автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование оборудования и технологии процесса тонколистовой прокатки двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков

/

На правах рукописи

Фарунда Наталья Андреевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ

ПРОЦЕССА ТОНКОЛИСТОВОЙ ПРОКАТКИ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Специальность: 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (металлургия)»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва, 2009 г.

003478930

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт на кафедре «Обработка металлов давлением и металлургическое оборудование».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кохан Лев Соломонович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кобелев Анатолий Германович

кандидат технических наук Соломоник Яков Львович

Ведущая организация:

ОАО «Авиапромналадка»

Защита состоится «29» октября 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.127.01 при ГОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт по адресу: 111250, г. Москва, ул. Лефортовский вал, 26, ауд. 206.

Телефон: (495) 361-14-80; факс: (495) 361-16-19; e-mail: mgvmi-mail@mtu-

net.ru

Ваши отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного вечернего металлургического института.

Автореферат разослан «28» сентября 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

Башкирова Т.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Развитие ведущих высокотехнологичных отраслей промышленности требует совершенствования теории и технологии производства новых конструкционных материалов. Перспективным направлением в создании новых материалов являются композиционные многокомпонентные материалы из металлических порошков.

Совокупность основных технологических операций порошковой металлургии позволяет решать следующие задачи:

1) изготовление материалов и изделий с особыми составами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером могут служить порошковые материалы и пористые изделия (антифрикционные, фрикционные, фильтры и др.), высокотемпературные изделия из тугоплавких металлов, дисперсноупрочненные, волокнистые материалы, инструментальные (твердые сплавы, сверхтвердые материалы и др.), электроконтактные материалы и пр.;

2) изготовление материалов и изделий со стандартными составами, структурами и свойствами, но при более эффективных экономических показателях их производства.

Создание научных основ теории, технологии и практики производства изделий из металлических порошковых материалов связано с работами Аксёнова Г.И., Бальшина М.Ю., Виноградова П.А., Григорьева А.К., Дмитриева A.M., Каташинского В.П., Кипарисова С.С., Кохана Л.С., Лаптева A.M., Лу-кашкина Н.Д., Овчинникова А.Г., Сорокина В.В., Shima S., Oyane М. и многих других ученых.

Необходимость решения вопросов, связанных с дальнейшим совершенствованием оборудования и технологии производства композиционных материалов на основе металлических порошков, является актуальной научно-технической проблемой. Решению этой проблемы посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является совершенствование методики проектирования оборудования для производства изделий из композиционных материалов на основе металлических порошков, а также разработка и оптимизация технологических процессов получения композитов со стабильной однородной плотностью и физико-механическими свойствами по всему объему.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ и обобщение существующих в отечественной и зарубежной практике технических решений, направленных на совершенствование оборудования и технологии производства изделий из металлических порошков.

2. Исследование деформационных, кинематических и силовых параметров процесса компактирования композита «железо-меды» и анализ влияния процесса спекания на физико-механические свойства скомпактированных заготовок.

3. Разработка аналитических зависимостей для определения напряжений, усилий, моментов и мощностей, а также деформационных параметров процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонент-ных композиционных материалов на основе металлических порошков.

4. Уточнение методов расчета валков прокатных станов на контактную прочность, термические и остаточные напряжения для горячей прокатки скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков.

5. Отработка технологического процесса получения заготовок для производства электрических контактов из композита «железо-медь» по технологической схеме «шихтование - компактирование - спекание - прокатка - финишная обработка».

Научная новизна

1. Разработаны аналитические зависимости для определения энергосиловых параметров ресурсосберегающего технологического процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков с целью получения качественной продукции при снижении рабочей нагрузки на механизмы стана.

2. Разработан метод оценки контактной прочности рабочих валков для прокатки скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков.

3. Получены эмпирические зависимости, позволяющие установить распределение температуры по сечению валков при прокатке композита «железо-медь» и оценить влияние термических напряжений на их прочность.

4. Уточнена методика расчета термических и остаточных напряжений рабочих валков листовых станов для прокатки скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков.

5. Разработана научная методология выбора технологического режима компактирования композита «железо-медь» для получения заданных физико-механических свойств и плотности, однородных по объему заготовки или изделия.

Практическая значимость

1. Разработаны методические рекомендации по расчету валков прокатных станов на контактную прочность, термические и остаточные напряжения при прокатке заготовок из скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков, обеспечивающие повышение эксплуатационной надежности работы деформирующего оборудования.

2. Отработан технологический режим и установлены аналитические зависимости для определения силовых и деформационных параметров при ком-пактировании и тонколистовой прокатке двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков с целью минимизации энергосиловой нагрузки на оборудование.

3. Разработаны технологические схемы и режимы производства электрических контактов из композита «железо-медь».

4. Предложенная технология производства электроконтактов прошла опытно-промышленное внедрение на ОАО «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков».

5. Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курса лекций «Технология процессов.получения продукции из разнородных металлов» и проведении курсовых научно-исследовательских работ на кафедре «Обработка металлов давлением и металлургическое оборудование» Московского государственного вечернего металлургического института.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Всероссийской научно-практической конференции «Инженерные системы - 2008» (г. Москва, апрель 2008 г., РУДН).

- Научно-технической конференции Московского государственного вечернего металлургического института «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных материалов» (г. Москва, июнь 2008 г., МГВМИ);

- Пятой конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» (г. Руза, февраль 2009 г., ВНИИМЕТМАШ); по итогам конференции работа была удостоена гранта Фонда содействия развитию малого предпринимательства в научно-технической сфере по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса 2009».

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 14 статьях, в том числе 7 статей в центральных рецензируемых журналах.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 30 таблиц, список использованной литературы из 90 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведенных исследований, сформулированы цели и задачи работы, определены ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приводится аналитический обзор современных технологий и оборудования для производства изделий из металлических порошков. Показан вклад отечественных и зарубежных ученых в теорию и практику совершенствования оборудования для процессов компактирования и прокатки. Описаны современные теоретические зависимости для определения пористости, сопротивлений пластической деформации, параметров компактирования и прокатки металлических порошков.

На основании изложенного сформулированы цели и задачи настоящего исследования по совершенствованию теории, технологии и оборудования для компактирования и прокатки композиционных материалов на основе металлических порошков.

Вторая глава посвящена методике проведения экспериментов по процессам компактирования, спекания и тонколистовой прокатки двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков. Обоснован выбор порошковых материалов для исследований, изложена краткая характеристика их свойств, области применения. Приводится описание используемого в экспериментах технологического оборудования, изложены методики проведения экспериментов и обработки полученных результатов.

Экспериментальные исследования технологических процессов компактирования и прокатки проводились в лаборатории Московского государственного вечернего металлургического института (МГВМИ), на заводе «Серп и молот» и на «Опытном заводе тугоплавких металлов и твердых сплавов» (ОЗТМС).

В качестве материалов для проведения экспериментальных исследований были выбраны следующие металлические порошки: железный порошок марки ПЖРВ.4.200.28 (ГОСТ 9849-86), медный порошок марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-75).

Исследования проводились на порошковых смесях «железо-медь» с концентрацией медного порошка 10%, 20%, 30% от общей массы смеси, которые в дальнейшем в работе будут называться двухкомпонентными композиционными материалами на основе металлических порошков. Для развески компонентов использовались лабораторные высокоточные весы модели ТН-211 с погрешностью 0,05 г, получение шихты проводилось в промышленном смесителе.

Полученная порошковая смесь засыпалась в пресс-форму и подвергалась двухстороннему компактированию на лабораторной испытательной установке Р-20 с усилиями 14, 16, 18 т. Спекание полученных скомпактированных заготовок проводилось в промышленных печах в защитной среде и в вакууме при температуре 1000 - 1050°С. Результаты экспериментальных исследований процессов компактирования и спекания композита «железо-медь» представлены на рис. 1,2,3.

0,66 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,6 0,59

0,325 0,33 0,335 0,34 0,345 0,35 0,355 0,36 | ■ Медь 30% --*--Медь 20% ---*-- Медь 10% I

Рис. 1. Зависимость относительной плотности заготовки от относительной высотной деформации при компактировании композита «железо-медь»

0,65 0,645 0,64 0,635 0,63 0,625 0,62 0,615

90 100 110 120 130 140 150 _ <тк,МПа

|—— Медь 30% —«—Медь 20% •••«— Медь 10%|

Рис. 2. Зависимость относительной плотности композита «железо-медь» от давления компактированш

Р

0,65 0,645 0,64 0,635 0,63 0,625 0,62 0,615

90 100 110 120 130 140 150

__стк,МПа

|—-—Медь30% —«---Медь20% -«■■•Медь 10% |

Рис. 3. Зависимость относительной плотности композита «железо-медь» от давления компактированш после спекания

В результате проведенных экспериментов были исследованы проблемы, связанные с оптимизацией методики расчета энергосиловых и деформационных параметров при процессах компактирования и спекания заготовок «железо-медь». Были установлены аппроксимационные зависимости, учитывающие связь плотности композита с относительной деформацией е при концентрации меди Км

р = 2Е + 0,05КМ - 0,07, (1)

с давлением компактирования ск при концентрации меди Км

р = 0,00075ак + 0,05КМ + 0,53. (2)

Установлено, что плотность композита «железо-медь» после спекания увеличивается на 6-8% по сравнению с плотностью после компактирования

рсп=(1,06^1,08)хрк. (3)

Полученные зависимости находят свое применении при проектировании технологических процессов получения композита «железо-медь» с заранее заданным уровнем плотности и физико-механических свойств.

Р

..А''

Для подтверждения полученных выводов были проведены исследования микроструктуры композита «железо-медь» с содержанием меди Км = 30% после компактирования и спекания (рис. 4). Анализ микроструктуры показывает, что плотность компонентов однородна по объему, структурные дефекты отсутствуют. Таким образом, использование полученных нами экспериментально-теоретических результатов при проектировании технологических процессов изготовления композита «железо-медь» с заранее заданным уровнем плотности и физико-механических свойств оправдано.

Рис. 4. Микроструктура композита «железо-медь» с содержанием медного порошка 30% после компактирования и спекания с увеличением 350

Следующий этап наших исследований посвящен изучению и отработке процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных заготовок «железо-медь» с целью получения качественной продукции при минимизации энергосиловой нагрузки на оборудование.

Эксперименты проводились на станах с диаметром валков 160, 250, 260 и 500 мм. Проведенные исследования позволили установить величины допускаемых давлений и критических обжатий при прокатке композита «железо-медь».

Третья глава посвящена результатам теоретических исследований процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонент-ных композиционных материалов на основе металлических порошков, направленных на разработку аналитических зависимостей для определения давлений, усилий, моментов, мощностей и других технологических параметров процесса с целью снижения нагрузки на прокатное оборудование.

Для тонколистовой прокатки предложено использовать однохордовую модель, позволяющую с достаточно высокой точностью представить параметры очага деформации (рис. 5).

2

Рис. 5. Схема одно-хордовой модели прокатки

В данной модели связь координат определяет текущая ордината

Ьп£

Ьх = Ь1 н———-х или Ьх =Ь] + —-х, соответственно

ь0£

Тогда из уравнений равновесия и пластичности для пористых материалов определяются средние относительные напряжения на участках отставания и опережения:

8+а|-1

К.

(от) ~

улр

8 + а!-1

К.

а — 2(оп)_5-а,+1

[50(5 + а1-1)-а0]-

[4,(5-8,+ 1)+а0]-

Ъ.

(5)

8-а,+1

чь.

(6)

В этом случае относительное среднее давление на всей длине контакта:

- Купр[^(5 + а1-')-а0] / 5,-1 Л

е(5+а, — 1)

купр [^(б-а1+1)+ао].{(1-в)/[2(1-Е)]^'-11

(5-а,+1)

--1 + Е г

е(1-е).

5-а, +1

+ 1

£(5-3!+1)

.(7)

Отметим, что второй и четвертый члены уравнения (7) не оказывают значительного влияния на результат, поэтому зависимость для определения среднего давления можно представить в виде

_Купр[^0(5 + а1-1)-а0]-(25'-1-1)1

ср

(5+а, -!)•£■

8-1

КУПР [^(5-а1+1)+а0]-|(1-£)/[г(1-е)]8^'-1|

(5-а,+1)

в(1-е).

5 + 1

т

где ^о - относительное заднее натяжение; ¡^ - относительное переднее натяжение; 5 = (2Г)/а - параметр прокатки, Г - коэффициент трения, а = ^/(Н0е)/Я - угол захвата, Н0 - начальная толщина заготовки, е - относительная высотная степень деформации, И. - радиус валка; Купр - средний коэффициент упрочнения композита; а|, а о - коэффициенты пористости материала.

Средний коэффициент упрочнения композита рассчитывается по формуле Купр = (1 + Ке)/2, где К£ - относительный коэффициент упрочнения композита.

Относительный коэффициент упрочнения для композита «железо-медь» определяется по «правилу смеси»:

= К6ж-Кж +Кем-Км, (9)

где КЕЖ, КЕМ - относительные коэффициенты упрочнения железного и медного компонентов композита, Кж, Км - концентрации железного и медного компонентов в смеси.

Коэффициенты пористости для композита «железо-медь» определяются по формулам: а, =аы-Кж +аы-Км и а, =а0ж-Кж +а0м-Км, где а^, а0ж и а1ж > а0м "" коэффициенты пористости железного и медного компонентов композита.

По исследованиям Шестакова H.A., Лобастова Л.Г., Скорохода В.В., Лу-кашкина Н.Д., Кохана Л.С. относительные коэффициенты упрочнения при горячей обработке для железного порошка Кеж = 1 + 1,74е, для медного порошка

КЕМ =1 + 1,5е0'63; при холодной обработке для железного порошка К^ =1 + 2,15е0'705, для медного порошка КЕМ = 1 + 1,2е0'279 ; коэффициенты пористости для железного порошка а1ж= 0,588 и а0ж= 0,049; для медного порошка аы =0,708 и а0м =0,104.

В формулах (7, 8) коэффициент нейтрального сечения z определяется отношением z = h0/hH (рис. 5). Приравнивая относительные напряжения в зонах отставания и опережения (5, 6), определяем z

_h0 (S + a.-l) f fe,(S-a,+l)+a0] "hB-(5-aI+l) + a,-1)-a0]-(l-e/8— J ' Отсюда устанавливается полувысота и угол нейтрального сечения

Н„ — Н]

у = arccos

1--

II

Определение указанных величин осуществлялось с допустимой точностью до 1%. Вычисления производились в среде профессионального пакета для математических расчетов «МаШСАБ».

Для определения силовых параметров нагружения стана далее приводятся зависимости для расчета усилия, момента и мощности процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных материалов на основе металлических порошков.

Усилие прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композитов определяется по формуле:

Рпр=В-л/ДШ;.аср, (10)

где В - уширение, по исследованиям Кохана Л.С. В = В0(1 + 0,26е), В0 - начальная ширина заготовки, ДН - обжатие, ДН = Н0е, стср - среднее давление прокатки.

Величина среднего давления прокатки оср определяется по зависимости: °ср = 5ср' стт(ком)-Ку-К,,

где аср - относительное среднее давление прокатки композита (8), о^К0Ы) - сопротивление пластической деформации композита, К0 - скоростной коэффициент процесса прокатки (по Целикову А.И.), для композита «железо-медь»: Ки=Киж-Кж+Ким.Км.

Сопротивление пластической деформации композита «железо-медь» стТ(ком) определяется по методике Лаптева A.M., Лукашкина Н.Д. и Кохана Л.С.:

°Т(ком) = <*тж • Рж"ж •к* + °тм • Рм"м ' К„, где аТж, стТм - сопротивления пластической деформации железного и медного компонентов композита, пж, пм и рж, рм - показатели пористости и относительные плотности железного и медного компонентов композита. Общая плотность композита р определяется по формуле:

Р = РжКж+РнКм, (11)

На основании условия равенства взаимодействия между отдельными частицами материала, РстТжФж = FaTxlOM, где F - контактная площадь частиц, Ф -нормальные контактные напряжения, определено равенство взаимодействия между отдельными частицами композита:

°т*Ржж=ОтмРмм- 02)

Выразим плотность второго компонента композита через плотность первого:

Рм

преобразуем уравнение (11) к виду:

1

V

Тж VUTM J

(13)

JT»

1

1м

n»

•Рж"м -Км ■ (14)

рж = 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; далее из условия pw

Р = РжКж +

)

Из зависимости (14) сначала определяется рж, затем рн.

Относительные плотности железного рж и медного рм компонентов в смеси композита для высокотемпературного процесса рассчитываются по следующей схеме: задается ряд плотностей по железному компоненту смеси

аТж =100 МПа, сТм = 40 МПа, пж = 3, пм = 2, вычисляется плотность медного компонента композита рм = 0,735; 0,828; 0,926; 1,0. Аппроксимация полученных данных методом квадратов устанавливает следующее соотношение:

рм=1,91рж- 0,411.

Подставив полученную зависимость в уравнение (14), определим плотность

р + 0,411К„

железного компонента рж = ---.

1 + 0,91Км

Момент прокатки на двух валках при деформации скомпактированных спеченных двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков вычисляется по формуле:

Mnp=2Pnp.i.V, (15)

где Рпр - усилие прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композитов (10), I - длина дуги захвата, £ = , у - коэффициент плеча

момента (по нашим исследованиям у = 0,5 + 0,55).

Рабочая мощность прокатки рассчитывается по формуле:

Нраб=Мпр-т.

где Мпр - момент прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков (15), ш - угловая скорость валков, со = тсп/30, п - частота вращения валков.

При экспериментальном исследовании прокатки композитов алгоритм измерений и расчётов включал следующие этапы:

1. Измерение прибором М266Р силы тока на холостом ходу стана и во время прокатки. С учетом полученных данных определялась рабочая мощность прокатки Ыраб = Ыр - , где Ктр - мощность привода на рабочем ходу, Ых -мощность на холостом ходу стана.

2. Частота вращения валков п замерялась тахометром, по полученным данным вычислялись: угловая скорость валков со = яп/30 и крутящий момент прокатки Мпр^Ир^/со.

В таблице 1 приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований (средний результат по 6 заготовкам) силовых характеристик процесса высокотемпературной прокатки (Г = 0,35) скомпакгированной спеченной заготовки «железо-медь» с размерами (Н0хВ0хЬо) 4x20x60 мм (при концентрации компонентов в смеси: медь - 0,3,0,2,0,1, железо, соответственно, - 0,7,0,8, 0,9) на стане с диаметров валков 160 мм (частота вращения валков 10 об/мин) без натяжения = = 1,0) при относительных высотных степенях деформации 10,20 и 30% (е = 0,1; 0,2; 0,3).

Таблица 1

Силовые характеристики при прокатке композита «железо - медь»

Концентрации компонентов Степень деформации Теоретические результаты Экспериментальные результаты Отличие теоретических результатов от экспер.

Мпр> Нм Краб. кВт Мпр> Нм Мраб» кВт Дмпр д,% Д^раб д,%

Км=0,3 Кж =0,7 б = 0,1 49,53 0,052 45,5 0,048 8,1 7,7

£ = 0,2 231,8 0,24 210 0,22 9,4 8,3

е = 0,3 747,76 0,785 700 0,735 6,38 6,4

Км - 0,2 Кж = 0,8 в = 0,1 55,94 0,059 52 0,055 7,0 6,8

е = 0,2 264,88 0,278 248 0,26 6,4 6,5

£ = 0,3 895,74 0,94 830 0,87 7,3 7,5

Км=0,1 Кж=0,9 6 = 0,1 57,19 0,06 54 0,056 5,6 6,7

е = 0,2 266,92 0,281 250 0,26 6,3 7,5

£ = 0,3 1062,8 1,12 975 1,02 8,3 8,9

Анализ данных таблицы 1 подтверждает адекватность теоретических и экспериментальных результатов расчетов усилий, моментов и мощностей прокатки, нагружающих узлы стана.

Эксперименты, проведенные в лабораторных условиях, с точностью 5... 10% подтвердили результаты теоретических исследований. На основании этого можно сделать вывод, что разработанные аналитические зависимости для определения энергосиловых параметров процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков могут быть использованы при проектировании оборудования и технологических режимов производства заготовок и изделий с целью рационального использования оборудования и получения качественной продукции при оптимальных энергетических затратах.

Опытно-промышленное внедрение предложенных технических и технологических разработок реализовано на ОАО «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков» («КИМПОР») и подтверждено эффективностью применения созданных ресурсосберегающих технологий тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных материалов и качеством выпускаемой продукции.

Четвертая глава посвящена уточнению расчетов валков прокатных станов на контактную прочность, термические и остаточные напряжения для случая горячей прокатки скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков.

Большое внимание проблемам прочности валков было уделено в работах Целикова А.И., Королева A.A., Чекмарева А.П., Гарбера Э.А., Третьякова A.B., Лукашкина Н.Д., Кохана Л.С. и ряда других авторов. Основной упор в этих работах приводится на совершенствование методики проектирования валков для изготовления проката из черных и цветных металлов и их сплавов, однако физико-механические свойства композитов, особенности их структуры и методов изготовления требуют существенной корректировки методики проектирования валков, используемых для прокатки.

Основным видом напряжений, лимитирующим прочность валков, являются контактные давления.

При расчете валков на контактную прочность для случая прокатки двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков применяется формула Беляева - Герца:

где Рпр - нормальное усилие прокатки двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков (10); Епр - приведенный мо-

_ 2Е-Еи „ „

дуль упругости, Еп„ = -^r, Е - модуль упругости проката, равный для

(Е+Ев)

композита «железо-медь» Е = ЕЖ • ■ Кж + Ем • • Км, Ев - модуль упругости валка; В - ширина полосы после деформации; Кд - коэффициент дина-

г> - о Н0-б-К

мичности; кт;п - минимальныи радиус прокатки, кт;п =---,

18WП + Нд • е

М

- упругое сжатие полосы, \УП = W-—, W -упругое сжатие валков,

Мкд+Мп

W = (о,52 • 5Ср • ауком -Щ^к)/104. Мм - жесткость клети,

0,6 • стср • Вр • I РПр

М*.п =---, Мп - жесткость полосы, Мп =——.

101 V п п Н0-е

Исследования Кохана Л.С. показывают, что из-за влияния трения на контактную поверхность контактное давление увеличивается пропорционально зависимости:

+f2

кин шал ruh ,

1-v

Тогда для композита «железо-медь» при коэффициенте Пуассона v = p2/2 = 0,25 [плотность р рассчитывается по зависимости (14)] и коэффициенте трения f = 0,35 максимальная контактная прочность валков составит

^конгпах ~

Наконец влияние режима работы полосы стана при прокатке, связанное с частым нагружением валка короткими полосами, приводит к появлению коэффициента динамичности, по нашим исследованиям примерно равного 1,4 -1,5.

Тогда окончательно контактная прочность валков для процесса прокатки композита «железо-медь» будет равна:

Pro-Е™-0.4+ 1,5) г л сгкон =0,418-1,1. пр "V--<kJ. (16)

1

По данным Королева А.А., Целикова А.Н. и др. величина допускаемого контактного давления современных стальных валков составляет [акон] = 2700 МПа, откуда коэффициент запаса прочности:

к=кон]=2700_ (1?)

СТКОН °кон

В таблице 2 сведены расчеты валков различных диаметров на контактную прочность по предложенной выше методике для случая процесса высокотемпературной прокатки ^ = 0,35) скомпактированной спеченной заготовки «железо-медь» с размерами (Н<)ХВоХЬо) 4x200x600 мм (при концентрации компонентов в смеси: медь - 0,3, железо, соответственно, - 0,7) на станах Дуо 300, 400, 600 без натяжения = = 1,0) при относительной высотной степени деформации 20 % (е = 0,2).

Таблица 2

Силовые параметры трех вариантов проектирования станов для горячей прокатки композита «железо-медь»

Диаметр валков, мм Среднее давление прокатки (8) Усилие прокатки РПр,МН(Ю) Контактная прочность стК01,, МПа (16) Коэффициент запаса К (17)

300 2,088 0,0248 1703 1,585

400 2,215 0,0302 1730 1,56

600 2,69 0,0453 1785 1,512

Анализ данных таблицы 2 показывает, что для рассматриваемого варианта прокатки с точностью до 4,6% можно выбрать любой из рассчитываемых станов, однако из-за наименьшего значения величины длины дуга захвата наибольшим запасом прочности обладают валки стана Дуо 300.

Прочность валков прокатных станов зависит также от влияния на них термических и остаточных напряжений. Термические напряжения возникают вследствие установившегося различия между температурами в цилиндрических сечениях валка tr и его средней объемной температурой tR. По исследованиям М.А. Тылкина, Н.И. Ялового, П.И. Полухина, A.B. Третьякова, Э.А. Гарбера, Г.Г. Давлетбаева, Н.Д. Лукашкина, Л.С. Кохана, А.П. Чекмарева, И.А. Биргера, Б.Ф. Шорра для сплошных валков радиальные сгг, тангенциальные ое и осевые

a-E-t| —I a-E-t| —

^[TR-Tr],a9= LR

TR+Tr-T|£

(1_у) '"'"в" (1-у)

а2 = аг+о0, (18)

где Е, v - модуль упругости и коэффициент Пуассона материала валка; а - коэффициент температурного расширения; г, И. - текущий радиус и радиус бочки валка.

Из приведенных зависимостей видно, что температурные напряжения зависят от температурного поля валка. Наши экспериментальные исследования показывают, что с большой точностью распределение относительной температуры по радиусу может быть описано квадратичной зависимостью

йНИг)'-_

коэффициенты которой определяются системой уравнений Т(0)=а, Т(0,5) = а + 0,5Ь + 0,25с = Т(0)+0,5Ь + 0,25с и Т(1) = Т(о)+Ь + с, где положение

г

поверхности оценивается отношением —.

Решение системы уравнений позволяет рассчитать коэффициенты

а = Т(о); Ь = 4Т(0,5)-ЗТ(0)-Т(1); с = 2Т(1)-4Т(0,5)+2Т(0). (19)

Тогда с полученными коэффициентами средняя объемная температура

* ¿И

■ г г

а + Ь—+ с-^г Я Я

, г 2Ь с ё—= а + — + - = Я 3 2

_ 6Т(0)+16Т(0,5)-12Т(0)-4Т(1)+ 6Т(1)- 12Т(0,5)+6Т(0)_

'6

Т(1)+2Т(0,5) 3

Средняя относительная температура исследуемого цилиндрического се-

(20)

чения

г -2 я

г2 ,

г о' Я2

г 2 А

, Г Г а + Ь— + с—тг Я Я2

Я~2 + ЗЯ 4 Я2'

(21)

Наши исследования показывают, что уровень термических напряжений периодически нагреваемых валков по циклу «нагрев-охлаждение», прежде всего, зависит от этапа нагревания. Ниже в таблице 3 приведены экспериментальные величины градиентов температур ДТ, равных разности температур на поверхности валка Т(1) и на его оси Т(о) или ДТ = Т(1)-Т(0) в течение непрерывной работы стана за 1,2 и 3 часа. В табл. 3 сведены наши опытные данные, полученные на стане 1500 Московского металлургического завода «Серп и молот» с рабочими валками диаметром 560 мм, а также по опытным данным А.П. Чекмарева и М.М. Сафьяна со стана 1680.

Таблица 3

Градиенты температур ДТ = т(1)-т(о)

Период работы валков 1-ый период 2-ой период 3-ий период

Суммарный этап нагрева 156° — 39°=117° 175° — 61°—114° 194°-82°= 112°

Суммарный этап охлаждения 82° - 35°=47° 99° - 54°=44° 123° - 79°=44°

Анализ табличных данных показывает, что от контакта с подкатом при нагреве градиент температур вдвое, трое больше, чем та же разность температур на участке охлаждения валка между его поверхностью и осью.

Поэтому для оценки эксплуатационных режимов работы ниже исследовался 1-ый час работы валков диаметром 560 мм при прокатке, когда градиент несколько выше, чем при остальных периодах.

Проведенные нами экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать аппроксимационные зависимости для оценки температур для этапа нагрева ло сечению рабочих валков:

Т(1) = 0,09 + 1,2^,

Т(0,5)= 0,025 + 0,833Р0, (22)

Т(0) = 0,0105 + 0,535Р0.

Тогда для рассматриваемого стана при критерии Фурье ро - (а • тнагр)/ К-2 = (0,05 • 0,1)/0,282 = 0,063 8 относительная температура Т(1)= 0,09+ 1,2-0,0638 = 0,1665 и при температуре подката ТПОД=950°С Т(1) = 0,1665• Тпод = 0,1665-950° = 158° -потаблице Т(1)=156°.

В середине сечения валка Т(0,5) = 0,0025 + 0,833 -0,0638 = 0,078 и Т(0,5)= 74°. Наконец на оси Т(о)=0,0105 + 0,535-0,0638 = 0,0446 и Т(о)=42° -отличие [(42°-39°)/42°]. 100 = 7%.

С полученными температурами коэффициенты (19) равны: а = Т(0) = 0,0446; Ь = -0,0117; с = ОД 1.

Далее рассчитываются относительная средняя объемная температура

= 0,046

= _ 0,0446 0,0117 0,1-1

—--|---Ь —~~~:

я 2 3 4

и средняя температура каждого сечения валка

Тг(1) = 0,046, Тг(0,5)= 0,0272, ТГ(0) = 0,0223. Для данных параметров вычисляются:

- радиальные напряжения для стального рабочего валка при модуле упругости Е = 2-Ю5 МПа, коэффициенте температурного расширения а = 12- 10_б и коэффициенте Пуассона V = 0,3 составят

стг(1) = 0, стг(0,5) = 4,77 МПа, стг(о) = 3,4МПа;

- тангенциальные напряжения

а0(1) = -39,8МПа, о0(О,5) = -1,22МПа, ае(0) = 3,412МПа;

- осевые напряжения

= стг + стд, откуда о2(1) = -39,8МПа, (0,5) = 2,18МПа, а2(0)=6,8МПа. На рисунке 6 приведен график термических напряжений стального рабочего валка диаметром 560 мм при 1-ом часе работы.

Рис. 6. Распределение термических напряжений в стальных валках диаметром 560 мм при прокатке в течение 1 часа

0 ОД 0,4 0,6 0,8 1,0

Как показывают исследования A.A. Королева, Э.А. Гарбера прочностной режим валков определяют эквивалентные напряжения

°экв =Ктах|-Ктш|<ккв] и™ аэкв = 39,8 - 6,8 = 33 МПа. По методике М.М. Сафьяна и A.A. Королева допускаемая величина [<тэи>] составляет 500 МПа, что значительно превышает расчетные напряжения.

Другой причиной, приводящей к растрескиванию поверхностного слоя, является цикличность или перемена знака нагружения. Для коэффициента цикличности z = )Pzmi"l = = 0,171 по методике Н.М. Беляева |°zmax| 39,8

(23)

где [ст+1] = 0,5ав и [а_[] = 0,4сгв - допускаемые усталостные напряжения при соответствующих циклах нагрузки.

Для высокохромистых валковых сталей предел прочности составляет Стц = 800-850МПа,тогда [0+,] = 400МПа, [ст_,] = 320МПа и [crz]=362МПа.

Соответственно запас прочности по усталостной нагрузке превышает

k3an =-^J-=-^- = 9,l>[k3an]=l,5-2,0. Таким образом, и данная причина не

°zmax 39>8

приводит к перегрузкам валков.

Третьей причиной температурного воздействия на валки являются остаточные напряжения, возникающие вследствие упрочняющей термообработки. Так, по исследованиям Р.К. Вафина после термообработки у стали 9ХФ в поверхностном слое изменяется структурный состав: с 80% перлита с сопротивлением пластической деформации сттп = 760 МПа и 20% бейнита с

аТБ = 780МПа, находящимся на глубине — = 0,38 - 0,32 • 0,9 = 0,092, на по-

R

верхностную структуру с 54% бейнита и 46% перлита. В соответствии с этим сопротивление пластической деформации поверхностного слоя становится равным

сх пов. = 0,54 • 760 + 0,46 • 780 = 769 МПа и на глубине hs = 0,092 • 280 = 25,8 мм ст гл = 0,8 ■ 760 + 0,2 • 780 = 764 МПа с перепадом напряжений Да = 5 МПа.

Дальнейший расчет осуществляется по следующей экспериментальной

о

зависимости: аг = Ат+Вг . При условии, что аг = 0 при г = 0 и г = R и аг = Да при Rnp = R - hg = 0,908 • R, получим (при Rär>0) зависимость для определения радиального напряжения:

Да-—fl—-аг = ^ R

R-пр

f R"P К

R

Соответственно при г > Rnp тангенциальное напряжение

Да-

R

пр

R

' г24

1-

R

пр

>2

R-

1 + -

R

и осевое напряжение с2 = аг + ае.

При Rnp > г > 0 напряжение eg = Да. Тогда радиальное напряжение б)дет

равно ar(l)OCT = 0, при —^ = 0,908 напряжение ar(0,908)= Да = 5,0МПа и при R

— = 0,5 напряжение ar (0,5) = 15,6 МПа. R

Тангенциальное напряжение в зоне прокаливаемости составит

ое(1)= -48,8МПа и при ^- = 0,908 напряжение ае(0,908) =-44,5 МПа.

В непрокаливаемон зоне тангенциальное напряжение равно ctq = const = 5,2 МПа.

Соответственно осевое напряжение a2(l)= -48,8 МПа,

при - = 0,908 az(0,908) = ag(0,908)+ ar(0,908)= -39,3 МПа R

при—= 0,5 az =20,8 МПа и при г = 0 а2=5,2МПа. R

График остаточных напряжений приведен на рисунке 7. 30

С, МПа

10 -10 -30 -50

л

У

• " К.

U'T ... п > М

И >

П

IV

/

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

r/R

Рис. 7. График остаточных напряжений в стальных валках диаметром 560 мм

Прочностные оценки остаточных напряжений показывают, что в большей мере они зависят от циклической прочности с коэффициентом

|a7min| 20^8 ' 48,8

z

'znun = 0,426.

Тогда по формуле (23) [ст2]= 373 МПа и кззп = -— = 7,64 > [кзап]= 1,5 - 2,0, что

48,8

также мало снижает прочность валков.

В заключение расчета валков на прочность определяется максимальное суммарное нормальное напряжение:

^шах — ^кон °тер ^ост

и по формуле К = feissj рассчитывается коэффициент запаса прочности. сттах

Для случая процесса высокотемпературной прокатки (f = 0,35) скомпак-тированной спеченной заготовки «железо-медь» с размерами (HoxBoxLo) 4x200x600 мм (при концентрации компонентов в смеси: медь - 0,3, железо, соответственно, - 0,7) на стане с диаметром валков 300 мм без натяжения fo = = МО при относительной высотой степени деформации 20 % (е = 0,2) по предложенной методике рассчитаны напряжения: контактное акон =1703МПа, термическое агтер =10,8 МПа, остаточное <ггост =81,15МПа,

максимальное суммарное сттах= 1795 МПа и определен коэффициент запаса

прочности К = Ы= 2700 °шах 1795

Таким образом, процесс прокатки заготовок из композита «железо-медь» на стане с диаметром валков 300 мм проходит с достаточным запасом прочности.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе анализа и обобщения существующих в отечественной и зарубежной практике технологических и технических решений при производстве тонколистового проката из скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков сформулирована научно-техническая проблема, цель и задачи исследований, решаемые в настоящей диссертации. Показано, что повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции требует комплексного подхода к развитию теории, технологии и оборудования.

2. Разработаны аналитические зависимости для определения энергосиловых и деформационных параметров технологического процесса тонколистовой прокатки композита «железо-медь», обеспечивающего повышение качества продукции при снижении нагрузки на рабочие узлы стана.

3. Разработан метод оценки контактной прочности рабочих валков, учитывающий особенности деформации композита «железо-медь» и позволяющий усовершенствовать методику расчета оборудования для технологических процессов тонколистовой прокатки заготовок из металлических порошков.

4. На основе экспериментальных исследований температурного поля валков современных прокатных станов разработаны эмпирические зависимости, позволяющие установить распределение температуры по сечению валков и оценить влияние термических напряжений на их прочность.

5. Уточнена методика расчета термических и остаточных напряжений, возникающих в рабочих валках листовых станов при прокатке скомпактиро-ванных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков, подтвержденная экспериментальной проверкой на действующем промышленном оборудовании.

6. Отработана методика выбора технологического режима компактиро-вания композита «железо-медь» с целью получения заданных физико-механических свойств и равномерного распределения плотности по объему заготовки или изделия.

7. Предложенная технология получения листовых заготовок для производства электроконтактов из композита «железо-медь» прошла опытно-промышленное внедрение на ОАО «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков» («КИМПОР»),

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях

1. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Силовые параметры при прокатке композиционных металлических порошковых материалов. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Инженерные системы - 2008». Москва, 7 -11 апреля 2008 г. - М.: РУДН, 2008. - С. 304 - 308.

2. Л.С. Кохан, И.Г. Роберов, H.A. Фарунда. Влияние температуры деформационного процесса на плотность и показатели пористости. // Тезисы доклада конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов» М., Московский государственный вечерний металлургический институт, июнь 2008 г., С. 179.

3. Л.С. Кохан, Б.Ф. Белелюбский, H.A. Фарунда, К.А. Гостев. Исследование процессов компактирования, спекания и прокатки псевдосплава Fe -Cu. // Тезисы доклада конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов» М., Московский государственный вечерний металлургический институт, нюнь 2008 г., С. 181.

4. И.Г. Роберов, Л.С. Кохан, H.A. Фарунда. Методика расчета показателей и коэффициентов пористости. // Тезисы доклада конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов» М., Московский государственный вечерний металлургический институт, июнь 2008 г., С. 183.

5. Л.С. Кохан, В .И. Дудин, H.A. Фарунда, А.Ю. Горбылев. Особенности компактирования композитов из металлических порошков. // Тезисы доклада

конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов» М., Московский государственный вечерний металлургический институт, июнь 2008 г., С. 180.

6. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Фарунда H.A. Исследование напряжений при прокатке композиционных порошковых заготовок «железо - медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9,2008, С. 11 - 14.

7. Фарунда H.A. Проектирование физико-механических свойств композиционных материалов // Тезисы докладов Пятой конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» М., 2009, С. 18-19.

8. Кохан Л.С., Фарунда H.A., Белелюбский Б.Ф. Методика расчета момента и мощности прокатки композиционных порошковых заготовок «железо -медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 5,2009, С. 68 - 69.

9. Кохан Л.С., Фарунда H.A., Шульгин A.B. Влияние спекания на физико-механические свойства скомпактированной композиционной заготовки «железо-медь» // Технология металлов, 2009. - №6. - С. 44 - 46.

10. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Силовые и деформационные параметры при компактировании композита «железо-медь» // Технология металлов, 2009. - №7.-С. 36-38.

11. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Методика прогнозирования физико-механических свойств двухкомпонентных композитов «железо-медь» // Металлург №8,2009, С. 80-83.

12. Кохан Л.С., Линчевский Б.В., Фарунда H.A. Определение усилия прокатки композиционных порошковых заготовок «железо-медь» /У Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9,2009.

13. . Кохан Л.С., Алдунин A.B., Фарунда H.A., Семенова Л.М. Термические напряжения рабочих валков листовых станов. // Металлург №9, 2009, С. 51-53.

14. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Проектирование физико-механических свойств композиционных материалов. // Сборник трудов 5-й конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» М., 2009 г. (в печати).

Подписано в печать && ^ ® Формат 60 х 90 1/16

Объем Тираж 100экз.

Заказа ЗЛЗ

Отпечатано в ООО КПСФ «Спецстройсервнс-92» Отдел оперативкой полиграфии 101000, Москва, Мясницкая. 35, стр.2

Введение.

Глава 1. Оборудование и технологии для производства изделий из металлических порошков.

1.1. Основные направления и тенденции в исследовании процессов порошковой металлургии.

1.2. Способы производства металлических порошков, их механические свойства и области применения.

1.3. Прессы для компактирования заготовок из металлических порошков.

1.4. Анализ оборудования для спекания и нагрева порошковых заготовок.

1.5. Прокатные станы в порошковой металлургии.

Глава 2. Исследования процессов и оборудования для получения тонколистовых порошковых заготовок.

2.1. Инструменты и приборы для изучения процессов получения порошковых материалов.

2.2. Экспериментальные исследования процесса компактирования композита <окелезо-медь».

2.3. Теоретические исследования процесса компактирования порошковой заготовки.

2.4. Исследования процесса спекания порошковых заготовок.

2.5. Исследование процесса прокатки тонколистовых порошковых.

Глава 3. Теоретические исследования энергосиловых параметров прокатных станов при тонколистовой прокатке двухкомпонентных композиционных спеченных материалов на основе металлических порошков.

3.1. Методика определения сопротивления пластической деформации композита «железо-медь».

3.2. Исследование напряжений при прокатке композиционных порошковых заготовок «железо — медь».

3.3. Методика расчета усилия, момента и мощности прокатки композиционных порошковых заготовок «железо - медь».

Глава 4. Совершенствование методики проектирования станов горячей прокатки композиционных материалов.

4.1. Совершенствование теории контактной прочности валков станов горячей прокатки композитов «железо-медь».

4.2. Термическая прочность валков.

4.3. Остаточные напряжения валков.

Развитие ведущих высокотехнологичных отраслей промышленности требует совершенствования теории и технологии производства новых конструкционных материалов. Перспективным направлением в создании новых материалов являются композиционные многокомпонентные материалы из металлических порошков.

Совокупность основных технологических операций порошковой металлургии позволяет решать следующие задачи:

1) изготовление материалов и изделий с особыми составами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером могут служить порошковые материалы и пористые изделия (антифрикционные, фрикционные, фильтры и др.), высокотемпературные изделия из тугоплавких металлов, дисперсноупрочненные, волокнистые материалы, инструментальные (твердые сплавы, сверхтвердые материалы и др.), электроконтактные материалы и пр.;

2) изготовление материалов и изделий со стандартными составами, структурами и свойствами, но при более эффективных экономических показателях их производства.

Создание научных основ теории, технологии и практики производства изделий из металлических порошковых материалов связано с работами Аксёнова Г.И., Балыиина М.Ю., Виноградова П.А., Григорьева А.К., Дмитриева A.M., Каташинского В.П., Кипарисова С.С., Кохана Л.С., Лаптева A.M., Лукашкина Н.Д., Овчинникова А.Г., Сорокина В.В., Shima S., Oyane М. и многих других ученых.

Необходимость решения вопросов, связанных с дальнейшим совершенствованием оборудования и технологии производства композиционных материалов на основе металлических порошков, является актуальной научно-технической проблемой. Решению этой проблемы посвящена настоящая диссертационная работа.

Целью диссертационной работы является совершенствование методики проектирования оборудования для производства изделий из композиционных материалов на основе металлических порошков, а также разработка и оптимизация технологических процессов получения композитов со стабильной однородной плотностью и физико-механическими свойствами по всему объему.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ и обобщение существующих в отечественной и зарубежной практике технических решений, направленных на совершенствование оборудования и технологии производства изделий из металлических порошков.

2. Исследование деформационных, кинематических и силовых параметров процесса компактирования композита «железо-медь» и анализ влияния процесса спекания на физико-механические свойства скомпакти-рованных заготовок.

3. Разработка аналитических зависимостей для определения напряжений, усилий, моментов и мощностей, а также деформационных параметров процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков.

4. Уточнение методов расчета валков прокатных станов на контактную прочность, термические и остаточные напряжения для горячей прокатки скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков.

5. Отработка технологического процесса получения заготовок для производства электрических контактов из композита «железо-медь» по технологической схеме «шихтование - компактирование — спекание — прокатка- финишная обработка».

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе анализа и обобщения существующих в отечественной и зарубежной практике технологических и технических решений при производстве тонколистового проката из скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков сформулирована научно-техническая проблема, цель и задачи исследований, решаемые в настоящей диссертации. Показано, что повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции требует комплексного подхода к развитию теории, технологии и оборудования.

2. Разработаны аналитические зависимости для определения энергосиловых и деформационных параметров технологического процесса тонколистовой прокатки композита «железо-медь», обеспечивающего повышение качества продукции при снижении нагрузки на рабочие узлы стана.

3. Разработан метод оценки контактной прочности рабочих валков, учитывающий особенности деформации композита «железо-медь» и позволяющий усовершенствовать методику расчета оборудования для технологических процессов тонколистовой прокатки заготовок из металлических порошков.

4. На основе экспериментальных исследований температурного поля валков современных прокатных станов разработаны эмпирические зависимости, позволяющие установить распределение температуры по сечению валков и оценить влияние термических напряжений на их прочность.

5. Уточнена методика расчета термических и остаточных напряжений, возникающих в рабочих валках листовых станов при прокатке скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков, подтвержденная экспериментальной проверкой на действующем промышленном оборудовании.

120

6. Отработана методика выбора технологического режима компактирования композита «железо-медь» с целью получения заданных физико-механических свойств и равномерного распределения плотности по объему заготовки или изделия.

7. Предложенная технология получения листовых заготовок для производства электроконтактов из композита «железо-медь» прошла опытно-промышленное внедрение на ОАО «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков» («КИМПОР») (см. Приложение).

1. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Алдунии A.B., Гостев К.А. Листовая прокатка металлов и заготовок из металлических порошков. М.: МГВМИ, 2008.-224 с.

2. Друянов Б.А. Прикладная теория пластичности пористых тел. — М.: Машиностроение, 1989. 230 с.

3. Волкогон Е.М., Дмитриев A.M., Добряков Е.П., Лаптев A.M., Овчинников А.Г., Широков М.В. Прогрессивные технологические процессы штамповки деталей из порошков и оборудование. М.: Машиностроение, 1991.-320 с.

4. Григорьев А.К., Рудской А.И. Пластическая деформация пористых материалов. Л.: ЛДНТП, 1989. - 28 с.

5. Грин Р.Дж. Теория пластичности пористых тел // Механика. — М.: Мир, 1973,-№4.-С. 109-120.

6. Kuhn H.A., Downey C.L. Deformation characteristics and plasticity theory of sintered powder materials // International Journal of Powder Metallurgy, 1971.-V 7,-№1.-P. 15-25.

7. Мидуков B.3., Рудъ В.Д. Экспериментальное исследование пластических деформаций пористых тел // Порошковая металлургия, 1982. №8. - С. 10-16.

8. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория компактирования металлических порошковых материалов. — М.: ВИНИТИ, 2004.-235 с.

9. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория обработки давлением скомпактированных спеченных металлических порошков. — М.: ВИНИТИ, 2005.-315 с.

10. Лаптев A.M., Подлесный C.B., Малюский BJL Расчет давлений при изостатическом прессовании порошковых материалов // Известия вузов. Черная металлургия, 1987. №1. - С. 88-90.

11. Шестаков H.A. Исследование влияния напряжений всестороннего сжатия на компактирование пористых материалов // Вестник МГТУ. М.: Машиностроение, 2002. №3.

12. Shima S.A., Doctoral thesis, Kyoto. Kyoto University, 1975. 200 p.

13. Логинова Ю.Н. Вариационное решение задач формоизменения пористого цилиндра при осадке с прилипанием // Известия вузов. Черная металлургия, 1997.-№11.-С. 38-41.

14. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушения. М.: Металлургия, 1970. - 229 с.

15. Колмогоров В.JI. Пластичность и разрушения. — М.: Металлургия, 1983. 229 с.

16. CmopoDicee М.В. Попов Е.А. Обработка металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1977. -423 с.

17. Никольская Л.Н., Русанов Б.В., Фридберг И.Д. О функции пористости, учитывающей контакты частиц в прессовках // Порошковая металлургия, 1966. № 6. - С. 208.

18. Лещипский В.М., Блохин А.Г. Упрочнение твердой фазы при гидростатическом сжатии порошковой среды // Порошковая металлургия, 1990.-№Ю.-С. 21-25.

19. Shima S. Journal of Society of Powder, 1975. V. 22. - №8. - P. 257-263.

20. Shima S. A study of forming of metal powder and porous metals // Doctoral thesis. Kyoto, Kyoto University, 1975. - 200 p.

21. Соколов Л.Н., Лаптев A.H., Малюский В.Л. Теория пластичности пористых тел и ее применение для расчетов гидростатической обработки порошков из спеченных материалов // Физика и техника высоких давлений. -Киев: Наукова Думка, 1983. №11. - С. 61-67.

22. Лаптев A.M. Деформирование пористого металла в закрытой матрице // Изв. вузов. Машиностроение М.: Машиностроение, 1979. -№7. - С. 89-94.

23. Аксенов Г.И., Ревякин В.П. // Порошковая металлургия, 1969. -№4.-С. 18-25.

24. Баглюк Г.А. Моделирование процесса осадки пористого кольца в штампе с учетом контактного трения // Порошковая металлургия, 1994. -№1/2.-С. 15-19.

25. Либенсон Г.А. Производство порошковых изделий. М.: Металлургия, 1990.-240 с.

26. Лаптев A.M. Анализ формирования и допрессовки пористых втулок методом тонких сечений. Аналитические решения // Порошковая металлургия, 1988, № 7. С. 44-81.

27. Дьяченко И.М. Основы металлургии порошков. — М.: Металлургия, 1990. 320 с.

28. Айзенкольб Ф. Порошковая металлургия. — М.: Металлургия, 1959.-520 с.

29. Вязников Н.Ф., Ермаков С.С. Применение изделий порошковой металлургии в промышленности. М.: Машгиз, 1966. - 190 с.

30. Раковский B.C. Основы порошкового металловедения. — М.: Оборонгиз, 1962. 90 с.

31. Федорченко И.М., Андриевский P.A. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1963. — 420 с.

32. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1975. - 200 с.

33. Балъшин М.Ю., Кипарисов С.С. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1978. - 184 с.

34. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1980. -496 с.

35. Андриевский P.A. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1991.-205 с.

36. Металлы и сплавы. Справочник. М. 2003. - 1996 с.

37. Павлов H.H. Труды ЛПИ. Машгиз, 1964. - №238. - С. 25-33.

38. Витязь П.А., Кащевич В.И., Шелег В.К. Пористые порошковые материалы. Минск, Высшая школа, 1987. 164 с.

39. Скороходов В.В. Реологические основы спекания. Киев. Наукова думка, 1972. 157 с.

40. Металлические порошки и порошковые материалы: справочник/Б.Н. Бабич, Е.В. Вершинина, В.А. Глебов и др.; под ред. Ю.В. Левинского. М.: ЭКОМЕТ, 2005. - 520 С.

41. Клячко Л.И., Уманский A.M., Бобров В.И. Оборудование и оснастка для формования порошковых материалов. М.: Металлургия, 1988.-386 с.

42. Либенсон Г.А., Панов B.C. Оборудование цехов порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1983. - 264 с.

43. Кипарисов С.С., Падалко О.В. Оборудование предприятий порошковой металлургии. -М.: Металлургия, 1988. — 448 с.

44. Королев A.A., Навроцкий А.Г., Кохан Л.С. Механическое оборудование заводов цветной металлургии, т. 3. — М.: Металлургия, 1989. 624 с.

45. Процессы изостатического прессования. Под редакцией П.Д. Джеймса. -М.: Металлургия, 1990. 194 с.

46. Лаптев A.M., Подлесный C.B. Расчет трехосного прессования порошковых материалов // Известия вузов. Черная Металлургия. — М. 1988, №3. С. 68-73.

47. Королев A.A., Навроцкий А.Г., Вердеревский A.B., Кохан Л.С., Соколова О.В. Механическое оборудование цехов по производству цветных металлов. — М.: Металлургия, 1985. — 312 с.

48. Целиков А.И., Лопухин П.И., Королев A.A. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. — М.: Металлургия, 1981, ТЗ. — 576 с.

49. Анциферов В.Н., Перелъман В.Е. Механика процесса прессования порошковых и композиционных материалов. М.: изд. дом Грааль, 2001.-628 с.

50. МакашовЛ.Ю. Кузнечно-штамповочное производство. 1983. -№5. -С. 22-24.

51. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Линчевский Б.В., Шульгин A.B. Исследования процесса компактирования одно- и двухкомпонентных металлических порошков // Известия Вузов. Черная металлургия. — М., № 9, 2007.-С. 26-28.

52. Манегин Ю.В., Лукин В.В., Четвериков С.С. Производство железных порошков и вопросы качества // Проблемы современной металлургии. М.: ЦНИИЧерМет, 1983. - С. 203-207.

53. Кохан Л.С. Методика расчета силовых и геометрических параметров при компактировании // Известия Вузов. Черная металлургия. — М., 1997,№9.-С. 55-58.

54. Кохан Л.С., Лукашкин Н.Д. Особенности компактирования металлических порошков для прокатки заготовок // Технология металлов, №5, 2000, С. 28-32.

55. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С. Компакгирование разнородных порошков // Известия вузов. Черная металлургия. М., 2001, №11, — С. 34-38.

56. Кохан Л.С. Управление процессами компактирования композиционных материалов из металлических порошков. // Технология металлов, №12, 2001. С. 13-16.

57. Кохан Л. С., Лукашкин Н.Д. Компакгирование металлических порошков при монотонных деформационных процессах // Известия вузов. Черная металлургия. М., 2002, №7. - С. 29-31.

58. Oyane М, Shima S.A. Vorab drucke VI Internationale Pulvermetallurgische Tagung un der DDR, Dresden, 1977, Bdl, s. 15/2-15/8.

59. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. — М.: Металлургия, 1986. — 224 с.

60. Сорокин В.К., Шмелев A.C., Антонов Б.Ф., Васильев В.А., Шоткин Ю.А., Колосова Т.М. Производство порошкового проката. — М.: Металлургиздат, 2002. 296 с.

61. Аксенов Г.И. II Порошковая металлургия, 1970. — №5. С. 23.

62. Аксенов Г.И. II Порошковая металлургия, 1964. — № 1. С. 81 -89.

63. Виноградов Г.А., Каташииский В.П. // Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул. М.: Металлургия, 1979, 224 с.

64. Виноградов Г.А. // Порошковая металлургия, 1966. — №3. — С.21.26.

65. Каташинский В.П., Виноградов Г.А. II Порошковая металлургия, 1975.-№10. С. 11-15.

66. Виноградов Г.А., Семенов Ю.И., Катрус О.А, Каташинский В.П. Прокатка металлических порошков. М.: Металлургия, 1969. - 380 с.

67. Поженников Е.Б. II Порошковая металлургия, 1981. №7. - С.9.12.

68. Авт. свид. № 442013 (СССР) / Петров Л.Н., Шустер Э.Я., Щебров МЛ. и др. Опубл. в Б.И., 1974. -№ 33. 35 с.

69. Тарновский И.Я., Позднее A.A., Ляшкова В.В. Деформация металла при прокатке. — М.: Металлургиздат, 1956. — 286 с.

70. Барков Л.А., Мымрин С.А., Пастухов В.В. и др. Эффективность деформации при прокатке в многовалковых калибрах // Изв. вузов. Черн. металлургия М.: Машиностроение, 1981. -№ 11. - С. 82-84.

71. Мануйлов В.Ф., Смирнов В.И., Галкин В.И. Расчеты процессов деформации композиционных материалов. — М.: Металлургия, 1992. -208 с.

72. Скороход В.В. Теоретические основы теории спекания. — Киев: Наукова думка, 1972. 157 с.

73. Мусихин А.М. Уплотнение пористого проката вдоль очага деформации // Порошковая металлургия, 1990. -№10. С. 85-91.

74. Федосеев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1972.544 с.

75. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Фарунда H.A. Исследование напряжений при прокатке композиционных порошковых заготовок «железо медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9, 2008, С. 11 - 14.

76. Кохан Л.С., Фарунда H.A., Белелюбстш Б.Ф. Методика расчета момента и мощности прокатки композиционных порошковых заготовок «железо медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 5, 2009, С. 68 - 69.

77. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Изд. технико-теоретической литературы, 1952. — 392 с.

78. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Силовые и деформационные параметры при компактировании композита «железо-медь» // Технология металлов, 2009. №7. - С. 36 - 38.

79. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Методика прогнозирования физико-механических свойств двухкомпонентных композитов «железо-медь» // Металлург №8, 2009, С. 80-83.

80. Кохан Л.С., Линчевский Б.В., Фарунда H.A. Определение усилия прокатки композиционных порошковых заготовок «железо-медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9, 2009.

81. Кохан JI.C., Алдунин A.B., Фарунда H.A., Семенова Л.М. Термические напряжения рабочих валков листовых станов. // Металлург №9, 2009, С. 51-53.

82. Тылкин М.А., Яловой H.H., Полухин П.И. Температура и напряжения в деталях металлургического оборудования. М.: «Высшая школа», 1970.-428 с.

83. Третьяков A.B., Гарбер Э.А., Давлетбаев Г.Г. Расчет и исследование прокатных валков. — М.: «Металлургия», 1982. 335 с.

84. Лукашкш Н.Д., Кохан Л. С., Лебедев H.H. Напряжения и деформации в процессах обработки металлов давлением. — М.: «Академкнига», 2004. 239 с.

85. Чегшарев А.П., Мелешко В.И., Сафьян М.М., Холодный В.П. Температурный режим рабочих валков непрерывного толстолистового стана. «Сб. трудов Днепропетровского металлургического института». -М.: «Металлургиздат», 1962 С. 121-131.

86. Биргер И.А., Шорр Б.Ф. и др. Термопрочность деталей машин. -М.: Машиностроение, 1975, 453 с.

87. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Гостехиздат. 1958,856 с.

88. Сафьян М.М. Горячая прокатка листов на непрерывных и полунепрерывных станах. М.: Металургиздат, 1962, 380 с.

89. Вафин Р.К., Покровский A.M., Лешковцев В.Г. Прочность термообрабатываемых прокатных валков. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004-264 с.