе [4] разработан метод оценки ударной вязкости низколегированных сталей, основанный на определении приведенного обобщенного отношения степеней металлично-сти и ковалентности межатомных связей, применимый для расчета ударной вязкости наплавленного низколегированными сварочными проволоками металла.
В соответствии с [4] ударная вязкость низколегированной стали со структурой сорбита, полученной после закалки и высокого отпуска, определяется по уравнению регрессии
кси = кКси
ҐЄ Л
м
с
к у
+ а , (1)
пр
где к^си, а - коэффициенты линейного уравнения регрессии, табл. 1;
' с Л
- приведенное обобщенное отношение степеней металличности и
V Ск ) пр
ковалентности межатомных связей.
Таблица 1
Коэффициенты уравнения (1) [4]
Температура, °С Коэффициенты
а, Дж/см2 2 ккси, Дж/см
+20 -1919,7616 698,21158
-40 -2053,65231 804,68176
-60 -2266,56687 927,27728
Параметр
ҐС Л
^ м
с
Ч ^к у
определяется по уравнению:
см
м
с
Ч^ к
N
I
пр
а і (Т)
293
см
м
С
Ч^ к у і
М (с Л
' м
X э/к у (X у), (2)
_93 Хэ,кэ1 (х э1)+ х
пр I=1 аI VСк )1 ]
где /, ] - индексы атомов соответственно замещения и внедрения; ХэЬ -
мольная доля соответственно I -го и } -го компонентов стали; кэ1 (хэ1), к^ (х^) - экспериментальные зависимости, учитывающие влияние содер-
жания соответственно /-го и у-го элементов на величину ударной вязкости; а / (Т) - температурная зависимость линейного коэффициента термического расширения /-го элемента в температурном интервале от +20 °С до -
293
60оС; а I - значение линейного коэффициента термического расширения
/ -го элемента при +20 °С.
Зависимости кэ/ (Хэ/) и кэу (Хэу), полученные на основе обработки
экспериментальных данных [5-8], представлены на рис.1, 2.
1.2
0.8
0.4
Со №
\^М°
\ С г Мп А1 — 81
0,02 0,1 04 0,06 Хэ
0
Рис. 1. Влияние ряда химических элементов на ударную вязкость в зависимости от их мольной доли в стали
кэл
0,8
0,6
0,4
0,2
0
V
N
"■№> в~2г
0,002 0,0 04 0,0 06 0,0 08 Хэ
Рис. 2. Влияние Р, 8, В, 2т, ИЬ, О и N на ударную вязкость в зависимости от их мольной доли в стали
Температурные зависимости a, (T) ряда легирующих химических элементов, образующих в сталях твердые растворы замещения в интервале температур от +20 °С до -60 °С получены путем обработки экспериментальных данных [9] с помощью программы Origin и приведены в табл. 2.
Таблица 2
Температурные зависимости линейных коэффициентов теплового расширения ряда элементов в интервале температур
от +20 °С до -80 °С
Элемент Уравнение температурной зависимости, К'1
Al aAl = 1Q 6 (- Q,84286 + Q,18939T - 5,367Q6 • 1Q 4T2 + 5,787Q41 1Q 7T3 /
Ce aCe » 8,5 • 1Q 6
Co aCo =1Q 6 - 7,36895 + Q,23177T - 9,54321- 1Q 4T2 +1,35436 • 1Q 7T3 \ ’ ’ ’ ’ /
Cr aCr = Ю - 6 f 4 2 Л -122,1251 + 2,1383759T -135,6257 • Ю 4T2 v+ 385,433 • 1Q-7T3 - Q,414 • 1Q-7T4 J
Cu aCu =1Q-6 3,98571 + Q,1Q4Q3T - 3,Q9524 •Ю 4T2 + 3,47222 • 1Q 7T3 /
Fe a Fe = 1Q 6 - 2,68231 + Q,Q9432T -1,63638 • 1Q 4T2 + 4,14681 • 1Q 8T3 \ ’ ’ ’ ’ /
Mn a Mn =1Q - 8,91429 + Q,26288T - 8,Q1587 • 1Q-4T2 + 9,25926 • 1Q-7T3 /
Mo a Mo =1Q"6 1,67 + Q,Q195T - Q,25 •Ю 4T2 + 1,9Q58241313• 1Q 21T3 \ ’ ’ ’ ’ /
Nb a Nb = 1Q 6 4,36Q71 + Q,Q1221T - 1,Q2679 • 1Q 5T2
Ni aNi = 1Q-6 Q,62857 + Q,Q7879T -1,25 • 1Q-4T2 ’ 7 7
Si a si =1Q-6 - 9,212857 + Q,1Q2117T - 3,139881 • 1Q 4T2 + 3,472 • 1Q 7T3 /
Ti 6 - Q =1 Ti a - Q,71886 + Q,Q6868T -1,76659 • 1Q-4T2 + 1,6Q514 • 1Q-7T3 ^
V aV = 1Q 6 [ 7,14999 • (T -188,9QQ61)Q,Q1936
W aW = 1Q 6 (3,1 - Q,QQ5T)
Zr a Zr = 1Q-6 (4,77833 - Q,QQ465T)
Представленные на рис. 1, 2 и в табл. 1 зависимости получены при массовом содержании легирующих элементов, указанном в табл. 3.
Оценка ударной вязкости наплавленного металла проводилась для ряда стальных сварочных проволок сплошного сечения.
Стальные низколегированные сварочные проволоки для сварки в среде активных защитных газов должны обеспечивать требуемую ударную вязкость металла шва при температурах эксплуатации сварных соединений не ниже указанных в соответствующих руководящих документах. Как правило, это +20 °С, 0 °С, -20 °С, -30 °С, -40 °С, -50 °С, -60 °С и -70 °С.
Таблица 3
Области массовых концентраций элементов, для которых справедливы уравнения (1) - (2)_____________
Элемент Массовая концентрация, не более, % Элемент Массовая концентрация, не более, % Элемент Массовая концентрация, не более, %
Al 3,9 Nb 1,6 B Q,17
Ce Q,3 Ni 6,Q C Q,55
Co 2,Q Si 3,5 N Q,1
Cr 4,9 Ti 2,4 O Q,Q8
Cu 4,8 V 2,5 P Q,5
Mn 4,Q W 2,3 S Q,28
Mo 2,4 Zr 1,6
В табл. 4 приведены данные по минимальной допустимой температура эксплуатации сварных соединений, выполненных сварочной проволокой Св-08Г2С различных производителей и рядом других низколегированных стальных сварочных проволок, применяемых при сварке низколегированных сталей по данным [10-12].
Таблица 4
Минимальная допустимая температура эксплуатации сварных соединений Гмин для ряда используемых низколегированных
стальных сварочных проволок при сварке сталей типа 09Г2С
№п/п сварочной проволоки Марка T 1 мин °С Производитель Примеча- ние
1 OK Autrod 12.51 -2Q ESAB (Швеция) Аналог Св^8Г2С
2 OK Aristorod 12.63 -2Q ESAB (Швеция) Аналог Св^8Г2С
3 Св^8Г2С-О -4Q ПАО "АрселорМиттал Кривой Рог" (Украина) -
4 Св^8Г2С-О -4Q АО Стальметиз (Украина) -
5 Св^8Г2С-О -4Q ОАО Белорецкий металлургический комбинат (Россия) -
6 Св^8Г2С-О -4Q Askaynak (Kaynak Teknigi San. ve Tic. A.S.) (Турция) -
7 Св^8Г2С-О -4Q Oerlikon Kaynak Elektrodlary ve Sanayi A.S. (Турция) -
8 Св^8Г2С-О -4Q CHW (Китай) -
9 Св^8Г2С-О -4Q ESAB (Швеция) -
1Q Св^8Г2С-О -4Q Weld Team K.F.T. ISAF Group (Венгрия) -
Окончание табл. 4
№п/п сварочной проволоки Марка T 1 мин °С Производитель Примеча- ние
11 Св-08Г2С - 4^ О ОАО Молдавский металлургический завод (Молдова) Плавка №17б281
12 Св-08Г2С - 4^ О ОАО Молдавский металлургический завод (Молдова) Плавка №25б7б5
13 Св-08Г2С-О - 4^ О ООО Сварка (Россия) -
14 OK Aristorod 13.09 -40 ББАВ (Швеция) Аналог Св-08ГНМ
15 Св-08Г2С-С - 4^ О ОАО НПО ЦНИИТМАШ (Россия) -
16 Св-08ГСНТ -40 ОАО ИТЦ Прометей (Россия) -
17 OK Ari storod 13.13 -70 ББАВ (Швеция) Аналог Св-08ХНМ
Химический состав указанных в табл. 4 сварочных проволок приведен в табл. 5 (номера сварочных проволок в табл. 4 соответствуют номерам строк в табл. 5).
Химический состав сварочной проволоки №15 (табл. 4, табл. 5) принят по данным работы [12].
Химический состав сварочных проволок № 1 - 14, 16 и 17 определялся с помощью стационарного многоосновного оптико-эмиссионного анализатора "FOUNDRY-MASTER UVR". С этой целью, в соответствии с рекомендацией поставщика данных приборов в РФ (ООО "Синерком"), изготавливались образцы из многократно скрученной в несколько рядов сварочной проволоки, которые затем подвергались холодной пластической деформации (расплющиванию) и плоскому шлифованию контролируемой поверхности. На контролируемой поверхности образца, рис. 3, проводилось определение химического состава проволоки. Окончательные результаты измерений химического состава данных сварочных проволок, представленные в табл. 4, вычислялись как среднее арифметическое 5 измерений содержания химических элементов для каждого образца.
Химический состав наплавленного металла оценивался с учетом табл. 5 и использованных, в первом приближении, данных по коэффициентам перехода основных элементов при полуавтоматической дуговой сварке стальными низколегированными проволоками сплошного сечения в среде CO2+Ar [7], табл. 6.
Таблица 5
Химический состав указанных в табл. 4 сварочных проволок, %масс
№ п/п С 8і Мп Р 8 Сг Мо Мі ЛІ Со Си КЬ
1 0,0646 0,827 1,48 0,0265 0,0295 0,0153 0,005 0,0100 0,001 0,0124 0,0397 0,0023
2 0,1010 0,949 1,67 0,0279 0,0270 0,0205 0,005 0,005 0,001 0,0025 0,0086 0,0034
3 0,0185 0,846 1,90 0,0348 0,0339 0,0166 0,005 0,0163 0,0239 0,0025 0,0645 0,0049
4 0,0840 0,837 1,35 0,0291 0,0124 0,0401 0,005 0,0367 0,001 0,0020 0,0552 0,0027
5 0,0676 0,850 1,49 0,0283 0,0209 0,0090 0,005 0,0245 0,001 0,0026 0,0548 0,0040
6 0,0617 0,754 1,87 0,0327 0,0251 0,0079 0,005 0,005 0,001 0,0038 0,0280 0,0037
7 0,0455 0,941 1,56 0,0251 0,0262 0,0606 0,005 0,005 0,001 0,0100 0,0026 0,0065
8 0,0700 0,851 1,55 0,0275 0,0131 0,0093 0,005 0,0118 0,001 0,0021 0,0369 0,0041
9 0,0588 0,767 1,86 0,0329 0,0102 0,0278 0,005 0,0866 0,001 0,0023 0,1690 0,0041
10 0,0596 0,824 1,91 0,0281 0,0082 0,0104 0,005 0,0841 0,001 0,0034 0,1630 0,0041
11 0,0393 0,756 1,66 0,0460 0,0570 0,0313 0,01 0,7070 0,005 < 0,01 0,0789 0,005
12 0,1530 0,653 1,35 0,0269 0,0458 0,5720 0,1550 0,4250 0,005 < 0,01 0,0348 0,005
13 0,0402 0,832 2,01 0,0360 0,0164 0,0213 0,005 0,005 0,001 0,0017 0,0273 0,0029
14 0,0725 0,657 1,06 0,0230 0,0284 0,0434 0,3850 < 0,01 0,0107 < 0,01 0,0384 0,005
15 0,0700 0,600 1,32 0,0030 0,0050 - - 0,0100 - - 0,0100 -
16 0,0402 0,832 2,01 0,0360 0,0164 0,0213 0,005 0,005 0,001 0,0017 0,0273 0,0029
17 0,1530 0,653 1,35 0,0269 0,0458 0,5720 0,1550 0,4250 0,005 < 0,01 0,0348 0,005
№ п/п Ті V В 7г Л8 Ті V В 7г Л8
2 0,0098 0,0080 0,015 0,0013 0,0053 0,0214 0,0098 0,0080 0,015 0,0013 0,0053 0,0214
3 0,0135 0,002 0,0165 0,0025 0,0064 0,0233 0,0135 0,002 0,0165 0,0025 0,0064 0,0233
4 0,0113 0,0021 0,015 0,0015 0,0103 0,0267 0,0113 0,0021 0,015 0,0015 0,0103 0,0267
5 0,002 0,002 0,015 0,0015 0,0042 0,0173 0,002 0,002 0,015 0,0015 0,0042 0,0173
6 0,002 0,0021 0,015 0,0070 0,0074 0,0294 0,002 0,0021 0,015 0,0070 0,0074 0,0294
7 0,0021 0,002 0,0167 0,0014 0,0070 0,0276 0,0021 0,002 0,0167 0,0014 0,0070 0,0276
8 0,0112 0,0081 0,0174 0,0011 0,0127 0,0161 0,0112 0,0081 0,0174 0,0011 0,0127 0,0161
9 0,002 0,002 0,0182 0,0060 0,0086 0,0337 0,002 0,002 0,0182 0,0060 0,0086 0,0337
10 0,002 0,002 0,0169 0,0096 0,0083 0,0334 0,002 0,002 0,0169 0,0096 0,0083 0,0334
11 0,0030 0,002 0,0151 0,0096 0,0094 0,0285 0,0030 0,002 0,0151 0,0096 0,0094 0,0285
12 0,0710 0,005 0,0341 - - - 0,0710 0,005 0,0341 - - -
13 0,0030 0,005 0,025 - - - 0,0030 0,005 0,025 - - -
14 0,002 0,002 0,015 0,0015 0,0079 0,0230 0,002 0,002 0,015 0,0015 0,0079 0,0230
15 0,0027 0,005 0,025 - - - 0,0027 0,005 0,025 - - -
16 - 0,1400 - - - - - 0,1400 - - - -
17 0,002 0,002 0,015 0,0015 0,0079 0,0230 0,002 0,002 0,015 0,0015 0,0079 0,0230
18 0,5720 0,1550 0,4250 0,005 < 0,01 0,0348 0,005 0,0030 0,005 0,025 - -
Рис. 3. Внешний вид образца для определения химического состава стальной сварочной проволоки после проведения измерения
Таблица 6
Коэффициенты перехода основных элементов в наплавленный металл [7]
Элемент С Бі Мп
Коэффициент перехода 0,90 0,38 0,53
Ударную вязкость наплавленного металла и металла сварного шва различные нормативные документы регламентируют измерять на образцах Менаже [10] или на образцах Шарпи [11].
Из-за различного напряженного состояния в образцах Менаже и Шарпи, разного вклада работы изгиба образца единой связи между КСи и КСУ не существует [13]. Известно, что при различной термической обработке одной и той же стали можно получить одинаковые значение временного сопротивления и КСи, но результаты по КСУ при этом будут сильно различаться [13].
Учитывая, что образец Менаже более чувствителен к хрупкости от ослабления границ зерна, строчечности, и ликвационной неоднородности [13] в данной работе проводилась оценка КСи наплавленного металла.
Результаты исследований и их обсуждение. Результаты расчета по уравнению (1) ударной вязкости сорбитообразного наплавленного металла сварочными проволоками (табл. 4,5) с учетом коэффициентов перехода основных элементов (табл. 5) при +20 °С, -40 °С и -60 °С приведены на рис. 4-6.
Из рис. 4-6 следует, что сварочные проволоки Св-08Г2С различных производителей имеют достаточно сильный разброс по значениям ударной вязкости наплавленного металла, составляющий (в расчете от максимальных значений) 8 % для +20 °С, 10 % для -40 °С и 12,5 % для -60 °С.
При проведении дальнейшего анализа полученных результатов в качестве точки отсчета выбрана сварочная проволока ОК Апв1;огоё 13.13, производства концерна ББАВ (Швеция), являющаяся аналогом отечественной проволоки Св-08ХНМ. Данная сварочная проволока применяется для изготовления ответственных сварных конструкций из высокопрочных низколегированных сталей в энергетике машиностроении, краностроении вплоть до температуры эксплуатации -70 °С (для сварных соединений из сталей типа 09Г2С) [11].
При температурах эксплуатации наплавленного металла +20 °С, рис. 4, и -40 °С, рис. 5, только сварочная проволока №3 в табл. 4 - Св-08Г2С-О производства ПАО "АрселорМиттал Кривой Рог" (Украина) дает несколько худшие по сравнению с ОК Алв1огоё 13.13 значения ударной вязкости (всего на 1 %).
Изложенное означает, что исследованные сварочные проволоки Св-08Г2С различных производителей (табл. 4) обеспечивают достаточно вы-
сокие механические свойства наплавленного металла при температуре эксплуатации до -40 °С.
Рис. 4. Ударная вязкость наплавленного металла при +20 °С (нумерация проволок соответствует табл. 4,5); заливкой выделены, проволоки марки Св-08Г2Сразличных производителей
Рис. 5. Ударная вязкость наплавленного металла при -40 оС (нумерация проволок соответствует табл. 4, 5); заливкой выделены проволоки марки Св-08Г2Сразличных производителей
Из рис. 6 видно, что при температуре эксплуатации -60 °С ряд сварочных проволок Св-08Г2С обеспечивает ударную вязкость наплавленного металла, превосходящую соответствующий показатель выбранной в качестве сравнения проволоки ОК ЛН81:огоё 13.13, несмотря на то, что предельной допустимой температурой эксплуатации металла, наплавленного проволокой Св-08Г2С является -40оС. Это сварочные проволоки Св-08Г2С следующих производителей (табл. 4, рис. 6): №9 - Б8ЛБ (Швеция), №10 -
Weld Team K.F.T. ISAF Group (Венгрия), №11 - ОАО Молдавский металлургический завод (Молдова), №13 - ООО Сварка (Россия).
Рис. 6. Ударная вязкость наплавленного металла при -60С (нумерация проволок соответствует табл. 4, 5); заливкой выделены, проволоки марки Св-08Г2Сразличных производителей
Выводы
1. Сварочные проволоки Св-08Г2С, имеющие химический состав, соответствующий ГОСТ 2246-70, изготовляемые рядом производителей, могут применяться для получения наплавленного металла при температуре эксплуатации до -60 °С.
2. Разработанная методика оценки ударной вязкости может быть использована для коррекции соотношения легирующих элементов и примесей при выплавке стали, предназначенной для изготовления низколегированной сварочной проволоки по критерию получения требуемой ударной вязкости наплавленного металла.
Работа представлена на второй Международной Интернет-конференции по металлургии и металлообработке, проведенной в ТулГУ 1 мая - 30 июня 2013 г.
Список литературы
1. Сварка и свариваемые материалы: справочник. В 3 т. / Под общ. ред. В.Н. Волченко. Т1: Свариваемость материалов / под ред. Э.Л. Макарова. М.: Металлургия, 1991. 528 с.
2. Сварка в машиностроении: справочник. В 4-х т./Редкол.: Г.А. Николаев и [др.]. Т 2 / под ред. А.И. Акулова, 1978. 462 с.
3. Касаткин О.Г., Миходуй Л.И. Выбор системы легирования шва при сварке высокопрочных сталей // Автоматическая сварка. 1992. №5. С.19-25.
4. Протопопов Е.А. Оценка ударной вязкости низколегированных сталей // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. №10. С.35-38.
5. Степанов С. А., Гуляев Б.Б. Влияние легирующих добавок на механические свойства малоуглеродистой стали // Основы образования литейных сплавов. Труды XIV совещания по теории литейных процессов. М.: Наука, 1970. С.228-233.
6. Болховитинов Н.Ф. Металловедение и термическая обработка / Н.Ф. Болховитинов. М.: Матттги.з, 1958. 431 с.
7. Grong O. Metallurgical Modelling of Welding / University of Trondheim, The Norwegian Institute of Technology, 1994. 581 p.
8. Венец Ю.С., Трегубенко Г.Н., Тарасьев М.И., Рабинович А.В. Экономно-легированная никелем азотосодержащая коррозионно-стойкая сталь // Вопросы атомной науки и техники (Украина). 2000. №4. С.149-152.
9. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974. 292 с.
10. ОСТ 26 291-94. Сосуды и аппараты стальные сварные: Общие технические условия. Измененная редакция. Изм. № 1; введ. 1996-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2005. 152 с.
11. Сварочные материалы производства ESAB: каталог 2008-2009 / ООО "Газстройсервис", ООО "ЭСАБ". М.: Газстройсервис, 2009. 152 с.
12. Сурков А.В., Кипиани П.Н., Волобуев Ю.С., Яковлев В.В. Электродная проволока Св-08Г2С-С для сварки в газовых смесях на основе аргона и углекислого газа // Сварочное производство. 2009. №5. С.33-37.
13. Штремель, М. А. Информативность измерений ударной вязкости / М. А. Штремель // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. N 11. С.37-51.
Протопопов Евгений Александрович, ассистент, _pea_12@mail. ru, Россия, Тула, Тульская государственный университет,
Вальтер Александр Игоревич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Протопопов Александр Анатольевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, protopopov@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульская государственный университет,
Маленко Павел Игоревич, канд. техн. наук, доц., malenko@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE POSSIBILITY OF INCREASING OF IMPACT STRENGTH OF THE METAL DEPOSITED WITHLOW-ALLOY WELDING WIRES
E.A. Protopopov, A. I. Walter, A. A. Protopopov, P.I. Malenko
The evaluation of impact strength of weld metal at +20 ° C, -40 ° C and -60 ° C using GMAW low-alloy steel welding wires is considered. It is shown that the welding wire Ce-08Г2С can provide high toughness of the weld metal at temperatures up to -60 ° C by a combination of alloying elements and impurities within tolerance of their contents regulated GOST 2246-70.
Key words: impact strength, weld, low alloy steel, rate of covalency, rate of metallic-ity, welding wire Ce-08r2C.
Protopopov Evgeny Aleksandrovich, assistant, pea I2amail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Walter Alexander Igorevich, doctor of technical science, professor,
valter. alex@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Protopopov Alexander Anatolyevich, doctor of technical science, professor, manager of department, _ protopopov@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Malenko Pavel Igorevich, candidate of technical science, docent,
malenkoatsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 669.046.52
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ УСВОЕНИЯ РАСПЛАВОМ ЧУГУНА И ДОЗИРОВКЕ КОМПОНЕНТОВ ГРАФИТИЗИРУЮЩИХ И СФЕРОИДИЗИРУЮЩИХ МОДИФИКАТОРОВ
Е.Г. Евдокимов, Д. А. Болдырев, Ю.В. Чапкова
В представленной статье рассматривается применение комплексных смесе-вых модификаторов (МК) которые находятся в высокодисперсном состоянии, что обуславливает резкое повышение модифицирующей способности и «живучести» смеси. В качестве дополнительных составляющих в смесевых модификаторах присутствуют в микродозах кальций, медь, алюминий, редкоземельные металлы (РЗМ), железо.
Ключевые слова: модификатор, фракция, центр кристаллизации, критический размер фракции модификатора, графитизирующие и сфероидизирующие модификаторы.
В настоящее время смесевые модификаторы графитизирующего действия получили второе рождение. На этапе создания и начала использования смесевых модификаторов их производство было основано большей частью на использовании вторичных продуктов (иногда отходов) ферросплавных предприятий. На современном этапе, характеризующемся новым подходом к теории и практике использования смесевых модификато-
